[发明专利]一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机及方法

说明书

本发明公开了一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机，包括：钻涨凿岩一体机机械装置、高压泡沫生成与输送系统和封孔装置。所述的钻涨凿岩一体机包括动力装置、冲击活塞、电机、传动齿轮组、冲击旋转钻头、钻杆、钻孔密封装置、高压泡沫输送腔室、高压泡沫生成与输送系统等，所述的高压泡沫生成与输送系统包括液体泵、气体泵、液气混合器与增压器，可根据不同岩石硬度工况调节液气混合比例与输送压力；本发明有效解决了现有钻进凿岩机钻孔、封孔与涨裂作业的效率低，工序复杂等问题，避免钻进凿岩机由于工作面钻孔、封孔作业引起的封孔与涨裂误差，实现钻涨凿岩一体机钻涨连续作业，有效提高了钻进凿岩机的作业效率。

技术领域

本发明涉及一种凿岩一体机，尤其是一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机及方法，属于凿岩机械技术领域。

背景技术

国家“十三五”规划提出，要提高非化石能源比重，推动煤炭等化石能源清洁高效利用，深部煤炭资源安全开发、西部煤炭资源绿色开发、煤炭清洁高效利用等基础理论研究与关键技术攻关需取得突破；安全技术装备水平大幅提升，煤矿隐蔽致灾因素探查取得进展。而在煤矿开采过程中，采掘比例失调一直是影响我国煤矿高产高效的主要因素，随着我国地下空间开发与资源开采不断走向深部，掘进工作面岩石硬度不断增大，岩爆的频度和强度均明显增加，安全问题也日益突出。据统计，仅国有重点煤矿每年硬岩（f>10）巷道掘进工程量在2000km以上，近年来硬岩巷道掘进占比不断增大，已达到1:3.1左右，因此，如何实现硬岩（f>10）掘进工作面安全高效施工已成为亟待解决的问题和难题。综掘法是一种先进的岩巷掘进技术，但在硬岩掘进过程中单位比能耗过大，钻头损耗严重，机器可靠性和适应性较差，不适用于硬岩巷道的开拓。目前，硬岩巷道掘进的主要采用钻爆法，利用炸药实现瞬间爆破，其破岩、排矸和支护等工艺需要各自的专用设备，受作业空间和作业面的限制，难以实现同时和连续性的掘进，且围岩破坏严重，机械化程度低，严重影响了安全、高效生产的目的，同时，工人劳动强度大，粉尘、设备施工噪音影响作业人员身体健康。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中存在的不足，提供一种具有集凿岩、涨裂于一身、省时省力、高效安全的基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机及方法。

技术方案：本发明的基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机，包括动力装置、钻杆、钻头、齿轮传动机构和冲击活塞，所述的钻杆内部开有连通钻头的中心孔，钻杆上设有高压泡沫输送装置，高压泡沫输送装置的后部设置齿轮传动机构和冲击活塞，高压泡沫输送装置的前部卡装有封孔装置；

所述的高压泡沫输送装置包括冲击钻杆左、右壳体、连接在冲击钻杆左、右壳体之间构成高压泡沫输送腔室的连接管，连接管内设有套装在钻杆上的高压泡沫输送活塞，所述冲击钻杆左、右壳体上分别设有冲击钻杆左、右壳体流道，所述冲击钻杆左、右壳体流道出口连通有高压泡沫生成与输送系统，临近右壳体一侧的钻杆上开有高压泡沫输送预留孔；

所述的高压泡沫生成与输送系统包括经泡沫输送管路依次连接的单向阀、增压器、混合器、气体泵、和电磁换向阀，所述的混合器上设有液体泵；

所述的封孔装置包括间隔紧固在钻杆上的两个对半圆柱形的左卡扣和右卡扣，左卡扣和右卡扣与钻杆之间套装有钢丝膨胀胶管，左卡扣和右卡扣之间的钻杆上开有多个与钻杆内孔相通的密封预留孔。

所述的高压泡沫输送活塞的外径上设有与连接管内壁相密封的高压泡沫输送活塞轴密封圈，内径上设有与钻杆相密封的高压泡沫输送活塞孔密封圈。

所述的高压泡沫输送预留孔为2-4个，呈环形排列。

所述的密封预留孔为多组，间隔布置，每组2-4个孔，呈环形排列。

使用上述基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机的钻涨凿岩方法，包括如下步骤：