一种同轴钻孔精确劈裂装置、破碎设备及同轴劈裂方法

1.本技术属于岩石、混凝土等固体材料破碎技术领域，更具体地说，是涉及一种同轴钻孔精确劈裂装置、破碎设备及同轴劈裂方法。


背景技术：

2.随着国民经济的快速发展和国家对矿产资源需求的日益增大，岩土工程和采矿工程工作的重要性日益突出。各种类型岩石或矿石等固体材料的抗压强度要远远高于其抗拉、抗剪强度。通常来讲，砂岩类岩石的抗压强度在20～200mpa之间；花岗岩类岩石的抗压强度高一些，大概在100～250mpa之间。而且对于岩石材料都存在解理，这使得它们在破裂时有方向性。解理的存在使得岩石等固体材料的抗拉强度远远低于其抗压、抗剪强度。岩石或混凝土等固体材料的抗拉强度和抗剪强度大约为其抗压强度的1/10，如何充分利用岩石、混凝土等固体材料的这一物理力学特性进行破碎，是提高固体材料破碎效率的关键。
3.从机械破碎固体材料原理角度划分基本可分为冲击压剪法、铣磨切割法和岩内劈裂法三大类。钻孔劈裂法是先在岩石、混凝土等固体材料中钻孔然后对孔壁施加静力或准静力载荷使岩石破裂或破碎。由于它是从岩石或混凝土等内部破碎固体材料的能充分利用岩石或混凝土抗拉、抗剪强度比抗压强度低得多的力学特性。相比冲击压剪法和铣磨切割法，钻孔劈裂破岩法的能量利用率有很大程度的提高破碎固体材料效率也显著提升，尤其适用于强度较高的固体材料施工。相比钻爆法，钻孔劈裂破岩法具有相当高的可控性可以避免固体材料施工过程中对周围结构体的损害以及超挖等而且还可以避免爆破法带来的其它有害效应，如地震波、空气冲击波、有害气体、飞石和噪音等，因而其应用范围更非常广泛。
4.在现有技术中，专利申请号为cn202220720293.0的专利公开了一种钻裂一体机，该钻裂一体机作业时，将铰接座与挖机或其它设备形成连接，然后启动水平旋转机构带动机架水平摆动，使凿岩机组摆至钻孔位置，再启动凿岩机组运动进行钻孔，当钻孔完成后，再启动水平旋转机构带动机架水平摆动，使劈裂机组摆动至前续岩石孔上，再启动劈裂机组推入岩石孔内进行岩石劈裂作业，该钻裂一体机需要先使用凿岩机组钻孔，钻孔完成后，凿岩机组需要退孔后，再使劈裂机组进行对孔；即需要钻孔、退孔和对孔等操作流程；同理，专利申请号为cn202020675232.8的钻劈一体台车，以及专利申请号为cn202020981705.7的钻劈台车均存在上述操作流程，使得现有的设备操作过程存在定位难度高、对孔时间慢，旋转部件在岩石等固体材料劈裂产生的震动和冲击力下使用寿命短，导致其钻孔和劈裂施工效率较低，施工维护成本高等问题。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种同轴钻孔精确劈裂装置，以解决现有技术中需要钻孔、退孔和再对孔等操作流程复杂而导致钻孔和劈裂施工效率较低的技术问题。
6.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种同轴钻孔精确劈裂装置，包
括：总控制系统、钻进动力装置、油缸系统、油压控制系统、劈裂机构、钻杆、岩体多源声学定位与辨识模块和破岩机构；所述钻进动力装置、所述油缸系统、所述劈裂机构、所述钻杆和所述破岩机构同轴线设置，所述钻杆的一端和所述钻进动力装置连接，穿过所述油缸系统和所述劈裂机构后，另一端和所述破岩机构连接，所述油缸系统和所述油压控制系统配合控制所述劈裂机构进行劈裂破岩，至少所述劈裂机构和所述破岩机构上设有地声传感器。
7.通过采用上述技术方案，在总控制系统的控制下，钻进动力装置控制钻杆和破岩机构动作实现钻孔作业，钻孔完成后，油压控制系统和油缸系统配合控制劈裂机构进行劈裂破岩作业，该同轴钻孔精确劈裂装置为同轴心结构，破岩机构无需退孔、劈裂机构对孔和再入孔进行劈裂等流程，劈裂工艺简单，结合钻杆和破岩机构布设的地声传感器以及岩体多源声学定位与辨识模块采集的凿岩或者劈裂破岩信号反演出周围待开采材料的结构，结合实际自由面的情况，确定劈裂机构最佳的劈裂方向以及所需的劈裂力大小，可以有效避免待开采材料在破碎或施工过程中对周围结构体的损害或者欠挖和超挖等问题。
