基于勒洛三角形原理的方形炮孔钻孔设备及钻头

本技术涉及深部岩体钻爆掘进设备领域，尤其涉及基于勒洛三角形原理的方形炮孔钻孔设备及钻头。

背景技术：

1、近些年我国虽然在大力推进新能源的使用，但是煤炭依然作为主要能源在推动我国国民经济发展中占据主导地位，约占能源结构的67％左右，核能、水电、太阳能等能源所占比例依然不高。可以预见的是，在未来数十年的发展过程中，煤炭依然将作为主要能源长期存在。现今，煤炭开采已经进入深部，深部开采的诸多问题日益凸显，比如高地应力是深部开采中面临的一个比较棘手的问题。深部煤炭开采过程中的煤炭安全生产是整个生产过程中不容忽视的重中之重，在众多煤矿事故中，顶板事故所占比率较大，尤其是煤层顶板处于巨厚砂岩等坚硬顶板时。

2、其中，坚硬顶板指的是处于需采煤层之上的自承载能力比较强的顶板，其主要特点是顶板厚度相对较大大，整体强度和整体性都较好，节理、裂隙等弱面发育比较差。当大面积采空区顶板在很长时间内都不能自然垮落时，将会使得采区上方岩体内压力高度集中，当顶板的压力超过支护强度时，顶板会在高压力作用下发生剪切破坏。同时由于坚硬顶板的自身重力较大的原因，当顶板的自身重力超过顶板上部的强度时，将会产生拉应力造成拉伸破坏。当大面积悬顶突然垮落时，岩层发生折断，并且产生强烈的动荷载作用，使得大量工作面支架被推倒或损坏，造成工作面垮塌、冒落事故，并且由此会发生一系列的次生灾害，如极易形成破坏性巨大的飓风和冲击地压，飓风气浪所携带的巨大动能常摧毁回采工作面及其邻近巷道中的支架、风门和砖墙密闭，更严重的是可能会使得瓦斯瞬间涌出，引起瓦斯重大事故。

3、运用爆破方法进行坚硬顶板弱化是一项技术要求很高的操作方法，其关键是如何控制矸石的塌落体积，使其充分充填采空区。为达到控制顶板坍落面积和围岩稳定性的目的，通常采用基于圆形炮孔的坚硬顶板松动预裂爆破控制技术，然而圆形炮孔爆破后裂纹方向不容易控制。本申请的实用新型人在工程实践中发现：方形炮孔爆破时应力波会在方形炮孔四个尖端延长线方向形成叠加区，发生应力集中，对爆生裂纹的形成具有导向作用，根据方形炮孔四个尖端不同的位置布置炮孔组，可以在不同方向上控制爆生裂纹的产生，以适应不同工况下坚硬顶板的爆破弱化。但是，方形炮孔相对于圆形炮孔加工而言，存在加工难度大、钻孔工具少。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型实施例提供一种基于勒洛三角形原理的方形炮孔钻孔设备及钻头，能够钻打出方形炮孔，以适应坚硬顶板爆破弱化工程需要。

2、为达到上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种基于勒洛三角形原理的方形炮孔钻孔设备，包括：钻机本体，所述钻机本体具有钻机轴，所述钻机轴的端部安装有钻头，所述钻头包：盘状本体，位于所述盘状本体的中心设有安装孔，所述盘状本体的边缘上设有切割刃，所述切割刃的轮廓包括：相互连接的呈放射状排布在盘状本体的边缘上的三组圆弧段，每组圆弧段包括第一圆弧及与第一圆弧相连的第二圆弧，三组圆弧段的端点位于同一个圆形包络线上，相邻组圆弧的端点之间的距离与待钻设方形炮孔的边长一致。

4、可选地，第一组圆弧段中的所述第一圆弧是以所述中心为圆心建立坐标系，以相对于所述中心建立的圆心为第一原点坐标，相对于该第一原点坐标为(-20.6785，-2.8367)的位置坐标点形成第一圆心；以所述第一圆心所在位置为中心，半径为预定半径形成所述第一圆弧。

5、可选地，第一组圆弧段中的所述第二圆弧是以所述第一圆心所在位置为第二原点坐标，相对于该第二原点坐标为(-7.1173，5.7975)的位置为第二圆心，半径为预定半径形成第二圆弧；并且，所述第一圆弧与第二圆弧相连，但内凹方向相反。

6、可选地，所述切割刃为锯齿状。

7、第二方面，本实用新型还实施例提供一种用于钻方形炮孔的钻头，包括：盘状本体，位于所述盘状本体的中心设有安装孔，所述盘状本体的边缘上设有切割刃，所述切割刃的轮廓包括：相互连接的呈放射状排布在盘状本体的边缘上的三组圆弧段，每组圆弧段包括第一圆弧及与第一圆弧相连的第二圆弧，三组圆弧段的端点位于同一个圆形包络线上，相邻组圆弧的端点之间的距离与待钻设方形炮孔的边长一致或大致一致。

