时滞型岩爆防治装置及防治方法

1.本发明涉及岩石力学技术领域，尤其是涉及到一种时滞型岩爆防治装置及防治方法。


背景技术：

2.随着我国采矿工程、水力水电建设、交通隧道施工以及深地探索等岩石工程不断向地壳深部拓展，地应力逐渐增高，岩爆灾害日益突出。目前，国内外深部岩石工程实践表明，大量的岩爆灾害并不是发生在开挖瞬间，而是在开挖后几小时至几十天的较大时间跨度内，即时滞型岩爆。
3.时滞型岩爆是指深埋隧洞高应力区开挖卸荷后应力调整平衡后，在外界扰动作用下而发生的岩爆。在高地应力地区的地下工程开挖过程中，围岩的应力重分布使得围岩表面径向应力卸载，而环向应力加载，形成强烈的环向挤压，当硬脆性岩体中储存的大量弹性应变能达到极限，即发生岩爆灾害。研究表明，通过对深部岩石工程关键部位进行切缝处理，可使得应力向内部转移，同时相当于对表层围岩进行了弱化处理，改善围岩的受力条件，从而降低岩爆风险。国内相关工程的岩爆统计数据表明，80％的时滞型岩爆在时间上之后该区开挖时间6
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30天，空间上在距离掌子面80米的范围内，因此，卸压切缝工作必须争取在较短时间、较大范围内完成。
4.然而，现有的切缝处理方法几乎全部依赖于预先在围岩上打好钻孔，然后再进行切缝或爆破卸压等操作，施工工序较为繁琐，作业效率低，降低了时滞岩爆防治效果。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供了一种时滞型岩爆防治装置及防治方法，主要目的是缩短围岩卸压周期，提高作业效率，以及提高时滞岩爆防治效果。
6.为达到上述目的，本发明实施例主要提供如下技术方案：
7.一方面，本发明实施例提供了一种时滞型岩爆防治装置，包括：行走机构、位置调节机构、角度调节机构、高度调节机构、驱动部和刀盘；
8.所述位置调节机构设置于所述行走机构上；
9.所述角度调节机构与所述位置调节机构连接；
10.所述驱动部与所述角度调节机构连接；
11.所述刀盘通过所述高度调节机构与所述驱动部连接；
12.其中，所述驱动部用于驱动所述刀盘旋转以切割围岩侧帮；所述角度调节机构用于带动所述刀盘相对于所述行走机构转动预设角度；所述位置调节机构用于带动所述刀盘沿与所述行走机构的行走方向垂直的方向水平移动；所述高度调节机构用于调节所述刀盘相对所述行走机构的高度。
13.进一步地，所述的时滞型岩爆防治装置还包括：
14.喷淋机构，所述喷淋机构设置于所述行走机构上，所述喷淋机构包括第一喷头和
第二喷头，所述第一喷头位于所述刀盘的顶部，用于向所述刀盘的顶面喷水，所述第二喷头位于所述刀盘的底部，用于向所述刀盘的底面喷水。
15.进一步地，所述行走机构上设置有移动空间，所述移动空间的延伸方向与所述行走机构的行走方向垂直；
16.所述位置调节机构连接于所述移动空间中，所述位置调节机构包括移动部，所述移动部与所述角度调节机构连接，所述移动部能够沿所述移动空间的延伸方向移动。
17.进一步地，所述角度调节机构包括：
18.转动座，所述转动座的一侧与所述移动部转动连接，所述转动座的另一侧与所述驱动部连接；
19.齿轮部，所述齿轮部包括相连接的齿轮和电机，所述齿轮可转动地连接于所述转动座上，所述电机用于驱动所述齿轮转动；
20.呈弧形的齿条，所述齿条与所述移动部连接，所述齿条与所述齿轮相啮合，以使所述转动座相对所述所述行走机构转动。
21.进一步地，所述高度调节机构包括连接轴，所述连接轴与所述驱动部连接，所述连接轴上设置有多个沿其长度方向依次排布的连接位，所述连接位用于连接刀盘；或者，
