一种定向变流式液力裂切系统及方法与流程

1.本发明属于破岩设备领域，特别涉及一种定向变流式液力裂切系统及方法。


背景技术：

2.在采石或者进行地质研究勘探的过程中，通常需要对坚硬的岩石进行切割和破碎，传动方式是通过物理切割，炸药炸裂，挖凿等方式对岩石进行处理，但是在处理的过程中不仅效率低，而且危险性很高，经常会造成较严重的安全事故。
3.对此，人们研究了一种新型的静力破岩裂切技术，即水利裂切破岩技术；其原理是通过增压装置和高压水管，向放置在岩石钻孔中的专用膨胀器内注入高压水，控制增压，使膨胀器径向膨胀，压迫孔壁，加载上百吨的膨胀力，使岩石或混凝土构体定向开裂或随机破碎，相比传统的破岩方式，其具有安全，搞笑，便捷，节能等诸多优点。
4.岩石的液力裂切如同定向爆破，由于现场环境的复杂，在一些场合中需要对岩石的开裂顺序和落石位置做出严格的把控，现有的裂切装置和裂切方法只能够完成较为直接的裂切作业，对于裂切点的布控则完全依赖于人为的经验进行判断部署，但是岩石的硬度各不相同，所需要的裂切的临界压力也各不相同，因此在裂切点的裂切时序控制上无法达到精准控制，并且对操作者的经验和技术水平要求也比较高。
5.以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种定向变流式液力裂切系统及方法，从而克服现有的液力裂切装置和方法无法自动精确控制裂切点的裂切时序时和裂切压力，对人为的经验和技术要求较高的缺陷。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种定向变流式液力裂切系统，包括：主机箱，其内设有相互连接的水箱和加压泵；主控制器，其设于所述主机箱中，所述加压泵与所述主控制器电性连接，所述主机箱的一侧设有与所述主控制器电性可连接的操作台，所述主机箱内还设有与所述主控制器电性连接的蓄电池；钻孔装置，其包括机座，所述机座上设有导轨，所述导轨上设有可移动的钻头座，所述钻头座上设有钻头以及用于驱动所述钻头转动的第一电机，所述机座上还设有用于驱动所述钻头座沿所述导轨滑动的第二电机，所述钻孔装置还包括副控制器，所述副控制器同时与所述第一电机、所述第二电机和所述主控制器电性连接；膨胀器，其包括膨胀管，所述膨胀管的两端分别设有一个快接头，所述快接头通过第一水管与分配阀连接，所述分配阀通过第二水管与所述加压泵相互连接，所述第一水管和所述快接头之间设有水压传感器，所述水压传感器和所述分配阀与所述主控制器电性连接。
8.优选的，上述技术方案中，还包括空调机，其设于所述主机箱的侧部并与所述主控
制器电性连接。
9.优选的，上述技术方案中，所述机座包括相对的第一端和第二端，所述机座上开设有第一导向孔，所述第一导向孔将所述第一端和所述第二端贯穿。
10.优选的，上述技术方案中，所述导轨共有两根或两根以上，所述导轨的一端与所述第二端固定连接，所述导轨的另一端从所述第二端向外延伸，所述导轨与所述第一导向孔的轴线相平行。
11.优选的，上述技术方案中，当所述钻头座向所述机座滑动时，所述钻头能够从所述第一导向孔中穿过，所述第一导向孔的孔壁上设有导条，所述导条与所述钻头的侧壁相抵接，所述钻头与所述第一电机位于所述钻头座的不同侧。
12.优选的，上述技术方案中，所述钻孔装置还包括辅助座，所述辅助座与所述导轨的另一端固定连接，所述辅助座上开设有第二导向孔，当所述钻头座向所述辅助座移动时，所述第一电机能够穿入至所述第二导向孔中。
13.优选的，上述技术方案中，所述钻钻孔装置还包括与所述导轨相平行的螺杆，所述螺杆的一端以可转动的方式设于所述连接机座上并与所述第二电机的输出端驱动转动，所述螺杆的另一端与所述辅助座转动连接，所述钻头座上开设有与所述螺杆相匹配的螺孔，所述螺杆能够从所述螺孔中穿过。
14.优选的，上述技术方案中，所述机座的两侧设有第一手柄，所述辅助座的两侧设有第二手柄，所述第一手柄和所述第二手柄相互垂直。
15.优选的，上述技术方案中，所述第一端上设有两个或两个以上的支脚，各所述支脚以所述第一导向孔为中心均匀设置，所述支脚的端部设有方向可转动的脚垫。
16.另一方面，为实现上述目的，本发明还提供了一种定向变流式液力裂切方法，使用到上述定向变流式液力裂切系统，其特征在于，包括如下步骤：s1：路径规划，首先根据现场的施工条件以及石料掉落的方位规划岩石的裂切路径与各裂切点的裂切时序，在岩壁上做好标记；s2：钻孔与数据采集，用所述钻孔装置在岩壁上的标记点对岩壁进行钻孔，通过所述副控制器对所述第一电机和所述第二电机的扭矩进行采集，并将数据传输给所述主控制器，得出各个标记点处的岩层硬度，并且同时计算给出该标记点处的裂切临界压力值；s3：安装膨胀器，将膨胀器分别安装在已经钻好的底孔中；s4：设定裂切时序，通过所述操作台对各个标记点的裂切临界时间按照设计好的方案进行设定，所述主控制器能够根据步骤s2中计算出的裂切临界压力值与设定的好的裂切临界时间计算出各所述膨胀器中所需的压强大小，通过所述分配阀对各所述膨胀器中的流量进行流量分配，以控制各标记处的胀裂时序。
