一种降低深部岩体应力集中的致裂装置的制作方法

本发明涉及工程岩体高应力卸压装置，更具体涉及可降低深部岩体应力集中的致裂装置，属于岩土工程技术领域。

背景技术：

近年来，已经并将继续出现大量复杂地质条件下的深埋长大巷(隧)道工程，这些工程的显著特点是高地应力现象显现，高地温，高岩溶水压，突水灾害更为严重。在深埋高应力条件下，软岩工程出现岩体的非线性大变形现象，硬岩工程岩体发生冲击地压、岩爆等非线性动力学现象。因此，基于工程安全性考虑，亟需解决深埋工程稳定性控制问题。

工程稳定性控制应针对诱发因素，揭示产生的机理和提出解决的措施。以煤矿冲击地压为例，引起冲击地压发生的因素主要可以归纳为3个方面：①煤岩冲击倾向特性，即煤岩固有的冲击破坏的性质和能力，是冲击地压发生的内在因素；②煤岩体结构特性，指煤层在形成过程中的软弱夹层、断层或褶皱等地质构造，一般无法量化和人为改变，亦属内在因素；③煤岩体所受应力，是影响冲击地压是否发生的关键因素。无论是哪种类型的冲击地压现象，均是应力作用导致煤岩体突然破坏的结果。具有冲击倾向性的煤岩体，受构造应力的影响内部积聚了一定的原始应力，煤层开采引起采场应力的重新分布并在局部形成高应力集中，此时处于非稳定动态平衡状态的煤岩体在外界扰动应力的作用下就会诱发冲击地压的发生。对于冲击地压问题，煤岩冲击倾向特性和煤岩体结构特性均属于内在因素，不易改变由此可见，冲击地压问题实质上就是煤岩体的应力问题，控制冲击地压灾害的发生，实质上就是改变煤岩体的应力状态或控制高应力区和应力集中的出现，以保证煤岩体不足以发生失稳破坏或非稳定破坏。

综上所述，深埋长大巷(隧)道存在由于高应力诱发的非线性大变形、冲击地压或岩爆等工程问题，研发一种可降低深部岩体应力集中的致裂装置，改变围岩体高应力区分布，可为深埋工程稳定性控制问题提供重要的技术支撑。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提供一种使用方便，实用性强，可重复使用的可降低深部岩体应力集中的致裂装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

该装置由顶进钻头、限位环、第一传动管、第二传动管、第三传动管、第一外扩杆、致裂钻头、第二外扩杆、第一推拉杆、第二推拉杆、第一密封圈、第二密封圈组成，顶进钻头呈锥形，顶进钻头锥形尾部开有内螺纹凹槽，第一传动管一端外壁开有外螺纹，顶进钻头的锥形尾部与第一传动管一端螺纹连接，限位环呈空心圆柱形，限位环内壁开有内螺纹，限位环与第一传动管一端螺纹连接，第一传动管的外螺纹下部设有圆环形台阶，限位环底部紧贴于第一传动管的圆环形台阶上表面，限位环顶部紧贴于顶进钻头下表面，限位环沿环状方向均匀设有外耳，限位环的外耳与第一外扩杆一端铰连接，致裂钻头呈锥形，致裂钻头、第一外扩杆另一端和第二外扩杆一端通过螺栓连接，第二外扩杆另一端与第一推拉杆一端铰连接，第一推拉杆一端设有竖直凸轨，第一传动管的圆环形台阶下表面与的第一传动管另一端之间开有竖直凹槽，第一推拉杆一端的凸轨与第一传动管的凹槽插接，第一推拉杆另一端与第二推拉杆一端螺纹连接，第二推拉杆另一端设有外螺纹接口，第一传动管另一端呈空心凸台状，第二传动管的两端均呈空心凸台状，第一传动管另一端与第二传动管的一端咬合，第一传动管另一端空心凸台内表面设有竖直凸轨，第二传动管外表面开有竖直凹槽，第一传动管另一端空心凸台内表面的凸轨与第二传动管外表面的凹槽插接，第三传动管一端呈空心凸台状，第二传动管的另一端与第三传动管一端咬合，第二传动管另一端空心凸台内表面设有竖直凸轨，第三传动管外表面开有竖直凹槽，第二传动管另一端空心凸台内表面的凸轨与第三传动管外表面的凹槽插接，第一传动管与第二传动管咬合面设有第一密封圈，第二传动管与第三传动管咬合面设有第二密封圈。