22.所述高度调节机构包括可伸缩轴，所述可伸缩轴的一端与所述驱动部连接，另一端与所述刀盘连接；或者，
23.所述高度调节机构包括所述可伸缩轴，所述可伸缩轴的一端与所述驱动部连接，另一端与所述刀盘连接，所述可伸缩轴上设置有多个沿其长度方向依次排布的所述连接位。
24.进一步地，所述的时滞型岩爆防治装置还包括：
25.减震机构，用于为所述刀盘减震，所述减震机构包括第一减震部和第二减震部，所述第一减震部设置于所述位置调节机构上，所述第二减震部设置于所述行走机构上。
26.进一步地，所述移动部包括相对的第一部分和第二部分，所述第一部分与所述角度调节机构连接；
27.所述第一减震部包括第一弹性件，所述第一弹性件连接于所述第一部分和所述第二部分之间，所述第一部分能够在所述第一弹性件的弹力作用下在所述移动空间中进行上下运动。
28.进一步地，所述行走机构包括本体和设置于所述本体底部的车轮；
29.所述第二减震部包括第二弹性件，所述第二弹性件连接于所述本体和所述车轮之间。
30.进一步地，所述位置调节机构还包括沿所述移动空间的延伸方向设置的轨道，所述移动部与所述轨道滑动连接。
31.另一方面，本发明实施例还提供了一种时滞型岩爆防治方法，所述防治方法采用前述的时滞型岩爆防治装置，包括：
32.在隧道或巷道掘进工作面施工结束后，支护工作开展之前，所述时滞型岩爆防治装置到达巷道开挖区，通过高度调节机构和角度调节机构分别调整刀盘的高度和角度，准备开始对围岩测帮进行切割操作；
33.启动驱动部和位置调节机构，同时，刀盘在行走机构行车调整下逐渐达到切缝深
度，并向前持续推进，从而在所述隧道或巷道的一侧围岩帮壁上形成卸压切缝；其中，对于同一侧巷道帮壁围岩，可通过调整所述刀盘的高度和角度，从而调整切缝角度和切缝高度进行多次切缝，以便形成卸压破碎带；
34.当切缝作业完毕后，所述刀盘退出所述卸压切缝，所述驱动部停止，所述刀盘停止转动；
35.对所述时滞型岩爆防治装置进行维护，为下一次切缝工作做准备。
36.借由上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
37.本发明实施例提供的技术方案，通过采用车载的大型刀盘切割围岩侧帮，无需预先在围岩上打钻孔，既不会影响前端的巷道掘进，又不耽误后端的支护工作，节省了施工步骤，施工工序更加简单，缩短了施工周期，提高了作业效率，从而提高了时滞岩爆防治效果。而且，通过设置角度调节机构和高度调节机构，可以调节刀盘相对于行走机构的角度和高度，同时还可以调节刀盘的直径和数量，从而调节卸压切缝的角度、高度、深度和数量，进而实现根据现场工况及时调节刀盘的工作状态，使用灵活，更好地对围岩进行弱化，更好地改善围岩的受力条件，进一步提高了时滞岩爆的防治效果，降低岩爆风险。
附图说明
38.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
39.图1为本发明实施例提供的一种时滞型岩爆防治装置的结构示意图；
40.图2为本发明实施例提供的一种时滞型岩爆防治装置中角度调节机构的结构示意图；
41.图3为本发明实施例提供的一种时滞型岩爆防治装置中位置调节机构的结构示意图。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
43.在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。