8.在一个实施方式中，该同轴钻孔精确劈裂装置还包括用于定位在开采工作面上的定位机构，总控制系统通过第一直线驱动机构设置在定位机构上，油缸系统通过第二直线驱动机构设置在定位机构上，劈裂机构设置在油缸系统上，定位机构上设有地声传感器。
9.通过采用上述技术方案，定位机构用于与开采工作面进行抵压定位，用于将该同轴钻孔精确劈裂装置定位在待开采材料上，进而保证同轴钻孔精确劈裂装置的稳定性及位置准确性，确保同轴钻孔精确劈裂装置在凿岩和劈裂时不会发生移动。第一直线驱动机构用于实现总控制系统和钻进动力装置的往复运动，以便实现钻孔作业，第二直线驱动机构用于驱使油缸系统往复运动，以便带动劈裂机构进入孔内进行劈裂作业。
10.在一个实施方式中，所述定位机构包括：定位方管、伸缩杆和顶针，所述定位方管内设有圆形通道，所述伸缩杆密封活动式设置在所述定位方管内，所述顶针设置在所述伸缩杆上，所述定位方管上设有第五油口，所述第五油口与所述油压控制系统连接。
11.通过采用上述技术方案，顶针通过伸缩杆控制伸缩，从而可以适用于不同的开采工作面进行定位。
12.在一个实施方式中，所述油压控制系统包括第一油管、第二油管、油压仪表盘、第一控制开关和第二控制开关；第一油管和第二油管均与油压仪表盘连接，第一控制开关控制第一油管的通止，第二控制开关控制第二油管的通止，所述第一油管和所述第二油管均与所述油缸系统连接。
13.通过采用上述技术方案，油压控制系统可以精准的控制各个油管的油压并通过油压仪表盘进行显示，方便确认。
14.在一个实施方式中，所述油缸系统包括：缸体和活塞；所述活塞设置在所述缸体内并将所述缸体分为第一腔室和第二腔室，所述缸体上设有与所述第一腔室连通的第一油口，以及与所述第二腔室连通的第二油口，所述钻杆穿过所述缸体和所述活塞，所述活塞的活动方向与所述钻杆的长度方向相同；所述第一油管与所述第一油口连接，所述第二油管与所述第二油口连接。
15.在一个实施方式中，所述劈裂机构为机械刚性式劈裂机构，包括平移滑块和劈裂楔块，所述劈裂楔块围绕所述平移滑块设置，所述钻杆穿过所述平移滑块，所述平移滑块与所述活塞连接，所述缸体靠近所述劈裂机构的一端设有卡槽，所述卡槽内设有提供径向弹
力的回弹装置，所述劈裂楔块的一端设置在所述卡槽内并与所述回弹装置连接。
16.通过采用上述技术方案，平移滑块向孔内方向运动，将劈裂楔块撑开，使得劈裂楔块对孔内施加劈裂力，同时，回弹装置被压缩；待结束劈裂作业后，平移滑块反向运动，在回弹装置的弹力下，劈裂楔块回位到初始状态，以便进行下一次劈裂作业。
17.在一个实施方式中，所述油缸系统包括伺服电机和液压泵，所述劈裂机构为液压伺服式劈裂机构，包括壳体和劈裂块，所述伺服电机与所述液压泵连接，所述液压泵与所述壳体连接，所述液压泵设有第三油口和第四油口，第三油口与第一油管连接，第四油口与第二油管连接，所述劈裂块间隔设置有多个，所述劈裂块密封式伸出壳体或收纳在壳体内。
18.本技术的另一目的在于提供一种破碎设备，包括设备主体以及如上所述同轴钻孔精确劈裂装置，所述同轴钻孔精确劈裂装置还包括铰接机构，所述铰接机构包括连接座和旋转驱动组件，所述旋转驱动组件与所述定位机构连接，所述连接座与所述设备主体连接。
19.通过采用上述技术方案，该同轴钻孔精确劈裂装置通过铰接结构设置在设备主体上，以便适用于不同的设备主体类型，通过旋转驱动组件可以适用于不同角度的钻孔劈裂工作。
20.在一个实施方式中，设备主体为挖掘机、耙拉机、凿岩台车、掘进机、悬臂式采矿机器人或穿石柔性凿岩机器人。
21.本技术的再一目的用于提供一种同轴劈裂方法，基于如上所述的破碎设备，所述同轴劈裂方法包括以下步骤：
22.s1、设备主体搭载同轴钻孔精确劈裂装置移动至开采工作面；
23.s2、总控制系统控制同轴钻孔精确劈裂装置中的钻进动力装置工作，钻进动力装置驱动钻杆和破岩机构动作进行钻孔作业，同时，岩体多源声学定位与辨识模块自动传输待开采材料特征信息至总控制系统中的智能分析模块；