17.与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：1. 本发明中的定向变流式液力裂切系统及方法通过将由钻孔装置在对岩壁钻孔的同时也对其硬度数据进行采集，用过主控制器的计算形成各个裂切点处的裂切临界压强，然后根据设定的时序计算出各裂切点处的膨胀器做需要的裂切临界压强，主控制器通过控制分配阀对各膨胀器中的流量进行控制，从而通过控制压强以控制裂切时序的作用，该系统能够因地制宜，现场计算布控，并且智能化高，无需通过人为的经验进行判断，安全性高，错误率低。
18.2. 本发明中的膨胀器与第一水管之间设置有水压传感器，能够实时反馈各膨胀器中的水压情况，使膨胀器的压强控制更加精确。
19.3. 本发明中的钻孔装置不仅能够实现钻孔作业，而且还能够通过对第一电机和第二电机的力矩反馈参数而计算出此处岩层的裂切临界应力，从而能够通过主控制器较为精确地计算出该处的裂切压强。
20.4. 本发明中的钻孔装置的底部设置有三个成三角形分布的支脚，支脚上设置有可转动的脚垫，当钻孔的岩壁表面的平整度较差时，脚垫可以通过转动角度而对岩壁表面的轮廓进行适应，并且三点的支撑结构能够使钻孔装置固定的更加稳定。
21.5. 本发明中的钻孔装置在机座和辅助座上分别设置有第一手柄和第二手柄，并且第一手柄和第二手柄的方向相互垂直，在钻孔的过程中两名工人能够协同作业，使钻孔装置更加稳定。
22.6. 本发明中的钻头座通过两根导轨和两根螺杆进行驱动进给，不仅使钻头座的进给运动更加平顺，而且还能够减少电机的功率，减轻机身重量。
23.7. 本发明中的机座中的第一导向孔的孔壁上设置有铜材料制成的导条，该导条不仅能在钻头移动的过程中起到导向的作用，而且还能够在钻头转动时，起到一个天然润滑轴承的作用。
附图说明
24.图1是实施例一中的定向变流式液力裂切系统的结构图。
25.图2是实施例一中的定向变流式液力裂切系统的另一个角度的结构图。
26.图3是钻孔装置的结构图。
27.图4是机座的结构图。
28.图5是膨胀器的结构图。
29.图6是实施例二中的定向变流式液力裂切方法的流程图。
30.主要附图标记说明：1-主机箱，11-水箱，12-加压泵；2-主控制器，21-操作台；3-蓄电池，31-减振架；4-钻孔装置，41-机座，411-第一端，412-第二端，413-第一导向孔，414-导条，415-第一手柄，42-导轨，43-钻头座，431-螺孔，44-钻头，45-第一电机，46-第二电机，47-副控制器，48-辅助座，481-第二导向孔，482-第二手柄，49-螺杆；5-膨胀器，51-膨胀管，52-快接头；6-第一水管，61-第二水管；7-分配阀；8-水压传感器；9-空调机；10-支脚，101-脚垫。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“顶面”、“底面”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”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发明和简化描述，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发明的限制。
33.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到术语“第一”、“第二”、“第三”只是用于描述目的以及区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。
35.实施例1如图1到图5所示，该实施例中的定向变流式液力裂切系统包括：主机箱1，水箱11，加压泵12，主控制器2，操作台21，蓄电池3，减振架31，钻孔装置4，机座41，第一端411，第二端412，第一导向孔413，导条414，第一手柄415，导轨42，钻头座43，螺孔431，钻头44，第一电机45，第二电机46，副控制器47，辅助座48，第二导向孔481，第二手柄482，螺杆49，膨胀器5，膨胀管51，快接头52，第一水管6，第二水管61，分配阀7，水压传感器8，空调机9，支脚10，脚垫101。