44.如图1所示，本发明实施例提供了一种时滞型岩爆防治装置，包括行走机构1、位置调节机构2、角度调节机构3、高度调节机构4、驱动部5和刀盘6；位置调节机构2设置于行走
机构1上；角度调节机构3与位置调节机构2连接；驱动部5与角度调节机构3连接；刀盘6通过高度调节机构4与驱动部5连接；其中，驱动部5用于驱动刀盘6旋转以切割围岩侧帮，具体地，该驱动部5可以为减速电机；角度调节机构3用于带动刀盘6相对于行走机构1转动预设角度；位置调节机构2用于带动刀盘6沿与行走机构1的行走方向垂直的方向水平移动；高度调节机构4用于调节刀盘6相对行走机构1的高度。
45.可以理解的是，本发明实施例中，位置调节机构2能够带动刀盘6沿与行走机构1的行走方向垂直的方向水平移动，从而使得刀盘6切割围岩侧帮并逐渐达到切缝深度，此处需要说明的是，切缝深度取决于刀盘6的直径大小，刀盘6的直径越大，切缝深度越大，刀盘6的直径越小，切缝深度越小，刀盘6的直径可以根据工况情况作出适当调整，具体地，刀盘6的直径可以优选为1
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10m；而且，刀盘6可以设置一个或多个，多个刀盘6可相互平行的层叠布置，以便一次切缝作业能够形成一条或多条相互平行的卸压切缝，进一步提高时滞岩爆的防治效果，具体地，刀盘6的数量可以为1
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5个；此外，行走机构1与后端设备可以采用可拆卸装配方式，以便该时滞型岩爆防治装置与后端设备可独立进行拆装，通用性好。
46.需要说明的是，行走机构1可以为车载底盘，也可以是履带式底盘、导轨式底盘、支撑腿或其他类似行进装置，也可以为隧道掘进机等行走设备，行走机构1的结构形式可以根据具体的岩爆防治施工情况进行选择，本发明实施例对其不做限定。
47.本发明实施例提供的技术方案，通过采用车载的大型刀盘6切割围岩侧帮，无需预先在围岩上打钻孔，既不会影响前端的巷道掘进，又不耽误后端的支护工作，节省了施工步骤，施工工序更加简单，缩短了施工周期，提高了作业效率，从而提高了时滞岩爆防治效果。而且，通过设置角度调节机构3和高度调节机构4，可以调节刀盘6相对于行走机构1的角度和高度，同时还可以调节刀盘6的直径和数量，从而调节卸压切缝的角度、高度、深度和数量，进而实现根据现场工况及时调节刀盘6的工作状态，使用灵活，更好地对围岩进行弱化，更好地改善围岩的受力条件，进一步提高了时滞岩爆的防治效果，降低岩爆风险。
48.在一可选的实施例中，参见图1，该时滞型岩爆防治装置还可以包括喷淋机构7，该喷淋机构7设置于行走机构1上，喷淋机构7包括第一喷头71和第二喷头72，第一喷头71位于刀盘6的顶部，用于向刀盘6的顶面喷水，第二喷头72位于刀盘6的底部，用于向刀盘6的底面喷水。
49.上述实施例中，通过设置喷淋机构7，且喷淋机构7的第一喷头71和第二喷头72可同时向刀盘6的顶面和底面喷水，实现为刀盘6进行降温和除尘，从而确保刀盘6的正常切缝作业。
50.上述实施例中，喷淋机构7还可以包括水箱、第一水管73和第二水管74，第一水管73连通水箱和第一喷头71，第二水管74连通水箱和第二喷头72，水箱可以设置在行走机构1上，第一水管73和第一喷头71可以设置在刀盘6的顶部，第二水管74和第二喷头72可以设置在刀盘6的底部。而且，当刀盘6的数量为多个时，每个刀盘6的顶部和底部均设置有第一喷头71和第二喷头72。需要说明的是，该喷淋机构7可以在刀盘6开始转动的同时即开启，以便及时为刀盘6进行降温和除尘操作。