24.s3、总控制系统控制同轴钻孔精确劈裂装置中的油压控制系统配合油缸系统使劈裂机构朝向临空面后方劈裂待开采材料，油压控制系统自动传输油压信息给智能分析模块；
25.s4、岩体多源声学定位与辨识模块用于在凿岩过程中动态感知定位待开采材料破裂、受力、变形诱发的声源，进而根据多类多个声源的位置与破岩机构、定位机构和劈裂机构布置的地声传感器之间的位置和传播时间，反演待破碎区域待开采材料的参数，包括节理、裂隙、强度、含水体、断层等异常区域，进而精确实时确定原位破碎待开采材料的劈裂方向和劈裂力大小,开始进行原位劈裂待开采材料；
26.s5、待开采材料被劈裂下来后，总控制系统控制同轴钻孔精确劈裂装置中的油压控制系统，停止劈裂力的施加，总控制系统控制同轴钻孔精确劈裂装置中的破岩机构对剥落的待开采材料进一步破碎后，使同轴钻孔精确劈裂装置移动至下一劈裂位置；
27.s6、同轴钻孔精确劈裂装置完成可触及开采工作面的劈裂作业后，对劈裂下来的待开采材料进行清理出渣；
28.s7、设备主体移动使得同轴钻孔精确劈裂装置移动至下一个开采工作面。
29.本技术提供的同轴钻孔精确劈裂装置、破碎设备及同轴劈裂方法的有益效果在于：
30.第一、该同轴钻孔精确劈裂装置为同轴心结构，破岩机构无需退孔、劈裂机构无需
对孔和再入孔进行劈裂等流程，劈裂工艺简单，提高了钻孔和劈裂施工效率；
31.第二、该同轴钻孔精确劈裂装置为同轴心结构，操作流程的减少，可以避免多设备轮转或设备内机构轮转切换使用的问题，降低设备成本及提高设备使用寿命；
32.第三、该同轴钻孔精确劈裂装置为同轴心结构，有效降低了设备体积，灵活性得到提高，有较强的破岩能力和较低的破岩比能，降低能耗；
33.第四、利用岩体多源声学定位与辨识模块用于在凿岩过程中动态感知定位岩体破裂、受力、变形诱发的声源，进而根据多类多个声源的位置与破岩机构、定位机构和劈裂机构布置的地声传感器之间的位置和传播时间，反演待破碎区域岩体的参数，包括节理、裂隙、强度、含水体、断层等异常区域，进而精确实时确定原位破碎待开采材料的劈裂方向和劈裂力大小，可以有效避免待开采材料在破碎或施工过程中对周围结构体的损害或者欠挖和超挖等问题；
34.第五、该同轴钻孔精确劈裂装置具有安全高效、精确劈裂、能耗低和使用寿命长的优点。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本技术实施例1提供的同轴钻孔精确劈裂装置的整体简化结构示意图；
37.图2为本技术实施例1提供的同轴钻孔精确劈裂装置中油压控制系统的简化结构示意图；
38.图3为本技术实施例1提供的同轴钻孔精确劈裂装置中油缸控制系统的简化结构示意图；
39.图4为本技术实施例1提供的同轴钻孔精确劈裂装置中机械刚性式劈裂机构的简化结构示意图；
40.图5为本技术实施例1提供的同轴钻孔精确劈裂装置中定位机构的简化结构示意图；
41.图6为本技术实施例1提供的同轴钻孔精确劈裂装置中铰接机构的简化结构示意图；
42.图7为本技术实施例2提供的同轴钻孔精确劈裂装置中油缸系统和液压式劈裂机构的简化结构示意图。
43.其中，图中各附图标记：
44.1、总控制系统；2、钻进动力装置；3、油缸系统；31、第一油口；32、第二油口；33、缸体；34、第一腔室；35、第二腔室；36、活塞；37、卡槽；38、回弹装置；4、油压控制系统；41、第一油管；42、第二油管；43、油压仪表盘；44、第一控制开关；45、第二控制开关；5、铰接机构；51、连接座；52、旋转驱动组件；6、钻杆；7、劈裂机构；71、平移滑块；72、劈裂楔块；73、伺服电机；74、液压泵；75、壳体；76、劈裂块；77、第三油口；78、第四油口；8、定位机构；81、第五油口；82、伸缩杆；83、顶针；84、定位方管；9、地声传感器；10、岩体多源声学定位与辨识模块；11、
破岩机构；12、第一直线驱动机构；13、第二直线驱动机构。
具体实施方式
