一种水囊式冲击波产生装置、冲击波发生系统

摘要

本申请公开了一种水囊式冲击波产生装置、冲击波发生系统，外壳的前部设置有换能器窗口，外壳的后端设置有第一电缆接口和第一注水管接口；负载设置于换能器窗口处，负载的两端分别连接于高压电极和地电极；外壳内设置有绝缘子，电缆线的一端连接于第一电缆接口，电缆线的另一端穿过绝缘子后，电缆线端部的两个供电口分别连接于高压电极与地电极；导水管一端连接于第一注水管接口，导水管的另一端穿过绝缘子后伸入换能器窗口处；换能器窗口处设置有囊袋，囊袋采用具有伸缩性的绝缘材料，囊袋内部形成密封空间，负载位于密封空间内。本申请解决了现有技术中因上行钻孔的充水位置不明确，而导致冲击波作业效果差的问题。

说明书

技术领域

本申请属于矿山工程技术领域，具体涉及一种水囊式冲击波产生装置、冲击波发生系统。

背景技术

可控冲击波预裂技术当前已在我国煤矿安全与生产领域形成了规模化的应用，以其优异的应用效果取得了行业的认可。可控冲击波技术所激发出的冲击波需在完全充水的介质中激发后方可对煤岩体进行做功，以达到功耗无损的目的，故而，多数可控冲击波作业钻孔仅能作业下行钻孔或对钻孔孔口封孔后对近水平钻孔实施作业。针对上行钻孔或垂直钻孔作业时，由于钻孔充水位置不明确、钻孔裂隙发育保水性差、钻孔封孔效果差等因素，影响了冲击波的作业效果，同时还对作业期间存在一定的安全隐患。

发明内容

本申请实施例通过提供一种水囊式冲击波产生装置、冲击波发生系统，解决了现有技术中因上行钻孔的充水位置不明确，而导致冲击波作业效果差的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种水囊式冲击波产生装置，包括外壳、用于产生冲击波的负载、绝缘子、囊袋、以及设置于所述外壳内的电缆线和导水管；

所述外壳为内部中空的柱体结构，所述外壳的前部设置有换能器窗口，所述换能器窗口为供冲击波通过的开口，所述外壳的后端设置有第一电缆接口和第一注水管接口；所述外壳的内部设置有高压电极与地电极；

所述负载设置于所述换能器窗口处，所述负载的两端分别连接于所述高压电极和所述地电极；

所述外壳内设置有所述绝缘子，所述绝缘子位于所述换能器窗口的后部，所述绝缘子与所述外壳的内壁为密封连接；

所述电缆线的一端连接于所述第一电缆接口，所述电缆线的另一端穿过所述绝缘子后，所述电缆线端部的两个供电口分别连接于所述高压电极与所述地电极；

所述导水管一端连接于所述第一注水管接口，所述导水管的另一端穿过所述绝缘子后伸入所述换能器窗口处；所述绝缘子与所述电缆线和所述导水管均为密封连接；

所述换能器窗口处设置有所述囊袋，所述囊袋采用具有伸缩性的绝缘材料，所述囊袋内部形成密封空间，所述负载位于所述密封空间内。

在一种可能的实现方式中，所述囊袋为两端开口的圆筒形结构，所述囊袋的两端设置有连接环，所述连接环为金属环体，所述囊袋通过所述连接环安装于所述外壳上。

在一种可能的实现方式中，还包括压环、以及套装于所述压环上的固定环；

所述囊袋套装于所述外壳上，所述连接环分别位于所述换能器窗口的两侧；

所述压环的外壁为锥面，所述锥面上设置有螺纹；所述压环套装于所述囊袋上，所述压环的小口端的内壁与所述连接环的外壁抵接；所述压环的小口端的左右侧壁上均设置有槽体，所述槽体的延伸方向与所述压环的轴线平行；

所述固定环的内壁为与所述压环的外壁适配的锥面，所述固定环的内壁设置有内螺纹，所述固定环旋入所述压环的小口端，所述压环的小口端收缩使所述连接环固定于所述外壳上。

在一种可能的实现方式中，所述囊袋的厚度为5mm，所述囊袋材质为柔性高抗撕硅橡胶。

在一种可能的实现方式中，所述外壳的前端设置有自动排气阀。

本发明实施例还提供了一种冲击波发生系统，包括上述的水囊式冲击波产生装置、以及孔口装置、水箱、通缆钻杆和脉冲功率驱动源；

所述孔口装置安装于钻孔的孔口；

所述冲击波产生装置设置于所述钻孔内，所述外壳的后端螺纹连接于所述通缆钻杆的前端，所述通缆钻杆前端的电缆插头与所述第一电缆接口连接，所述通缆钻杆前端的注水管插头与所述第一注水管接口连接；