51.在一可选的实施例中，参见图1和图3，行走机构1上可以设置有移动空间11，该移动空间11的延伸方向与行走机构1的行走方向垂直；位置调节机构2连接于移动空间11中，位置调节机构2包括移动部21，移动部21与角度调节机构3连接，移动部21能够沿移动空间
11的延伸方向移动。
52.上述实施例中，通过在行走机构1上设置移动空间11，使得位置调节机构2可以设置在该移动空间11中，并在该移动空间11内进行与行走机构1的行走方向垂直的方向水平移动，从而带动刀盘6切割围岩侧帮并逐渐达到切缝深度，这样的结构设置可以尽量降低该时滞岩爆防治装置的整体高度和体积，便于使用。具体地，该移动空间11可以为沿行走机构1横向布置的凸字形空间，且其顶部贯穿行走机构1顶面，以使位于移动空间11外的角度调节机构3与移动空间11内的位置调节机构2连接。
53.其中，角度调节机构3的结构形式可以有多种，只要能够实现调节刀盘6相对于行走机构1的角度即可，为了保证角度调节机构3的使用可靠性，在一可选的实施例中，参见图1和图2，角度调节机构3可以包括转动座31，该转动座31的一侧与移动部21转动连接，转动座31的另一侧与驱动部5连接，该转动座31可以作为驱动部5的底座；齿轮部，其包括相连接的齿轮32和电机，齿轮32可转动地连接于转动座31上，电机用于驱动齿轮32转动；呈弧形的齿条33，该齿条33与移动部21连接，齿条33与齿轮32相啮合，以使转动座31相对行走机构1转动。
54.上述实施例中，电机驱动齿轮32转动，齿轮32便可沿齿条33的弧形轨迹与齿条33啮合移动，从而带动转动座31转动，进而带动刀盘6转动；控制电机的转动角度，即可控制齿条33与齿轮32的啮合长度，从而控制刀盘6的转动角度，结构简单，使用可靠。具体地，齿条可以与移动部21一体成型连接。
55.其中，高度调节机构4的结构形式可以有多种，只要能够实现调节刀盘6相对于行走机构1的高度即可，为了保证高度调节机构4的使用可靠性，在一可选的实施例中，高度调节机构4可以包括连接轴，该连接轴与驱动部5连接，连接轴上设置有多个沿其长度方向依次排布的连接位，连接位用于连接刀盘6。
56.根据上述实施例，在调节刀盘6高度时，可以改变连接刀盘6的连接位，从而实现刀盘6的高度调节。具体地，连接位可以为设置在连接轴上的卡位，如连接位可以包括外花键，同时在刀盘6的中心孔内壁上可以设置内花键，从而实现刀盘6与连接轴之间的花键连接。
57.或者，高度调节机构4可以包括可伸缩轴，该可伸缩轴的一端与驱动部5连接，另一端与刀盘6连接。根据本实施例，在调节刀盘6高度时，可以调节可伸缩轴的伸缩长度，从而实现刀盘6的高度调节。具体地，可伸缩轴或可伸缩杆为现有技术中的常用技术，使用时可在现有技术中进行选取，只要保证其连接强度即可，此处对其结构不进行详述。
58.或者，高度调节机构4可以包括前述的可伸缩轴，该可伸缩轴的一端与驱动部5连接，另一端与刀盘6连接，可伸缩轴上设置有多个沿其长度方向依次排布的前述连接位。根据本实施例，在调节刀盘6高度时，可以调节可伸缩轴的伸缩长度，同时改变连接刀盘6的连接位，从而实现刀盘6的高度调节。
59.由于隧(巷)道内的路况通常较差，行走机构1行进过程中易产生颠簸振动，从而对刀盘6产生冲击力，这易影响刀盘6对围岩侧板进行的正常切缝作业，甚至导致刀盘6损坏，为了解决这一技术问题，参见图1，在一可选的实施例中，该时滞型岩爆防治装置还可以包括减震机构，用于为刀盘6减震，该减震机构包括第一减震部和第二减震部，第一减震部设置于位置调节机构2上，第二减震部设置于行走机构1上。