45.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
46.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
47.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“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技术和简化描述，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技术的限制。
48.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
49.实施例1：
50.如图1-图6所示，现对本技术实施例提供的一种同轴钻孔精确劈裂装置进行说明。该同轴钻孔精确劈裂装置，包括：总控制系统1、钻进动力装置2、油缸系统3、油压控制系统4、劈裂机构7、钻杆6、岩体多源声学定位与辨识模块10和破岩机构11。
51.其中，钻进动力装置2、油缸系统3、劈裂机构7、钻杆6和破岩机构11同轴线设置，岩体多源声学定位与辨识模块10设置在劈裂机构7和破岩机构11之间，钻杆6的一端和钻进动力装置2连接，穿过油缸系统3和劈裂机构7后，另一端和破岩机构11连接，破岩机构11至少包括破岩钻头，用于对待开采材料进行钻孔、破碎；油压控制系统4通过油管与油缸系统3连接，油缸系统3和油压控制系统4配合控制劈裂机构7进行劈裂破岩，至少劈裂机构7和破岩机构11上设有地声传感器9，地声传感器9与岩体多源声学定位与辨识模块10相配合；地声传感器9用于监测同轴钻孔精确劈裂装置的凿岩钻进以及原位破碎待开采材料时的波速。总控制系统1可以采用现有的plc控制系统；钻进动力装置2采用现有的常规方式控制钻杆6转动，或者在控制钻杆6钻孔的同时还提供推进力。
52.在本实施例中，在总控制系统1的控制下，钻进动力装置2控制钻杆6和破岩机构11动作实现钻孔作业，钻孔完成后，油压控制系统4和油缸系统3配合控制劈裂机构7进行劈裂破岩作业，该同轴钻孔精确劈裂装置为同轴心结构，破岩机构11无需退孔、劈裂机构7无需对孔和再入孔进行劈裂等流程，劈裂工艺简单，结合钻杆6和破岩机构11布设的地声传感器9以及岩体多源声学定位与辨识模块10采集的凿岩或者劈裂破岩信号反演出周围待开采材料(指岩石、混凝土等固体材料)的结构，结合实际自由面的情况，确定劈裂机构7最佳的劈裂方向以及所需的劈裂力大小，可以有效避免待开采材料在破碎或施工过程中对周围结构体的损害或者欠挖和超挖等问题。
53.如图1和图5所示，在本实施例中，同轴钻孔精确劈裂装置还包括用于定位在开采
工作面上的定位机构8，总控制系统1通过第一直线驱动机构12设置在定位机构8上，钻进动力装置2设置在总控制系统1上，油缸系统3通过第二直线驱动机构13设置在定位机构8上，劈裂机构7设置在油缸系统3上，定位机构8上设有地声传感器9。定位机构8用于与开采工作面进行抵压定位，用于将同轴钻孔精确劈裂装置固定在待开采材料上，进而保证同轴钻孔精确劈裂装置的稳定性及位置准确性，确保同轴钻孔精确劈裂装置在凿岩和劈裂时不会发生移动。第一直线驱动机构12和第二直线驱动机构13可以采用现有的丝杆组件结构、轨道驱动组件或液压缸及滑轨组件。第一直线驱动机构12用于控制总控制系统1和钻进动力装置2的运动，从而也同步带动了钻杆6和破岩机构11的运动；第二直线驱动机构13用于控制油缸系统3和劈裂机构7的运动；在实际工作过程中，钻孔的同时，第一直线驱动机构12和第二直线驱动机构13可以同步工作；或者，钻孔时，第一直线驱动机构12先工作，待钻孔完成后，第二直线驱动机构13再工作，具体情况根据实际需求进行选择。
