[發明專利]一種脈沖作業控制巷道底鼓方法

有效

• 申請號: 202010865064.3
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112177521B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 李桂臣;畢瑞陽;孫長倫;梁巨理;許嘉徽;孫元田;榮浩宇;馬嘉偉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B43/26;E21B47/00;E21B47/06;E21B33/03;E21D20/02;E21D9/10;C04B28/00
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 劉振祥

1.一種脈沖作業控制巷道底鼓方法，包括鉆孔觸探儀和電脈沖裝置（4），所述鉆孔觸探儀包括輸送桿（8）、升降器（7）、探頭（9）、探針（10）、手壓泵（6）和數據采集儀（12），所述輸送桿（8）為伸縮式桿件，輸送桿（8）的下端與升降器（7）連接，其外徑小于鉆孔（2）的內徑；所述升降器（7）安裝在巷道（5）內，升降器（7）為可升降式結構，且俯仰角度可調節，從而不僅可以調整輸送桿（8）進入鉆孔（2）的深度，也可以調節輸送桿（8）的角度以適應不同角度的鉆孔（2）；所述探頭（9）安裝在輸送桿（8）的上端，其頂端周身均勻的設置有四個徑向安裝孔（24），其內部還設置有連通到四個徑向安裝孔（24）里端的油道（27），油道（27）的進油口（28）設置在探頭（9）的表面；探針（10）的數量四個，四個探針（10）分別安裝在四個徑向安裝孔（24）中，且兩兩成對的分布在x軸和y軸方向上；探針（10）的里端外側安裝有活塞環（25），并通過活塞環（25）與徑向安裝孔（24）滑動密封配合，探針（10）的長度小于徑向安裝孔（24）的深度，且其里端還通過拉簧（26）與徑向安裝孔（24）的孔底連接；探針（10）頂端的外部設置在壓力傳感器；在探頭（9）上設置有檢測探針（10）伸出長度的位移傳感器；所述手壓泵（6）設置在巷道（5）內，且通過油路（13）與探頭（9）上的進油口（28）連接；所述數據采集儀（12）通過電纜（11）與位移傳感器和壓力傳感器連接；

所述電脈沖裝置（4）包括推桿（18）、操作臺（16）、沖擊波產生器（17）、封孔器（19）和控制器（14），所述推桿（18）的上端與操作臺（16）連接，其外徑小于鉆孔（2）的內徑；所述操作臺（16）設置在巷道（5）內，操作臺（16）用于控制推桿（18）伸縮長度和俯仰角度的調節；所述沖擊波產生器（17）的尺寸小于鉆孔（2）的內徑，其安裝在推桿（18）的上端，其外部相對的兩側固定嵌設有呈V字形的聚能罩（15），聚能罩（15）的里端與沖擊波產生器（17）的出口相連通；所述封孔器（19）為筒式結構，其套設在推桿（18）的外部，并與鉆孔（2）的孔口相配合，用于建立推桿（18）與鉆孔（2）的孔口之間的密封連接；封孔器（19）上設置有連通到其內腔中的注水口（20）；控制器（14）與操作臺（16）和沖擊波產生器（17）連接；

其特征在于，具體包括以下步驟；

S1：在巷道（5）左右兩側的幫部與底板的兩交接處，以一定的間距分別布設一排鉆孔（2），每排鉆孔（2）均由巷道（5）一側傾斜45度向下且向外側延伸到底板巖層（3）中；每個鉆孔（2）的深度均為3m；

S2：利用鉆孔觸探儀對鉆孔（2）進行探測；通過調節升降器（7）將輸送桿（8）放進鉆孔（2）的內部，并將探頭（9）輸送到鉆孔（2）內的待測位置；啟動手壓泵（6）工作通過油路（13）和油道（27）向徑向安裝孔（24）中供油，油液同時推動四個活塞環（25）向外側移動，進而推動x軸方向上的兩個探針（10）分別沿x軸正、負兩個方向同時伸出，推動y軸方向上的兩個探針（10）分別沿y軸正、負兩個方向同時伸出；探針（10）緩慢伸出后，其端部逐漸與巖層（3）接觸并壓緊，直至深入到巖層（3）中；數據采集儀（12）利用壓力傳感器和位移傳感器進行信號的實時采集，并根據采集的信號分析鉆孔（2）內壓力和位移的信息數據，同時對信息數據進行記錄和存儲；斷開手壓泵（6）和油路（13）之間的連接，在拉簧（26）的作用下，探針（10）回縮到探頭（9）內部，再通過調節升降器（7）帶動輸送桿（8）回縮，使探頭（9）回縮至下一探測深度；依次獲得不同深度的巖層（3）受壓情況和位移信息數據，直至完成整個鉆孔（2）的探測過程；