所述通缆钻杆的后端穿过所述孔口装置，所述通缆钻杆的后端设置有第二电缆接口和第二注水管接口；

所述第二注水管接口通过水管连接于所述水箱，所述水箱上设置有增压泵，所述水管上设置有阀门和压力表；

所述第二电缆接口通过电缆电性连接于所述脉冲功率驱动源。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种水囊式冲击波产生装置、冲击波发生系统，该冲击波产生装置将水介质存储于囊袋中向岩体做功，避免了现有技术中需要将水注入钻孔内才可进行冲击波作业的问题。从而对上行钻孔或垂直钻孔进行冲击波作业时，能够免去向钻孔内充水的环节，直接通过水囊式冲击波产生装置向岩体做功，因此解决了由于钻孔充水位置不明确、钻孔裂隙发育保水性差、钻孔封孔效果差等因素导致冲击波的作业效果差、以及存在一定的安全隐患的问题，本发明的装置大大提高了冲击波作业时的效率，节约了成本，实用性强，便于推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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是本申请中记载的一些实施例，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。

图1为本发明实施例提供的水囊式冲击波产生装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的压环的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的水囊式冲击波产生装置的充水状态示意图。

图4为本发明实施例提供的冲击波发生系统的结构示意图。

附图标记：1-外壳；11-换能器窗口；12-第一注水管接口；13-第一电缆接口；2-负载；3-绝缘子；4-囊袋；41-密封空间；5-电缆线；6-导水管；7-连接环；8-压环；81-槽体；9-固定环；20-孔口装置；21-压力表；22-通缆钻杆；23-脉冲功率驱动源；24-钻孔；25-第二注水管接口；26-第二电缆接口；27-阀门。

具体实施方式

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明实施例和简化描述，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发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

如图1至图4所示，本发明实施例提供的水囊式冲击波产生装置，包括外壳1、用于产生冲击波的负载2、绝缘子3、囊袋4、以及设置于外壳1内的电缆线5和导水管6。

外壳1为内部中空的柱体结构，外壳1的前部设置有换能器窗口11，换能器窗口11为供冲击波通过的开口，外壳1的后端设置有第一电缆接口13和第一注水管接口12。外壳1的内部设置有高压电极与地电极。

负载2设置于换能器窗口11处，负载2的两端分别连接于高压电极和地电极。

外壳1内设置有绝缘子3，绝缘子3位于换能器窗口11的后部，绝缘子3与外壳1的内壁为密封连接。

电缆线5的一端连接于第一电缆接口13，电缆线5的另一端穿过绝缘子3后，电缆线5端部的两个供电口分别连接于高压电极与地电极。

导水管6一端连接于第一注水管接口12，导水管6的另一端穿过绝缘子3后伸入换能器窗口11处。绝缘子3与电缆线5和导水管6均为密封连接。

换能器窗口11处设置有囊袋4，囊袋4采用具有伸缩性的绝缘材料，囊袋4内部形成密封空间41，负载2位于密封空间41内。

需要说明的是，电缆线5将电流通过高压电极与地电极传输至负载2，通电后的负载2产生冲击波。外壳长度小于2m，外径为70mm。外壳的前端为球状，从而便于该装置在钻孔内的推送。

囊袋4、绝缘子3和外壳1端部形成密封空间41，将水通过导水管6注入密封空间41后，水能够将囊袋4撑开，如图3所示，该装置放置于钻孔24时，囊袋4侧壁与钻孔24内壁抵接，通过负载2产生冲击波时，冲击波在水介质的传递下透过囊袋4直接作用到钻孔24的内壁，进而使岩体产生裂隙。囊袋4状态不会发生变化，因此囊袋4可重复使用。

本实施例中，囊袋4为两端开口的圆筒形结构，囊袋4的两端设置有连接环7，连接环7为金属环体，囊袋4通过连接环7安装于外壳1上。

需要说明的是，通过连接环7安装囊袋4能够提高囊袋4安装后的稳定性，使囊袋4不易松动，连接环7和外壳1的连接处为防水密封连接。

本实施例中，还包括压环8、以及套装于压环8上的固定环9。

囊袋4套装于外壳1上，连接环7分别位于换能器窗口11的两侧。

压环8的外壁为锥面，锥面上设置有螺纹。压环8套装于囊袋4上，压环8的小口端的内壁与连接环7的外壁抵接。如图2所示，压环8的小口端的左右侧壁上均设置有槽体81，槽体81的延伸方向与压环8的轴线平行。