54.总控制系统1用于控制各个工作部件进行相对应的动作。总控制系统1包括智能分析模块，智能分析模块通过接收到的油压控制系统4传输的油压信息、岩体多源声学定位与辨识模块10传输的岩体质量信息，来对同轴钻孔精确劈裂装置的作业状态进行动态控制，如动态调整劈裂力值、钻进速率和定位机构8的作用力等。油压控制系统4可以控制和读取同轴钻孔精确劈裂装置的各个腔室的油压，进而控制同轴钻孔精确劈裂装置的作业。进一步地，油压控制系统4与总控制系统1的智能分析模块连接，可将读取的油压数据传输至总控制系统1。
55.具体地，如图5所示，定位机构8包括：定位方管84、伸缩杆82和顶针83，定位方管84的表面为平面，是为了方便安装第一直线驱动机构12和第二直线驱动机构13。定位方管84内设有圆形通道，圆形通道用于安装伸缩杆82，伸缩杆82密封活动式设置在定位方管84内，顶针83设置在伸缩杆82上，顶针83用于抵压开采工作面；地声传感器9设置在顶针83上。定位方管84上设有第五油口81，第五油口81与油压控制系统4连接，通过通入油压来控制伸缩杆82动作，以便适用于不同位置的开采面进行定位。
56.如图1和图2所示，油压控制系统4包括第一油管41、第二油管42、油压仪表盘43、第一控制开关44和第二控制开关45；第一油管41和第二油管42均与油压仪表盘43连接，第一控制开关44控制第一油管41的通止，第二控制开关45控制第二油管42的通止，第一油管41和第二油管42均与油缸系统3连接。在其他实施方式中，根据需求，可以适当增加油管和控制开关的数量。
57.如图1、图3所示，在本实施例中，油缸系统3包括：缸体33和活塞36；活塞36设置在缸体33内并将缸体33分为第一腔室34和第二腔室35，缸体33上设有与第一腔室34连通的第一油口31，以及与第二腔室35连通的第二油口32，钻杆6穿过缸体33和活塞36，活塞36的活动方向与钻杆6的长度方向相同；第一油管41与第一油口31连接，第二油管42与第二油口32连接。
58.如图1、图3和图4所示，在本实施例中，劈裂机构7为机械刚性式劈裂机构，包括平移滑块71和劈裂楔块72，劈裂楔块72围绕平移滑块71设置，钻杆6穿过平移滑块71，平移滑块71与活塞36连接，优选为螺纹连接，缸体33靠近劈裂机构7的一端设有卡槽37，卡槽37内设有提供径向弹力的回弹装置38，劈裂楔块72的一端设置在卡槽37内并与回弹装置38连接。具体地，回弹装置38包括弹簧，劈裂楔块72的一端设置成l型，以便与弹簧连接，弹簧驱
使劈裂楔块72朝向轴线的方向运动，使得多个劈裂楔块72聚拢，聚拢时不对孔内壁施加劈裂力。平移滑块71为圆管结构，平移滑块71与劈裂楔块72的接触面均为楔形面，这样方便将劈裂楔块72撑开以对孔内壁施加劈裂力。
59.在本实施例中，如图1和图5所示，同轴钻孔精确劈裂装置还包括铰接机构5，铰接机构5包括连接座51和旋转驱动组件52，连接座51用于与下文的设备主体连接，旋转驱动组件52用于安装定位机构8，旋转驱动组件52可以驱使定位机构进行360
°
旋转，从而使得该同轴钻孔精确劈裂装置可以对不同角度上的开采工作面进行钻孔和劈裂工作。旋转驱动组件52可以采用电机结合转盘的方式实现。
60.在本实施例中，岩体多源声学定位与辨识模块10用于在凿岩过程中动态感知定位岩体破裂、受力、变形诱发的声源，进而根据多类多个声源的位置与破岩机构、定位机构和劈裂机构7布置的地声传感器之间的位置和传播时间，反演待破碎区域岩体的参数，包括节理、裂隙、强度、含水体、断层等异常区域，进而精确实时确定原位破碎待开采材料的劈裂方向和劈裂力大小。岩体多源声学定位与辨识模块其具体工作原理包括：
61.a.在破岩机构11、定位机构8和劈裂机构7安装的地声传感器9根据惯性导航、透地通讯及时标定自身位置；其具体原理可以参照申请号为cn202110127701.1的专利。
62.b.根据地声传感器9接收到的来自破岩机构11凿岩过程中的岩石破裂、受力、变形等引起的多类多个声源的到时，联合a步骤中的地声传感器9进行声源定位；其具体原理可以参照申请号为cn202010796166.4的专利。
