[發明專利]一種飛秒激光刀與金剛石刀復合的采礦鉆頭及其采礦方法

有效

• 申請號: 202010095910.8
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111219189B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 李漢明;曹強
• 申請（專利權）人: 北京明睿光譜科技有限公司
• 主分類號: E21C41/16
• 分類號: E21C41/16;E21C27/20;E21B7/14;E21B21/14
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種飛秒激光刀與金剛石刀復合的采礦鉆頭及其采礦方法。本發明在傳統金剛石鉆頭的剛性機械破巖手段上，輔助激光破巖手段，將飛秒激光聚焦于鉆頭前方，既不會降低鉆頭原有的機械強度，又在礦石與鉆頭接觸之前先行利用激光輔助切割破巖，大大降低了礦石強度，減少金剛石鉆頭的損耗并提高了采礦效率，進一步降低開采成本；并且配備激光探頭和電動調節架，并受控制系統統一控制，焦距可變、協同聚焦、共軸聚焦，很大程度上適應多種場合的采礦需求；同時采用飛秒激光，相對于普通連續飛秒激光峰值功率高出數十個數量級，同功率下破巖效果更好，無需采用高功率激光器，即降低了開采成本，也提高了激光破巖的效率。

技術領域

本發明屬于采礦裝置領域，具體涉及一種飛秒激光刀與金剛石刀復合的采礦鉆頭及其采礦方法。

背景技術

鉆井在石頭勘探、礦場開采等工程中必不可少，金剛石鉆頭在現階段的鉆井鉆頭中被廣泛使用。傳統金剛石鉆頭受巖層影響較大，在剛度系數較大的巖層中作業時磨損嚴重，鉆頭易損壞。為此人們研究出水射流金剛石鉆頭，這雖提高了采礦的效率，但水射流采礦需要對整個循環系統增壓，這可能對作業出現難以想象的危險。同時在深井高圍壓條件下，水動壓急劇下降，能量利用率低。這一系列問題特高了采礦成本、限制了采礦效率。

自從1960年世界第一臺紅寶石激光器被發明以來，激光方面的研究飛速發展，飛秒激光器應運而生。區別于普通激光器，其產生的飛秒激光有著峰值功率高、定位精度高、熱影響區域小等特點，現主要應用于醫療技術和精密加工等領域，在鉆井采礦工程領域尚未得到廣泛的應用。但世界各國已在此方面展開了研究，美國Phillipse公司用MIRACL激光器進行鉆孔試驗，激光束在1s內可穿透60mm厚的砂巖-頁巖-砂巖夾層，其穿透速度比常規鉆井速度高上百倍，但成本昂貴。

發明內容

為了解決以上現有技術中存在的問題，本發明提出了一種飛秒激光刀與金剛石刀復合的采礦鉆頭及其采礦方法，提升采礦效率和金剛石鉆頭的使用壽命，從而降低采礦成本。

本發明的一個目的在于提出一種飛秒激光刀與金剛石刀復合的采礦鉆頭。