所述的顶进钻头中心和第一传动管外壁中部开有通孔。

所述的第一外扩杆中轴线与第二外扩杆中轴线的夹角呈钝角。

所述的第一传动管中轴线、第二传动管中轴线、第三传动管中轴线、第一推拉杆中轴线、第二推拉杆中轴线共线。

由于采用了以上技术方案，该降低深部岩体应力集中的致裂装置有以下优点：

1该装置通过顶进钻头和致裂钻头钻孔，钻孔后顶推第二推拉杆，使致裂钻头呈扩张状态，通过锚杆机等旋转第三传动管带动致裂钻头绕装置中轴线破裂深部应力集中区围岩，当应力集中区岩石进入峰后状态后，收拉第二推拉杆，使致裂钻头呈收缩状态，此时回收装置并可选择注入浆体保证岩体完整性，因此，该装置使用方便，同时应用了岩体力学相关知识，兼具科学性。

2第三传动管开有可外接的外螺纹接口，可方便适用于锚杆机等工程设备，通过旋转作用带动顶进钻头钻入围岩中，钻进过程中致裂钻头呈收缩状态，并绕第一传动管中轴线旋转，起辅助破岩作用，同时可防止孔内塌落岩块封孔和卡住设备，两种钻头的应用可以保证钻孔的效率和安全性，实用性强。

3第二推拉杆和第二传动管的外形设计特别，可连接数根第二推拉杆或第二传动管，实现致裂钻头到达深部岩体的目的，同时，由于此特点，设备体积小巧，可方便携带和运输，特别适用于深部巷道，实用性强。

4第一传动管、第二传动管和第三传动管呈空心状，可允许浆体进入，顶进钻头中心和第一传动管外壁中部开有通孔，可使浆体均匀进入钻孔前方和四周，同时，第一密封圈和第二密封圈保证浆体的密封性和通道的唯一性，因此，该装置具有注浆功能。

5由于顶进钻头与第一传动管螺纹连接，致裂钻头与第一外扩杆、第二外扩杆螺栓连接，因此，顶进钻头和致裂钻头均为可拆卸钻头，且拆卸方便，易于更换。

6该装置在破裂深部高应力围岩和注浆后，可取出回收利用，具有可重复使用的优点。

本发明的降低深部岩体应力集中的致裂装置解决了深埋长大巷道中由于大埋深和扰动作用导致的应力集中的难题，降低深部岩体应力集中的致裂装置结构科学合理，使用方便，实用性强，可重复使用，可普遍用于深埋长大巷道应力集中区的卸压和围岩稳定性控制。

附图说明

图1为本发明的可降低深部岩体应力集中的致裂装置结构示意图；

图2为本发明的限位环俯视图；

图3为本发明的第一传动管俯视图；

图4为本发明的第二传动管俯视图；

图5为本发明的第三传动管俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明，见附图。

一种降低深部岩体应力集中的致裂装置，该装置由顶进钻头1、限位环2、第一传动管3、第二传动管4、第三传动管5、第一外扩杆6、致裂钻头7、第二外扩杆8、第一推拉杆9、第二推拉杆10、第一密封圈11、第二密封圈12组成。

顶进钻头1呈锥形，顶进钻头1锥形尾部开有内螺纹凹槽，第一传动管3一端外壁开有外螺纹，顶进钻头1的锥形尾部与第一传动管3一端螺纹连接，顶进钻头1中心和第一传动管3外壁中部开有通孔，可使浆体均匀进入钻孔前方和四周，限位环2呈空心圆柱形，限位环2内壁开有内螺纹，限位环2与第一传动管3一端螺纹连接，第一传动管3的外螺纹下部设有圆环形台阶，圆环形台阶定义了限位环2沿第一传动管3向下转动的最低位置，限位环2底部紧贴于第一传动管3的圆环形台阶上表面，限位环2顶部紧贴于顶进钻头1下表面。

