[發明專利]一種高地溫隧道巖爆防治裝置

有效

• 申請號: 202010033999.5
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111188620B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 嚴健;何川;汪波;董唯杰;徐國文
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

1.一種高地溫隧道巖爆防治裝置，其特征在于，包括可伸縮式液氮壓裂管柱(1)、孔口封隔器(2)、驅動模塊(3)、泵送加壓噴射模塊(4)、液氮連接管路(5)、集成控制模塊(6)，綜合監測傳輸系統(9)，液氮車(10)；應力釋放孔(11)孔口套有孔口封隔器(2)，可伸縮式液氮壓裂管柱(1)穿過孔口封隔器(2)位于應力釋放孔(11)中，可伸縮式液氮壓裂管柱(1)尾端上設有綜合監測傳輸系統(9)，可伸縮式液氮壓裂管柱(1)尾端連接驅動模塊(3)和液氮連接管路(5)，液氮連接管路(5)連接泵送加壓噴射模塊(4)和液氮車(10)，集成控制模塊(6)連接驅動模塊(3)、泵送加壓噴射模塊(4)、綜合監測傳輸系統(9)、液氮車(10)；

所述一種高地溫隧道巖爆防治裝置的應用方法，步驟如下：

(1)在具有潛在巖爆風險洞段施工前，采用地質超前鉆機或三臂鑿巖臺車在施工前方掌子面打應力釋放孔，鉆孔為水平孔或具有傾角的斜孔；孔徑大小使孔口封隔器(2)能夠卡入鉆孔內；當采用TBM施工掘進時，可伸縮式液氮壓裂管柱(1)應從TBM刀盤上的圓孔中伸出，進入其中的一個應力釋放孔(11)中；

(2)通過綜合監測傳輸系統(9)采集巖石溫度、地應力、裂隙發育情況、圍巖聲發射特性；

(3)根據綜合監測傳輸系統(9)所采集的參數結合巖石材料性質，通過集成控制模塊(6)調控液氮量、壓裂管柱長度、壓力參數；

(4)將可伸縮式液氮壓裂管柱(1)通過液氮連接管路(5)與液氮車(10)連接，采用孔口封隔器(2)封孔，可伸縮式液氮壓裂管柱(1)穿過孔口封隔器(2)，進入應力釋放孔(11)中，利用集成控制模塊(6)啟動驅動模塊(3)，內套管(7)在驅動模塊(3)帶動下伸出，利用集成控制模塊(6)啟動泵送加壓噴射模塊(4)，進行低溫高壓液氮的試注入，檢查全裝置系統的氣密性、進一步確定液氮壓力參數；

(5)在試壓結束后先進行噴嘴(13)液氮射孔，然后可伸縮式液氮壓裂管柱(1)伸到最長，液氮持續從外套管和內套管的溢出孔(12)中溢出，使用孔口封隔器(2)持續燜孔30-40分鐘；

(6)通過集成控制模塊(6)的數據分析顯示屏(43)，確定巖石第一次破裂釋放應力、溫降效果，在應力和溫度降低后開孔，可伸縮式液氮壓裂管柱(1)回縮，檢查應力釋放孔(11)內壓力、溫度、裂縫擴展情況；

(7)重復(5)～(6)步驟，向應力釋放孔內噴射液氮，噴射完畢后燜孔；待巖石第二次破裂釋放應力和降溫后開孔，內套管(7)縮回，利用泵送加壓噴射模塊(4)反吸，回收液氮連接管路(5)內剩余液氮，存入液氮車(10)，取出伸縮式液氮壓裂管柱(1)，檢查安全后進行后續爆破或TBM開挖施工。

2.根據權利要求1所述一種高地溫隧道巖爆防治裝置，其特征在于，所述可伸縮式液氮壓裂管柱(1)由內套管和外套管組成，外套管(8)與內套管(7)為中空結構，材料為陶瓷或金屬管材，內套管(7)和外套管(8)上設有溢出孔(12)，內套管(7)是可伸縮管，內套管(7)前端為噴嘴(13)，內套管(7)尾端與驅動模塊(3)輸出端通過套筒連接,外套管(8)與液氮連接管路(5)連接，外套管(8)與內套管(7)通過絲口連接。

3.根據權利要求2所述一種高地溫隧道巖爆防治裝置，其特征在于，所述可伸縮式液氮壓裂管柱(1)位于外套管上，靠近孔口封隔器(2)內側部分設有綜合監測傳輸系統(9)，用于實時監測應力釋放孔(11)內的溫度和壓力，并采集圍巖的聲發射特性。

4.根據權利要求1所述一種高地溫隧道巖爆防治裝置，其特征在于，所述驅動模塊(3)為一種驅動設備，驅動設備是驅動電機、驅動液壓缸。

5.根據權利要求1所述一種高地溫隧道巖爆防治裝置，其特征在于，所述集成控制模塊(6)包括驅動模塊電控開關(31)、泵送加壓噴射模塊控制開關(41)、數據采集控制器(42)和數據分析顯示屏(43)。