一种基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置及方法，涉及岩石破碎技术领域，包括一个第一电极和四个第二电极，四个所述第二电极围绕第一电极均匀分布；所述第一电极包括第一固定柱，所述第一固定柱的侧面每隔90

【技术实现步骤摘要】
一种基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩石破碎
，具体而言，尤其涉及一种基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置及方法。

技术介绍

[0002]岩石破碎是采掘作业中使部分岩体脱离母体并破碎成岩块的工艺和理论。岩石破碎的常用方案包括炸药破碎法和机械破碎法。
[0003]现有的常用岩石破碎方案中，炸药破碎法利用高能炸药将岩体或岩石大块碎裂为体积较小的碎块，达到开辟作业空间或得到小体积矿石的目的。机械破碎法，采用大型机械对岩石进行破碎，在岩石强度不高时效果较好。然而，现有的岩石破碎方案存在着一定的不足之处，炸药破碎法需要使用炸药，然而炸药管控严格，安全风险高，污染环境；采用机械破碎法，当遇到坚硬的岩体时，机械破岩效率极低，破岩器具损耗严重。对于岩石破碎后钻进面的形态控制，炸药破碎难以精确控制钻进面的形态，机械破岩形成方形采掘面工艺复杂，作业困难。
[0004]CN112044569B公开了一种组合式多电极高压脉冲放电碎裂硬岩装置及破裂方法，通过采用在岩石上打孔后插入电极放电的形式，进行岩石的破碎。然而，此种岩石破碎方法存在着一定的不足之处。CN112044569B进行岩石破碎时必须先对岩石进行钻孔，工艺繁琐；且CN112044569B破岩时未使用液体环境，破碎后的岩屑不能利用液体流动高效回收，无法实现向深部连续采掘。