固定环9的内壁为与压环8的外壁适配的锥面，固定环9的内壁设置有内螺纹，固定环9旋入压环8的小口端，压环8的小口端收缩使连接环7固定于外壳1上。

需要说明的是，囊袋4套装于外壳1上，能够便于囊袋4的拆卸和安装。当然囊袋4也可安装于外壳1内部，只需满足囊袋4充水胀大后能够贴合于钻孔24侧壁即可。

通过压环8和固定环9固定囊袋4时，先将囊袋4舒展，连接环7套装于外壳1上，使压环8的小口端与连接环7抵接。再将固定环9套入外壳1端部，固定环9套装并旋入压环8的小口端上，由于固定环9和压环8的螺纹配合面均为锥面，且压环8的小口端上设有槽体81，因此旋入固定环9能够压缩压环8的小口端，使压环8的小口端收缩，收缩的小口端将连接环7压紧与外壳1上，从而实现囊袋4的固定。

固定环9将连接环7压紧时，连接环7与外壳1的外壁紧密贴合，连接环7可设置为具有一个缺口的环带，以便于连接环7收紧，同时连接环7内壁可设置环形的橡胶圈，从而可提高连接环7处的密封性，避免水渗出。

安装压环8后，囊袋4的外径比压环8的外径小10mm左右，从而使该装置在钻孔内推送时，可有效减少囊袋与钻孔内壁岩石的摩擦。

本实施例中，囊袋4的厚度为5mm，囊袋4材质为柔性高抗撕硅橡胶。

需要说明的是，经试验，该材质和该厚度的囊袋4具有较好的弹性，且具有一定的结构强度，能够满足本发明的使用需求。

本实施例中，外壳1的前端设置有自动排气阀。

需要说明的是，自动排气阀为霍尼韦尔自动排气阀，向囊袋4的内部充水时，囊袋4内的气体会通过自动排气阀排出，同时水不会从自动排气阀处流出，进而避免壳体顶部存在气体而使气囊无法充满水的问题。囊袋4放水时，壳体顶部产生负压，大气会通过自动排气阀进入壳体，从而便于将水顺利排出，排出水后，该装置可移动至下一作业点进行冲击波作业。

如图1至图4所示，本发明实施例还提供了一种冲击波发生系统，包括上述的水囊式冲击波产生装置、以及孔口装置20、水箱、通缆钻杆22和脉冲功率驱动源23。

孔口装置20安装于钻孔24的孔口。

冲击波产生装置设置于钻孔24内，外壳1的后端螺纹连接于通缆钻杆22的前端，通缆钻杆22前端的电缆插头与第一电缆接口13连接，通缆钻杆22前端的注水管插头与第一注水管接口12连接。

通缆钻杆22的后端穿过孔口装置20，通缆钻杆22的后端设置有第二电缆接口26和第二注水管接口25。

第二注水管接口25通过水管连接于水箱，水箱上设置有增压泵，水管上设置有阀门和压力表21。压力表21可采用抗震压力表。

第二电缆接口26通过电缆电性连接于脉冲功率驱动源23。

需要说明的是，通缆钻杆22便于将该装置推送至钻孔24内设定的位置处。利用该系统实施冲击波作业时的步骤为：

通过通缆钻杆22推送水囊式冲击波产生装置，使水囊式冲击波产生装置的换能器窗口11位于冲击波作业点处。打开水箱的阀门，水箱通过增压泵将水注入水囊式冲击波产生装置的换能器窗口11处设置的囊袋4内。观察导水管6上的压力表21的读数，压力表21的读数为0.5MPa时，囊袋4涨大并贴合于钻孔24的侧壁上。通过脉冲功率驱动源23向水囊式冲击波产生装置放电，水囊式冲击波产生装置产生冲击波，冲击波在囊袋4内水介质的传输下直接对岩石做功，并使岩石产生裂隙，囊袋4为绝缘材质，冲击波做功时，囊袋4保持涨大状态。冲击波作业完毕后，打开阀门，囊袋4内的水在其重力的作用下排至水箱，压力表21读数为零时，囊袋4收缩至初始状态，然后将水囊式冲击波产生装置移动至下一冲击波作业点处。

本发明将水介质存储于囊袋4中向岩体做功，避免了现有技术中需要将水注入钻孔内才可进行冲击波作业的问题。从而对上行钻孔或垂直钻孔进行冲击波作业时，能够免去向钻孔内充水的环节，直接通过水囊式冲击波产生装置向岩体做功，因此解决了由于钻孔充水位置不明确、钻孔裂隙发育保水性差、钻孔封孔效果差等因素导致冲击波的作业效果差、以及存在一定的安全隐患的问题，本发明的装置大大提高了冲击波作业时的效率，节约了成本，实用性强，便于推广使用。

本实施例中，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。