36.主机箱1的内安装有：水箱11、加压泵12、主控制器2、蓄电池31和分配阀7；主控制器2分别与蓄电池31和分配阀7电性连接，主机箱1的一侧安装有操作台21和空调机9，操作台21和空调机9同时与主控制器2电性连接，空调机9用于主机箱1的内部散热。
37.钻孔装置4包括：机座41、导轨42、钻头座43、钻头44、第一电机45、第二电机46、副控制器47、辅助座48以及螺杆49；机座41包括相对的第一端411和第二端412，机座41上开设有第一导向孔413，第一导向孔413将第一端411和第二端412贯穿，第一端411上安装有三个支脚10，各支脚10以第一导向孔413为中心均匀设置，支脚10的端部安装有方向可转动的脚垫101，脚垫101由橡胶材料制成；导轨42共有两根，导轨42的一端与第二端412固定连接，导轨42的另一端从第二端412向外延伸，导轨42与第一导向孔413的轴线相平行，两根导轨42以第一导向孔413为中心对称设置，导轨42上安装有钻头座43，钻头座43能够沿导轨42进行滑动，钻头座43上安装有钻头44以及用于驱动钻头44转动的第一电机45，当钻头座43向机座41滑动时，钻头44的刃端能够从第一导向孔413中穿过，第一导向孔413的孔壁上设有六
根由铜材料制成的导条414，导条414与钻头44的侧壁相抵接，钻头44与第一电机45位于钻头座43的不同侧；辅助座48与导轨42的另一端固定连接，辅助座48上开设有第二导向孔481，第二导向孔481的位置与第一电机45的位置相对应，当钻头座43向辅助座48的方向移动时，第一电机45能够穿入至第二导向孔481中；螺杆49共有两根并且与导轨42相互平行，两根螺杆49以钻头44为中心对称设置，螺杆49的一端与机座41转动连接，在机座41上安装有两台第二电机46，螺杆49的一端与第二电机46的输出端相互连接并由其驱动转动，螺杆49的另一端与辅助座48转动连接，钻头座43上开设有与螺杆49相匹配的螺孔431，螺杆49能够从螺孔431中穿过，副控制器47安装在第一电机45的尾端，副控制器47同时与第一电机45、第二电机46和主控制器2电性连接；机座41的两侧分别安装有一根第一手柄415，辅助座48的两侧分别安装有一根第二手柄482，第一手柄415和第二手柄482相互垂直。
38.膨胀器5包括膨胀管51和快接头52，膨胀管51的两端分别安装有一个快接头52，快接头52通过第一水管6与分配阀7连接，分配阀7通过第二水管61与加压泵12相互连接，第一水管6和快接头52之间安装有水压传感器8，水压传感器8与主控制器2电性连接。
39.实施例二如图6所示，该实施例中的定向变流式液力裂切方法，其通过上述实施例中的定向变流式液力裂切系统来实现，具体包括如下步骤：s1：路径规划，首先根据现场的施工条件以及石料掉落的方位规划岩石的裂切路径与各裂切点的裂切时序，在岩壁上做好标记；s2：钻孔与数据采集，用钻孔装置4在岩壁上的标记点对岩壁进行钻孔，通过副控制器47对第一电机45和第二电机46的扭矩进行采集，并将数据传输给主控制器2，通过主控制器2的计算得出各个标记点处的岩层硬度，并且同时计算给出该标记点处的裂切临界压力值；s3：安装膨胀器，将膨胀器分别安装在已经钻好的底孔中；s4：设定裂切时序，通过操作台21对各个标记点的裂切临界时间按照设计好的方案进行设定，主控制器2能够根据步骤s2中计算出的裂切临界压力值与设定的好的裂切临界时间计算出各膨胀器5中所需的实际压强大小，再通过控制分配阀7对各膨胀器5中的流量进行流量分配，从而对每个膨胀器5中的实际压力值进行控制，以实现控制各标记处的胀裂时序的功能，在膨胀器5膨胀时，通过水压传感器8对膨胀器5中的压强值进行实时监控，对分配阀7进行压强反馈，使之控制得更加精确。
40.综上所述，本实施例中的定向变流式液力裂切系统及方法通过将由钻孔装置在对岩壁钻孔的同时也对其硬度数据进行采集，用过主控制器的计算形成各个裂切点处的裂切临界压强，然后根据设定的时序计算出各裂切点处的膨胀器做需要的裂切临界压强，主控制器通过控制分配阀对各膨胀器中的流量进行控制，从而通过控制压强以控制裂切时序的作用，该系统能够因地制宜，现场计算布控，并且智能化高，无需通过人为的经验进行判断，安全性高，错误率低。
41.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的，这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施
例或示例中以合适的方式结合，对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换、变型以及各种不同的选择和改变，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。