63.c.根据岩石破裂、受力、变形等引起的多类多个声源的位置与到时、地声传感器的位置反算待测破碎区域的岩体波速场，具体原理可以参考申请号为cn202010811187.9的专利，其岩体波速表达式如下：
[0064][0065]
式中：v(xi,yi,zi)为待测破碎区域的岩体波速场，δ(ti,t
0i
)为信号到时与初始时间的到时差，s(xi,yi,z
i x
0i
,y
0i
,z
0i
)为传感器与震源信号的距离。
[0066]
d.根据波速场的数据大小判定异常区域：波速小于340m/s通常为空洞，要避开钻孔，防卡钻和劈裂块76的断裂；340-1000m/s可能就含有水体，就需要超前做好防突水准备，波速如果大于6000m/s就要防止岩爆等灾害对人员和设备的伤害。
[0067]
在本实施例中，总控制系统1控制钻进动力装置2、钻杆6和破岩机构11进行凿岩，钻孔完成后，第一控制开关44开启，油压控制系统4向第一腔室34加油压，由于活塞36与平移滑块71固定连接，活塞36带着平移滑块71在劈裂楔块72中向孔内方向移动，并将劈裂楔块72逐步撑开，使得劈裂楔块72上对岩石等固体材料(待开采材料)孔内进行原位劈裂。劈裂结束后，第一控制开关44关闭，第二控制开关45开启，油压控制系统4向第二腔室35加油压，活塞36带着平移滑块71在劈裂楔块72中向孔外方向移动，活塞36回位，同时，回弹装置38的弹力驱使劈裂楔块72回位聚拢，以便设备下一次劈裂工作，具有施工效果好，安全系数高和结构简单的优点。
[0068]
在本实施例中，还提供一种破碎设备，包括设备主体以及如上文所陈述的同轴钻孔精确劈裂装置，该同轴钻孔精确劈裂装置的连接座51与设备主体连接。
[0069]
具体地，在本实施例中，设备主体为挖掘机、耙拉机、凿岩台车、掘进机、悬臂式采矿机器人或穿石柔性凿岩机器人。其中，悬臂式掘进采矿机器人可以采用申请号为cn202210419094.0的专利中所公开的悬臂式掘进采矿机器人；穿石柔性凿岩机器人采用申请号为cn202110940989.4的专利中所公开的穿石柔性凿岩机器人；具体地，同轴钻孔精确劈裂装置的连接座51设置在设备主体的机器臂前端。设备主体自带行走机构，可以自由行驶至开采工作面。
[0070]
在本实施例中，还提供一种同轴劈裂方法，基于上文所陈述的破碎设备，该同轴劈裂方法包括以下步骤：
[0071]
s1、设备主体搭载同轴钻孔精确劈裂装置移动至开采工作面；
[0072]
s2、总控制系统1控制同轴钻孔精确劈裂装置中的钻进动力装置2工作，钻进动力装置2驱动钻杆6和破岩机构11动作进行钻孔作业，同时，岩体多源声学定位与辨识模块10自动传输待开采材料特征信息至总控制系统1中的智能分析模块；
[0073]
s3、总控制系统1控制同轴钻孔精确劈裂装置中的油压控制系统4配合油缸系统3使劈裂机构7朝向临空面后方劈裂待开采材料，油压控制系统4自动传输油压信息给智能分析模块；
[0074]
s4、岩体多源声学定位与辨识模块用于在凿岩过程中动态感知定位待开采材料破裂、受力、变形诱发的声源，进而根据多类多个声源的位置与破岩机构、定位机构和劈裂机构7布置的地声传感器之间的位置和传播时间，反演待破碎区域待开采材料的参数，包括节理、裂隙、强度、含水体、断层等异常区域，进而精确实时确定原位破碎待开采材料的劈裂方向和劈裂力大小,开始进行原位劈裂待开采材料；
[0075]
s5、待开采材料被劈裂下来后，总控制系统1控制同轴钻孔精确劈裂装置中的油压控制系统4，停止劈裂力的施加，总控制系统1控制同轴钻孔精确劈裂装置中的破岩机构对剥落的待开采材料进一步破碎后，使同轴钻孔精确劈裂装置移动至下一劈裂位置；
[0076]
s6、同轴钻孔精确劈裂装置完成可触及开采工作面的劈裂作业后，对劈裂下来的待开采材料进行清理出渣；清理出渣可以通过设备主体自带的结构实现，也可以通过另外的设备实现；
[0077]
s7、设备主体移动使得同轴钻孔精确劈裂装置移动至下一个开采工作面。
[0078]
实施例2：
[0079]