技术实现思路

[0005]根据上述提出现有的岩石破碎方案对于岩石破碎后钻进面难以控制的技术问题，而提供一种基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置及方法。本专利技术基于高压脉冲放电破岩技术，通过电极形态和布置设计，产生方形钻进面，方形钻进面方便拼接扩展，形成的作业区友好，可以满足不同的工艺场景需求。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置，包括一个第一电极和四个第二电极，四个所述第二电极围绕第一电极均匀分布；
[0008]所述第一电极包括第一固定柱，所述第一固定柱的侧面每隔90
°
设置有一根第一伸出柱，所述第一伸出柱的末端连接有第一伸缩柱，所述第一伸缩柱沿第一伸出柱方向伸缩；
[0009]所述第二电极包括第二固定柱，所述第二固定柱的侧面连接有两根第二伸出柱和一根第三伸出柱，两根所述第二伸出柱相互垂直，所述第三伸出柱沿两根第二伸出柱夹角的平分线设置，所述第二电极伸出柱的末端连接有第二伸缩柱，所述第二伸缩柱沿第二电极伸出柱方向伸缩，所述第三电极伸出柱的末端连接有第三伸缩柱，所述第三伸缩柱沿第三电极伸出柱方向伸缩，所述第三伸出柱指向两个第一伸出柱的夹角处。
[0010]进一步地，当所述第一电极为正电极时，所述第二电极为负电极；当所述第一电极为负电极时，所述第二电极为正电极。
[0011]进一步地，所述第一伸出柱的前端面上设置有安装孔，所述安装孔通过安装轴与第一伸缩柱相连；所述第二伸出柱的前端面上设置有安装孔，所述安装孔通过安装轴与第二伸缩柱相连。
[0012]进一步地，所述第一伸缩柱、第二伸缩柱和第三伸缩柱前端的形状为一字型、丁字型、或弧形中的一种。
[0013]进一步地，所述第一电极和第二电极与方型电容相连并呈一体化设计，当所述第一电极为正极时，所述第一电极表面为磨砂状或颗粒状尖端；当所述第二电极为正极时，所述第二电极表面为磨砂状或颗粒状尖端。
[0014]本专利技术还提供了一种基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘方法，基于上述任意一项基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置实现，包括如下步骤：
[0015]将伸缩柱安装于伸出柱上，调整伸缩柱的长度；
[0016]使方型电容向第一电极中通电，此时第一电极为正电极，第二电极为负电极；
[0017]将所述岩石方形作业区采掘装置设置于待破碎岩体上方，使所述第一电极和第二电极与待破碎岩体表面相接触，所述岩石方形作业区采掘装置周围设置有流动的绝缘液；
[0018]使方型电容向第一电极充电，第一电极与第二电极电势差逐渐增大，达到击穿电压；
[0019]待破碎岩体中形成等离子通道，所述等离子通道膨胀做功致使待破碎岩体破裂成岩石碎块，所述岩石碎块随流动的绝缘液排出，所述岩石碎块剥落后形成空区；
[0020]继续放电，待破碎岩体中形成新的等离子通道，循环上述步骤，在所述第一电极和第二电极所接触的待破碎岩体表面皆破裂后，使所述岩石方形作业区采掘装置下沉；
[0021]所述第一电极和第二电极接触新的待破碎岩体表面，循环上述步骤，直至所有待破碎岩体破碎，采掘完成。
[0022]进一步地，当所述空区形成时，所述绝缘液注入至空区中；所述绝缘液随岩石方形作业区采掘装置下沉；所述岩石碎块随绝缘液被抽取，带岩石碎块的绝缘液经固液分离后被注入至电极作业处。
[0023]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024]本专利技术设计了高压脉冲钻井装置电极的布置方式，采用一正多负或一负多正的电极数量设置和外围电极方形布置；本专利技术的第二电极采用“丁”字型形态可有效扩大单个电极与岩石的接触面积，使得不同岩石的各接触电极部分都能得到充分破碎。
[0025]本专利技术设计了电容电极一体化方形窄脉冲方形钻井前端结构；电容电极一体化可有效缩短电容放电电流上升时间，与传统采用同轴电缆减少放电上升时间，提高单次放电脉冲功率的方案，本专利技术更容易实现，成本更低。
[0026]本专利技术设计的电极组正负电极之间距离可调，同时完全使用正负电极间距来控制单次高压脉冲输出能量和岩石单次破坏形态，而不设置额外的高压放电开关，精简设备机构，提高设备可靠性。本专利技术破岩能量可调，破碎形态可调，通过脉冲装置的电压输出可以调节本专利技术的能量释放，造成裂纹，碎块，粉末等不同的破裂效果。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术电极布置图。
[0029]图2为本专利技术第一电极结构图。
[0030]图3为本专利技术第二电极结构图。
[0031]图4为本专利技术第一次破岩示意图。
[0032]图5为本专利技术第二次破岩示意图。
[0033]图中：1、第一电极；2、第二电极；3、第一固定柱；4、第一伸出柱；5、第一伸缩柱；6、第二固定柱；7、第二伸出柱；8、第三伸出柱；9、第二伸缩柱；10、第三伸缩柱；11、安装孔；12、安装轴；13、方型电容；14、待破碎岩体；15、绝缘液；16、岩石碎块；17、空区；18、绝缘液流动方向；19、紧固螺纹孔。
具体实施方式
[0034]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置，其特征在于：包括一个第一电极(1)和四个第二电极(2)，四个所述第二电极(2)围绕第一电极(1)均匀分布；所述第一电极(1)包括第一固定柱(3)，所述第一固定柱(3)的侧面每隔90
°
设置有一根第一伸出柱(4)，所述第一伸出柱(4)的末端连接有第一伸缩柱(5)，所述第一伸缩柱(5)沿第一伸出柱(4)方向伸缩；所述第二电极(2)包括第二固定柱(6)，所述第二固定柱(6)的侧面连接有两根第二伸出柱(7)和一根第三伸出柱(8)，两根所述第二伸出柱(7)相互垂直，所述第三伸出柱(8)沿两根第二伸出柱(7)夹角的平分线设置，所述第二电极(2)伸出柱的末端连接有第二伸缩柱(9)，所述第二伸缩柱(9)沿第二电极(2)伸出柱方向伸缩，所述第三电极伸出柱的末端连接有第三伸缩柱(10)，所述第三伸缩柱(10)沿第三电极伸出柱方向伸缩，所述第三伸出柱(8)指向两个第一伸出柱(4)的夹角处。2.根据权利要求1所述的基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置，其特征在于，当所述第一电极(1)为正电极时，所述第二电极(2)为负电极；当所述第一电极(1)为负电极时，所述第二电极(2)为正电极。3.根据权利要求1所述的基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置，其特征在于，所述第一伸出柱(4)的前端面上设置有安装孔(11)，所述安装孔(11)通过安装轴(12)与第一伸缩柱(5)相连；所述第二伸出柱(7)的前端面上设置有安装孔(11)，所述安装孔(11)通过安装轴(12)与第二伸缩柱(9)相连。4.根据权利要求1所述的基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置，其特征在于，所述第一伸缩柱(5)、第二伸缩柱(9)和第三伸缩柱(10)前端的形状为一字型、丁字型、或弧形中的一种。5.根据权利要求2所述的基于高压脉冲放电的岩石方形作业区采掘装置，其特征在于，所述第一电极(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤鹏，王秀龙，姜涵钧，徐鸿鹏，彭建宇，高继开，李欣冉，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：