60.上述实施例中，通过设置减震机构，且该减震机构的第一减震部设置于位置调节
机构2上，第二减震部设置于行走机构1上，实现了当行走机构1处于较差路况时，第一减震部和第二减震部可以同时协调进行减震，从而缓冲掉因颠簸振动而对刀盘6产生的冲击力，保证了刀盘6对围岩侧板进行正常的切缝作业，避免刀盘6损坏。
61.在一可选的实施例中，参见图1，移动部21可以包括相对的第一部分211和第二部分212，第一部分211与角度调节机构3连接；第一减震部包括第一弹性件81，第一弹性件81连接于第一部分211和第二部分212之间，第一部分211能够在第一弹性件81的弹力作用下在移动空间11中进行上下运动，从而对因颠簸振动而对刀盘6产生的冲击力进行缓冲。具体地，第一弹性件81可以为圆柱弹簧，且第一弹性件81的数量可以为多个，多个第一弹性件81可呈矩形阵列排布。
62.上述实施例中，第一部分211的外周壁上可以周向设置有凸台，当第一弹性件81被拉伸到一定程度时，凸台能够与移动空间11的台阶面相抵接，从而对第一弹性件的减震范围进行限制，进而保证整个装置的正常工作。
63.在一可选的实施例中，参见图1，行走机构1包括本体12和设置于本体12底部的车轮13；第二减震部包括第二弹性件82，第二弹性件82连接于本体12和车轮13之间，当行走机构1发生颠簸时，本体12能够在第二弹性件82的弹力作用下进行上下运动，从而对因颠簸振动而对刀盘6产生的冲击力进行缓冲。具体地，第二弹性件82可以为板弹簧。
64.在一可选的实施例中，参见图3，位置调节机构2还可以包括沿移动空间11的延伸方向设置的轨道22，移动部21与轨道22滑动连接，从而实现刀盘6沿与行走机构1的行走方向垂直的方向水平移动。具体地，位置调节机构2整体可以为滚珠丝杠滑台结构。
65.本发明实施例还提供了一种时滞型岩爆防治方法，该防治方法采用前述的时滞型岩爆防治装置，该方法包括如下步骤，可参考图1至图3。
66.s1、在隧道或巷道掘进工作面施工结束后，支护工作开展之前，时滞型岩爆防治装置到达最新巷道开挖区，通过高度调节机构4和角度调节机构3分别调整刀盘6的高度和角度，准备开始对围岩测帮进行切割操作。
67.s2、启动驱动部5和位置调节机构2，同时，刀盘6在行走机构1行车调整下逐渐达到切缝深度，并向前持续推进，从而在隧道或巷道的一侧围岩帮壁上形成卸压切缝。
68.其中，启动驱动部5后，刀盘6高速转动，同时，可以起开喷淋机构7，为刀盘6降温和除尘。而且，在刀盘6对单侧围岩帮壁进行切缝过程中，另一侧可作为安全逃生通路，如果需要对两侧围岩帮壁同时进行切缝作业，则可以两台或多台时滞型岩爆防治装置同时工作，需要说明的是，两台或多台时滞型岩爆防治装置需要在掘进方向上交错布置，从而预留人行安全通道，避免发生刀盘6伤人事故。
69.此外，对于同一侧巷道帮壁围岩，可通过调整刀盘6的高度和角度，从而调整切缝角度和切缝高度进行多次切缝，以便形成卸压破碎带；进而更好地防治时滞型岩爆。
70.s3、当切缝作业完毕后，刀盘6退出卸压切缝，驱动部5停止，刀盘6停止转动。
71.其中，驱动部5停止后，可将刀盘6调整至行走机构1的中央位置，同时，喷淋机构7停止，时滞型岩爆防治装置可整体退出掘进巷道。
72.s4、对时滞型岩爆防治装置进行维护，如保养或更换刀盘6等，为下一次切缝工作做准备。
73.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。