在本实施例中，与实施例1不同的在于提供另一种油缸系统3和劈裂机构7。具体地，如图7所示，油缸系统3包括伺服电机73和液压泵74，劈裂机构7为液压伺服式劈裂机构7，包括壳体75和劈裂块76，伺服电机73与液压泵74连接，液压泵74与壳体75连接，液压泵74设有第三油口77和第四油口78，第三油口77与第一油管41连接，第四油口78与第二油管42连接，劈裂块76间隔设置有多个，劈裂块76密封式伸出壳体75或收纳在壳体75内；伺服电机73用于调整劈裂角度，液压泵74用于控制向壳体75内输入的油压，油压将各劈裂块76推出壳体75以对孔内岩石壁施加劈裂力。
[0080]
在该实施方式中，总控制系统1控制钻进动力装置2、钻杆6和破岩机构进行凿岩，钻孔完成后，伺服电机73调整角度，使得各劈裂块76对准需要劈裂的方向，第一控制开关44开启，油压控制系统4向第三油口77内输入油压并在液压泵74的控制下来调整各劈裂块76加载劈裂力的状态，使得各个劈裂块76均匀的与孔壁接触进行原位劈裂作业。
[0081]
以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种同轴钻孔精确劈裂装置，其特征在于，包括：总控制系统(1)、钻进动力装置(2)、油缸系统(3)、油压控制系统(4)、劈裂机构(7)、钻杆(6)、岩体多源声学定位与辨识模块(10)和破岩机构(11)；所述钻进动力装置(2)、所述油缸系统(3)、所述劈裂机构(7)、所述钻杆(6)和所述破岩机构(11)同轴线设置，所述钻杆(6)的一端和所述钻进动力装置(2)连接，穿过所述油缸系统(3)和所述劈裂机构(7)后，另一端和所述破岩机构(11)连接，所述油缸系统(3)和所述油压控制系统(4)配合控制所述劈裂机构(7)进行劈裂破岩，至少所述劈裂机构(7)和所述破岩机构(11)上设有地声传感器(9)。2.如权利要求1所述的同轴钻孔精确劈裂装置，其特征在于，还包括用于定位在开采工作面上的定位机构(8)，所述总控制系统(1)通过第一直线驱动机构(12)设置在所述定位机构(8)上，所述油缸系统(3)通过第二直线驱动机构(13)设置在所述定位机构(8)上，所述劈裂机构(7)设置在所述油缸系统(3)上，所述定位机构(8)上设有地声传感器(9)。3.如权利要求2所述的同轴钻孔精确劈裂装置，其特征在于：所述定位机构(8)包括：定位方管(84)、伸缩杆(82)和顶针(83)，所述定位方管(84)内设有圆形通道，所述伸缩杆(82)密封活动式设置在所述定位方管(84)内，所述顶针(83)设置在所述伸缩杆(82)上，所述定位方管(84)上设有第五油口(81)，所述第五油口(81)与所述油压控制系统(4)连接。4.如权利要求1所述的同轴钻孔精确劈裂装置，其特征在于：所述油压控制系统(4)包括第一油管(41)、第二油管(42)、油压仪表盘(43)、第一控制开关(44)和第二控制开关(45)；第一油管(41)和第二油管(42)均与油压仪表盘(43)连接，第一控制开关(44)控制第一油管(41)的通止，第二控制开关(45)控制第二油管(42)的通止，所述第一油管(41)和所述第二油管(42)均与所述油缸系统(3)连接。5.如权利要求4所述的同轴钻孔精确劈裂装置，其特征在于：所述油缸系统(3)包括：缸体(33)和活塞(36)；所述活塞(36)设置在所述缸体(33)内并将所述缸体(33)分为第一腔室(34)和第二腔室(35)，所述缸体(33)上设有与所述第一腔室(34)连通的第一油口(31)，以及与所述第二腔室(35)连通的第二油口(32)，所述钻杆(6)穿过所述缸体(33)和所述活塞(36)，所述活塞(36)的活动方向与所述钻杆(6)的长度方向相同；所述第一油管(41)与所述第一油口(31)连接，所述第二油管(42)与所述第二油口(32)连接。6.