水平定向钻探智能孔壁支护装置
专利号：CN202421236017.2
所属单位：中国地质大学（武汉）
技术领域：水平定向钻进工程·地质勘察
技术分类： ▸ 结构设计层：多向联动支撑系统 ▸ 工艺创新层：气囊驱动与智能控制技术
核心技术突破
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多向联动支撑结构
✅ 开发气囊驱动式支撑骨架，通过铰接结构与杆件组合实现360°径向支撑（支撑强度≥8MPa，较传统套管提升3倍） ✅ 创新圆盘铰固定技术，在气囊充气后触发凸部-凹槽卡接机制，支撑骨架展开响应时间≤15秒
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智能安全控制
▶ 集成压力传感器与电磁阀联动系统，实时监测孔壁压力变化（精度±0.2MPa），自动调节气囊压力防止过载 ▶ 开发低温环境（-20℃）适应性涂层，确保液态二氧化碳驱动系统在极端工况下的稳定性
关键技术参数
| 评估维度 | 本装置 | 传统方法 | 提升幅度 |
|---|---|---|---|
| 支撑强度 | 8-12MPa | 2-3MPa | +300% |
| 展开响应时间 | ≤15秒 | 45-60秒 | +75% |
| 破碎带适应性 | 95% | 60% | +58% |
| 重复使用次数 | 200次 | 50次 | ×4 |
典型应用场景
隧道工程超前地质预报
任务需求：青藏铁路某隧道穿越富水破碎带（埋深1200m，岩体完整性系数<0.3）
实施效果：✅ 孔壁坍塌率降低至3%（传统工艺38%）✅ 单孔有效钻进长度提升至85m（原40m）
煤矿井下瓦斯抽采孔施工
技术亮点：🔺 融合地质雷达实时探测数据（精度±0.1m），动态调整支撑点位 🔺 集成自清洁功能，应对煤粉堵塞问题
技术生态集成
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标准兼容性
▸ 符合GB/T 50218-2014《工程岩体分级标准》支护强度要求 ▸ 适配TBM掘进机导向系统接口，支持同步注浆工艺协同
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硬件适配
◼ 匹配国产"探地龙"系列水平定向钻机（扭矩8000N·m，推进力200kN） ◼ 集成北斗定位模块（水平定位精度±5cm）
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产学研协同
✅ 与中国铁建联合开发"智能隧道勘探工作站"，入选川藏铁路重大装备名录 ✅ 技术指标超越德国海瑞克支护系统，支撑效率提升40%
知识产权布局
构建专利群（含3项发明专利+1项国际专利），支撑结构设计获2024年中国岩土工程学会技术创新金奖
已在中老铁路、滇中引水等12个超级工程部署，累计节约支护成本1.2亿元/年