S3：數據采集儀（12）根據獲得的鉆孔（2）內壓力和位移的信息數據，分析出不同深度巖層（3）受壓變形情況，并通過與其連接的顯示裝置進行受壓變形情況的顯示；結合受壓變形情況推斷出后續底板致裂所需的沖擊波能量參數；

S4：利用電脈沖裝置（4）在巷道（5）底板的第一個鉆孔（2）進行作業，通過操作臺（16）控制推桿（18）伸入到鉆孔（2）的底部，利用封孔器（19）封住鉆孔（2）的孔口，并通過連接在注水口（20）上的水路進行注水作業；鉆孔（2）中注滿水后，接通電源，沖擊波通過沖擊波產生器（17）進行能量的釋放，通過沖擊波產生器（17）上部安裝的聚能罩（15）將能量聚集瞬時釋放，聚能罩（15）進口尺寸小，出口尺寸大，且由進口向出口的尺寸逐漸向外部張開，能確保沖擊波能量可靠穩定的作用于巖層（3）；沖擊波沿著聚能罩（15）方向定向致裂巖層（3），沖擊波能量釋放的瞬間對巖層（3）產生撕裂作用，擴散的沖擊波結合鉆孔（2）中的水形成電液效應，進而會對巖層（3）進行撕裂式破壞，在沖擊波重復作業時，巖層（3）會產生裂隙，通過注水口（20）持續低壓注水，并保持恒定的水壓，水沿著沖擊波產生的裂隙，進入到巖層（3）深部，利用水將沖擊波進一步耦合到巖層（3），水既能充當沖擊波的傳播介質，又能起到保護沖擊波產生器（17）的作用，重復進行多次沖擊作業形成放射狀致裂面，直至巖層（3）裂隙擴展到指定范圍，即完成該作業點的作業，接著收縮推桿（18）至下一作業點位置，重復上一個作業點的作業方式，依次作業至距孔口0.3m處，即完成一個鉆孔（2）作業；控制器（14）通過沖擊波產生器（17）能獲得沖擊波的實時延伸距離，進而獲得致裂面的形狀并在顯示器上進行顯示；

S5：通過控制器（14）上連接的顯示器觀察沖擊波致裂范圍，在達到預期效果后，取出電脈沖裝置（4），并進行下一鄰近鉆孔（2）的沖擊作業，重復步驟S4的操作，同時，通過水壓的變化情況，判斷當前鉆孔（2）的致裂范圍是否與上一鉆孔（2）的致裂范圍是否貫通，在兩個相鄰致裂面相通時，即完成該鉆孔（2）的沖擊作業，并繼續進行下一鉆孔（2）的沖擊作業，直至整個巷道（5）底板致裂作業全部結束，致裂作業全部結束后，巷道（5）幫部與底板在致裂面處切斷，阻斷了巷道（5）幫部對底板的擠壓，減小巷道（5）變形量；

S6：在巷道（5）另一側，重復步驟S4至步驟S5，完成巷道（5）底板另一側的鉆孔（2）致裂作業，切斷巷道（5）兩側幫部對底板的擠壓；

S7：完成底板致裂后，根據底板的變形情況，進行后期注漿錨桿加固；在鉆孔（2）中先放入錨固劑，再打入注漿錨桿，從注漿錨桿上注漿口注入漿液，漿液沿著致裂面擴散，注漿量大，漿液與破碎巖體重新形成一個整體，增強了圍巖的整體性，減小了底板的變形，底板變形控制過程完成。