如权利要求5所述的同轴钻孔精确劈裂装置，其特征在于：所述劈裂机构(7)为机械刚性式劈裂机构，包括平移滑块(71)和劈裂楔块(72)，所述劈裂楔块(72)围绕所述平移滑块(71)设置，所述钻杆(6)穿过所述平移滑块(71)，所述平移滑块(71)与所述活塞(36)连接，所述缸体(33)靠近所述劈裂机构(7)的一端设有卡槽(37)，所述卡槽(37)内设有提供径向弹力的回弹装置(38)，所述劈裂楔块(72)的一端设置在所述卡槽(37)内并与所述回弹装置(38)连接。7.如权利要求4所述的同轴钻孔精确劈裂装置，其特征在于：所述油缸系统(3)包括伺服电机(73)和液压泵(74)，所述劈裂机构(7)为液压伺服式劈裂机构，包括壳体(75)和劈裂块(76)，所述伺服电机(73)与所述液压泵(74)连接，所述液压泵(74)与所述壳体(75)连接，所述液压泵(74)设有第三油口(77)和第四油口(78)，第三油口(77)与第一油管(41)连接，第四油口(78)与第二油管(42)连接，所述劈裂块(76)间隔设置有多个，所述劈裂块(76)密封式伸出壳体(75)或收纳在壳体(75)内。8.一种破碎设备，其特征在于，包括设备主体以及如权利要求2-7中任一项所述同轴钻
孔精确劈裂装置，所述同轴钻孔精确劈裂装置还包括铰接机构(5)，所述铰接机构(5)包括连接座(51)和旋转驱动组件(52)，所述旋转驱动组件(52)与所述定位机构(8)连接，所述连接座(51)与所述设备主体连接。9.如权利要求8所述的破碎设备，其特征在于：所述设备主体为挖掘机、耙拉机、凿岩台车、掘进机、悬臂式采矿机器人或穿石柔性凿岩机器人。10.一种同轴劈裂方法，其特征在于，基于如权利要求8所述的破碎设备，所述同轴劈裂方法包括以下步骤：s1、设备主体搭载同轴钻孔精确劈裂装置移动至开采工作面；s2、总控制系统(1)控制同轴钻孔精确劈裂装置中的钻进动力装置(2)工作，钻进动力装置(2)驱动钻杆(6)和破岩机构(11)动作进行钻孔作业，同时，岩体多源声学定位与辨识模块(10)自动传输待开采材料特征信息至总控制系统(1)中的智能分析模块；s3、总控制系统(1)控制同轴钻孔精确劈裂装置中的油压控制系统(4)配合油缸系统(3)使劈裂机构(7)朝向临空面后方劈裂待开采材料，油压控制系统(4)自动传输油压信息给智能分析模块；s4、岩体多源声学定位与辨识模块(10)用于在凿岩过程中动态感知定位待开采材料破裂、受力、变形诱发的声源，进而根据多类多个声源的位置与破岩机构(11)、定位机构(8)和劈裂机构(7)布置的地声传感器(9)之间的位置和传播时间，反演待破碎区域待开采材料的参数，包括节理、裂隙、强度、含水体、断层等异常区域，进而精确实时确定原位破碎待开采材料的劈裂方向和劈裂力大小,开始进行原位劈裂待开采材料；s5、待开采材料被劈裂下来后，总控制系统(1)控制同轴钻孔精确劈裂装置中的油压控制系统(4)，停止劈裂力的施加，总控制系统(1)控制同轴钻孔精确劈裂装置中的破岩机构(11)对剥落的待开采材料进一步破碎后，使同轴钻孔精确劈裂装置移动至下一劈裂位置；s6、同轴钻孔精确劈裂装置完成可触及开采工作面的劈裂作业后，对劈裂下来的待开采材料进行清理出渣；s7、设备主体移动使得同轴钻孔精确劈裂装置移动至下一个开采工作面。

技术总结
本申请涉及岩石、混凝土等固体材料破碎技术领域，提供一种同轴钻孔精确劈裂装置、破碎设备及同轴劈裂方法；该同轴钻孔精确劈裂装置，包括：总控制系统、钻进动力装置、油缸系统、油压控制系统、劈裂机构、钻杆、岩体多源声学定位与辨识模块和破岩机构；所述钻进动力装置、所述油缸系统、所述劈裂机构、所述钻杆和所述破岩机构同轴线设置，所述钻杆的一端和所述钻进动力装置连接，穿过所述油缸系统和所述劈裂机构后，另一端和所述破岩机构连接，所述油缸系统和所述油压控制系统配合控制所述劈裂机构进行劈裂破岩，劈裂机构和破岩机构上设有地声传感器。该同轴钻孔精确劈裂机具有劈裂效率高、安全、精确劈裂、能耗低和使用寿命长的优点。点。点。


技术研发人员：董陇军 郝晨良 范方政
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2023.02.10
技术公布日：2023/7/20