[發(fā)明專利]周緣熔融氣化和靜態(tài)破裂相結(jié)合的全斷面激光掘進方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010810851.8
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN112096402A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 文國軍;吳玲玲;王玉丹;官東林;羅耀坤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10;E21D9/11;E21F17/00
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時代知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 孔燦

1.一種周緣熔融氣化和靜態(tài)破裂相結(jié)合的全斷面激光掘進方法，利用激光鉆機、靜態(tài)破裂機和移動底座進行實施；所述激光鉆機包括激光器、激光頭運動控制裝置、激光鉆頭、氣體循環(huán)系統(tǒng)及輔助裝置，所述激光頭運動控制裝置包括方向控制系統(tǒng)，所述方向控制系統(tǒng)包括機械臂或滑臺；所述靜態(tài)破裂機包括液壓動力站或膨脹劑、劈裂槍和高壓液壓連接裝置；其特征在于：包括以下步驟：

S1：根據(jù)巖層情況調(diào)整激光器工藝參數(shù)和循環(huán)氣體工藝參數(shù)，所述激光器工藝參數(shù)包括激光功率、激光光斑大小、離焦量、照射時間和調(diào)制頻率，所述循環(huán)氣體工藝參數(shù)包括氣體種類、流速或壓力、與激光束同軸或旁軸、射流方向和環(huán)繞方式；

S2：規(guī)劃機械臂或滑臺末端的移動軌跡和位姿，包括起始位置、移動速度和沿軌跡運動的重復(fù)次數(shù)；

S3：采用周緣熔融氣化方法，使激光鉆機發(fā)射的激光束沿機械臂或滑臺規(guī)劃的閉環(huán)軌跡照射硐壁邊緣，熔融或氣化巖石，通過循環(huán)氣體將熔融物或巖屑帶出后形成拱形割縫，然后關(guān)閉該激光鉆機；

S4：采用靜態(tài)破裂方法，在拱形割縫的斷面內(nèi)鉆出一定量劈裂孔；

S5：將劈裂槍插入劈裂孔中或在劈裂孔中裝入膨脹劑，進而在內(nèi)部高壓的作用下將巖石劈裂；

S6：將碎的巖塊運出隧道或巷道；

S7：重復(fù)上述操作即可掘進隧道或巷道。

2.如權(quán)利要求1所述的一種周緣熔融氣化和靜態(tài)破裂相結(jié)合的全斷面激光掘進方法，其特征在于：所述激光鉆頭安裝在所述激光頭運動控制裝置上，具體安裝在多自由度機械臂或滑軌多坐標(biāo)軸滑臺末端，用于實現(xiàn)該激光鉆頭在空間位置以任一姿態(tài)的自由運動。

3.如權(quán)利要求1所述的一種周緣熔融氣化和靜態(tài)破裂相結(jié)合的全斷面激光掘進方法，其特征在于：所述激光束經(jīng)由光纖傳送至激光鉆頭，實現(xiàn)空間運動，所述空間運動為隧道或巷道拱形曲線或其他形狀。

4.如權(quán)利要求1所述的一種周緣熔融氣化和靜態(tài)破裂相結(jié)合的全斷面激光掘進方法，其特征在于：所述周緣熔融氣化方法是指利用激光鉆頭的運動使激光束沿一定的閉環(huán)軌跡照射巖石使其熔融或者氣化，再通過循環(huán)氣體將熔融物或巖屑從孔底帶出形成拱形割縫；所述拱形割縫作為靜態(tài)破裂的臨空面，該拱形割縫的深度通過延長激光較長時間照射或者多次重復(fù)照射實現(xiàn)，所述拱形割縫的寬度由激光光斑直徑?jīng)Q定，可通過擴大激光運動軌跡來加寬拱形割縫寬度。

5.如權(quán)利要求1所述的一種周緣熔融氣化和靜態(tài)破裂相結(jié)合的全斷面激光掘進方法，其特征在于：所述靜態(tài)破裂方法是指在拱形割縫斷面上鉆取若干一定直徑和深度的劈裂孔，將劈裂槍插入劈裂孔中或在劈裂孔中裝入膨脹劑，將巖塊劈裂。

6.如權(quán)利要求1所述的一種周緣熔融氣化和靜態(tài)破裂相結(jié)合的全斷面激光掘進方法，其特征在于：所述劈裂孔利用激光束照射破碎、融化或氣化巖石形成或者利用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)鉆進方式形成。