限位环2沿环状方向均匀设有外耳，限位环2的外耳与第一外扩杆6一端铰连接，致裂钻头7呈锥形，致裂钻头7、第一外扩杆6另一端和第二外扩杆8一端通过螺栓连接，第一外扩杆6中轴线与第二外扩杆8中轴线的夹角呈钝角，便于外部推力使致裂钻头7处于扩张状态，第二外扩杆8另一端与第一推拉杆9一端铰连接，第一推拉杆9一端设有竖直凸轨，第一传动管3的圆环形台阶下表面与的第一传动管3另一端之间开有竖直凹槽，第一推拉杆9一端的凸轨与第一传动管3的凹槽插接，第一推拉杆9另一端与第二推拉杆10一端螺纹连接，第二推拉杆10另一端设有外螺纹接口。

第一传动管3另一端呈空心凸台状，第二传动管4的两端均呈空心凸台状，第一传动管3另一端与第二传动管4的一端咬合，第一传动管3另一端空心凸台内表面设有竖直凸轨，第二传动管4外表面开有竖直凹槽，第一传动管3另一端空心凸台内表面的凸轨与第二传动管4外表面的凹槽插接，第三传动管5一端呈空心凸台状，第二传动管4的另一端与第三传动管5一端咬合，第二传动管4另一端空心凸台内表面设有竖直凸轨，第三传动管5外表面开有竖直凹槽，第二传动管4另一端空心凸台内表面的凸轨与第三传动管5外表面的凹槽插接，第一传动管3与第二传动管4咬合面设有第一密封圈11，第二传动管4与第三传动管5咬合面设有第二密封圈12，第一密封圈11和第二密封圈12保证浆体只能通过顶进钻头1中心和第一传动管3外壁中部的通孔流出，第一传动管3中轴线、第二传动管4中轴线、第三传动管5中轴线、第一推拉杆9中轴线、第二推拉杆10中轴线共线。

本发明的工作原理为：

(1)第二传动管4与第三传动管5咬合面放置第二密封圈12，第二传动管4一端空心凸台内表面的凸轨与第三传动管5外表面的凹槽插接，第一传动管3与第二传动管4咬合面放置第一密封圈11，第一传动管3一端空心凸台内表面的凸轨与第二传动管4外表面的凹槽插接。

(2)限位环2与第一传动管3螺纹连接，转动限位环2，使限位环2底部紧贴于第一传动管3的圆环形台阶上表面，顶进钻头1与第一传动管3螺纹连接，转动顶进钻头1，使顶进钻头1下表面紧贴于限位环2顶部。

(3)依次连接限位环2的外耳与第一外扩杆6、第一外扩杆6与致裂钻头7、致裂钻头7与第二外扩杆8、第二外扩杆8与第一推拉杆9、第一推拉杆9与第二推拉杆10。

(4)将第三传动管5一端外接螺纹接口与锚杆机等工程转动装置连接，第二推拉杆10一端外接螺纹接口与工程可推拉装置连接，拉伸第二推拉杆10，使致裂钻头7处于收缩状态。

(5)开启锚杆机等工程转动装置，使顶进钻头1到达深部应力集中区，顶推第二推拉杆10，使致裂钻头7处于扩展状态并旋转破岩，当应力集中区岩石应力进入峰后状态，停止锚杆机等工程转动装置工作，拉伸第二推拉杆10，使致裂钻头7处于收缩状态。

(6)回收降低深部岩体应力集中的致裂装置，在使装置撤出钻孔过程中可选择往第三传动管5内注浆，使浆液流动到顶进钻头前方和四周，封闭钻孔并保证岩体完整性。