8、本实用新型实施例提供的基于勒洛三角形原理的方形炮孔钻孔设备及钻头，包括钻机本体，所述钻机本体具有钻机轴，所述钻机轴的端部安装有钻头，所述钻头包：盘状本体，位于所述盘状本体的中心设有安装孔，所述盘状本体的边缘上设有切割刃，由于所述切割刃的轮廓包括：相互连接的呈放射状排布在盘状本体的边缘上的三组圆弧段，每组圆弧段包括第一圆弧及与第一圆弧相连的第二圆弧，三组圆弧段的端点位于同一个圆形包络线上，相邻组圆弧的端点之间的距离与待钻设方形炮孔的边长一致，这样通过对结构进行改进，能够钻打出方形炮孔，从而适应坚硬顶板爆破弱化工程需要。

技术特征：

1.一种方形炮孔钻孔设备，其特征在于，包括以下步骤：包括：钻机本体，所述钻机本体具有钻机轴，所述钻机轴的端部安装有钻头，所述钻头包括：盘状本体，位于所述盘状本体的中心设有安装孔，所述盘状本体的边缘上设有切割刃，所述切割刃的轮廓包括：相互连接的呈放射状排布在盘状本体的边缘上的三组圆弧段，每组圆弧段包括第一圆弧及与第一圆弧相连的第二圆弧，三组圆弧段的端点位于同一个圆形包络线上，相邻组圆弧的端点之间的距离与待钻设方形炮孔的边长一致。

2.根据权利要求1所述的方形炮孔钻孔设备，其特征在于，第一组圆弧段中的所述第一圆弧是以所述中心为圆心建立坐标系，以相对于所述中心建立的圆心为第一原点坐标，相对于该第一原点坐标为（-20.6785，-2.8367）的位置坐标点形成第一圆心；以所述第一圆心所在位置为中心，半径为预定半径形成所述第一圆弧。

3.根据权利要求2所述的方形炮孔钻孔设备，其特征在于，第一组圆弧段中的所述第二圆弧是以所述第一圆心所在位置为第二原点坐标，相对于该第二原点坐标为（-7.1173，5.7975）的位置为第二圆心，半径为预定半径形成第二圆弧；并且，所述第一圆弧与第二圆弧相连，但内凹方向相反。

4.根据权利要求1所述的方形炮孔钻孔设备，其特征在于，所述切割刃为锯齿状。

5.一种用于钻方形炮孔的钻头，其特征在于，包括：盘状本体，位于所述盘状本体的中心设有安装孔，所述盘状本体的边缘上设有切割刃，所述切割刃的轮廓包括：相互连接的呈放射状排布在盘状本体的边缘上的三组圆弧段，每组圆弧段包括第一圆弧及与第一圆弧相连的第二圆弧，三组圆弧段的端点位于同一个圆形包络线上，相邻组圆弧的端点之间的距离与待钻设方形炮孔的边长一致。

6.根据权利要求5所述的用于钻方形炮孔的钻头，其特征在于，第一组圆弧段中的所述第一圆弧是以所述中心为圆心建立坐标系，以相对于所述中心建立的圆心为第一原点坐标，相对于该第一原点坐标为（-20.6785，-2.8367）的位置坐标点形成第一圆心；以所述第一圆心所在位置为中心，半径为预定半径形成所述第一圆弧。

7.根据权利要求6所述的用于钻方形炮孔的钻头，其特征在于，第一组圆弧段中的所述第二圆弧是以所述第一圆心所在位置为第二原点坐标，相对于该第二原点坐标为（-7.1173，5.7975）的位置为第二圆心，半径为预定半径形成第二圆弧；并且，所述第一圆弧与第二圆弧相连，但内凹方向相反。

8.根据权利要求5所述的用于钻方形炮孔的钻头，其特征在于，所述切割刃为锯齿状。

技术总结本技术实施例提供的基于勒洛三角形原理的方形炮孔钻孔设备及钻头，涉及深部岩体钻爆掘进设备领域。能够钻打出方形炮孔，以适应坚硬顶板爆破弱化工程需要。所述设备包括：钻机本体，所述钻机本体具有钻机轴，所述钻机轴的端部安装有钻头，所述钻头包：盘状本体，位于所述盘状本体的中心设有安装孔，所述盘状本体的边缘上设有切割刃，所述切割刃的轮廓包括：相互连接的呈放射状排布在盘状本体的边缘上的三组圆弧段，每组圆弧段包括第一圆弧及与第一圆弧相连的第二圆弧，三组圆弧段的端点位于同一个圆形包络线上，相邻组圆弧的端点之间的距离与待钻设方形炮孔的边长一致。技术研发人员：丁晨曦,隋哲,郭旭受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：20231018技术公布日：2024/6/20