一种用于矿山坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置的制作方法

1.本发明涉及坚硬顶板卸压技术领域，具体为一种用于矿山坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置。


背景技术：

2.坚硬顶板时煤矿开采中，位于采空区上部的支撑层，随着采空区的不断延伸增大，从而导致坚硬顶板下方空腔逐渐增大，进而导致坚硬顶板易塌裂，产生较大危险，因此，需对其进行分割卸压，避免其出现塌裂状况。而现有的针对坚硬顶板进行卸压的装置，对坚硬顶板的分割形态的可控性的限制较差，进而导致分割后的坚硬顶板的分块，堆放不均匀，存留空腔大小不一，进而导致形成的堆叠的坚硬顶板的支撑强度较差，进而使其潜存二次塌陷危险情况。
3.因此，本领域技术人员提供了一种用于矿山坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于矿山坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，其包括：
5.垂直于坚硬顶板并横向排布设置的梭形孔，形成纵向分割面，通过纵向压裂管嵌入梭形孔中，将坚硬顶板分割成前后平行并左右指向的长条形坚硬顶板；
6.横向排布设置的钻孔，形成水平切割移动面，并将横向压裂管依次嵌入钻孔中对长条形坚硬顶板进行切割卸压，且所述横向压裂管中设有以x型射流切割的射流切割装置，将长条形坚硬顶板切割成前后指向并纵向配合堆叠的三棱柱、四棱柱。
7.作为本发明的一种优选技术方案，所述三棱柱的三角形横截面的高与采空区的高度相对一致，所述四棱柱的菱形横截面的上下端部的间距为采空区的高度的两倍。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述横向压裂管与纵向压列管均采用水力压裂结构对坚硬顶板进行压裂。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述射流切割装置包括：
10.与横向压裂管同轴设置并轴向线性排列的射流分管，所述射流分管中由内至外依次开设有同轴设置并中心对称的分流弧腔、旋摆弧腔，且所述分流弧腔开设两组，所述旋摆弧腔开设四组，所述分流弧腔、旋摆弧腔、横向压裂管相互连通；
11.分流块，其半椭圆弧形凸起部正面向于所述分流弧腔与横向压裂管之间设置的导流口；
12.止逆弧板，呈左右对称安装并上倾斜的安装于位于所述导流口外部的分流弧腔内壁上；
13.同轴安装于所述旋摆弧腔中的旋摆导轨，所述旋摆导轨上安装有射流切割组件。
14.作为本发明的一种优选技术方案，同轴线性排列的所述射流分管的间隔间距为
3m。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述射流切割组件包括：
16.与旋摆弧轨滑动连接的旋摆箱座，其弧形侧端部安装有嵌入旋摆弧轨内侧的导向旋块，其靠于分流弧腔弧形侧端壁一侧的内侧端座上安装有径向指向并横截于分流弧腔弧形腔室的挡流限位板，且位于所述旋摆箱座左右侧的导向旋块分别通过复位弹簧一、复位弹簧二与旋摆弧腔内侧壁相连接；
17.径向指向并安装于所述旋摆箱座中的压裂喷嘴，且所述压裂喷嘴上安装有改变压裂液射流口径的控流喷套。
18.作为本发明的一种优选技术方案，依次位于右下、右上、左上、左下角端的射流切割组件中的控流喷套的射流口径依次增大。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述压裂喷嘴被以周期性增压和降压的压裂液的冲击下进行旋摆，其旋摆幅度角处于30
°‑
α至30
°
+α之间。
20.作为本发明的一种优选技术方案，前后侧所述梭形孔所连直线位于相邻钻孔的中部。
21.与现有技术相比，本发明提供了一种用于矿山坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，具备以下有益效果：
22.本发明中通过对坚硬顶板进行三棱柱、四棱柱的相对切割形态进行切割，以及根据采空区高度对坚硬顶板进行最佳切割，从而使得位于最底部的射流切割的坚硬顶板落入采空区的体积不易过大或过小，并以相对规则匀称的射流切割块进行有序堆叠，既提高了采空区的充实度及稳固强度，又使得坚硬顶板的切割块的下落以及实施过程中的安全性大幅提升，并对切割面域选定一定角度的冲蚀域，而对应切割面完成后的压裂液又相对充当润滑液和辅助导向作用，促进切割过后的坚硬顶板的移动，进而便于坚硬顶板脱落瞬间、下落过程、堆叠过程更加有序可控，而堆叠完成的坚硬顶板中的缝腔中，又可均匀流畅的被压裂液进行填充，从而使得切割完成后的坚硬顶板更加牢固。
附图说明
23.图1为本发明的定向压裂控顶卸压装置实施例一结构示意图；
24.图2为本发明的定向压裂控顶卸压装置实施例二结构示意图；
25.图3为本发明的射流切割装置局部截面结构放大示意图；
26.图4为本发明的坚硬顶板压裂卸压实施结构局部示意图；
27.图中：1、坚硬顶板；2、采空区；3、钻孔；4、横向压裂管；5、射流切割装置；6、梭形孔；7、纵向压裂管；8、射流切割组件；51、射流分管；52、分流弧腔；53、旋摆弧腔；54、旋摆导轨；55、分流块；56、止逆弧板；81、旋摆箱座；82、导向旋块；83、复位弹簧一；84、复位弹簧二；85、挡流限位板；86、压裂喷嘴；87、控流喷套。
具体实施方式
28.参照图1-4，本发明提供一种技术方案：一种用于矿山坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，其包括：
29.垂直于坚硬顶板1并横向排布设置的梭形孔6，形成纵向分割面，通过纵向压裂管7
嵌入梭形孔6中，将坚硬顶板1分割成前后平行并左右指向的长条形坚硬顶板；
30.横向排布设置的钻孔3，形成水平切割移动面，并将横向压裂管4依次嵌入钻孔3中对长条形坚硬顶板进行切割卸压，且所述横向压裂管4中设有以x型射流切割的射流切割装置5，将长条形坚硬顶板切割成前后指向并纵向配合堆叠的三棱柱、四棱柱；
31.需要注意的是，可先对坚硬顶板钻取梭形孔，并向每组梭形孔中嵌入纵向压裂管，并同步启动，对坚硬顶板进行分割，再对长条形坚硬顶板钻取钻孔，并依次通过射流切割装置进行射流切割。
32.本实施例中，所述三棱柱的三角形横截面的高与采空区2的高度相对一致，所述四棱柱的菱形横截面的上下端部的间距为采空区2的高度的两倍，从而使得位于最底部的射流切割的坚硬顶板落入采空区的体积不易过大或过小，并以相对规则匀称的射流切割块进行有序堆叠，既提高了采空区的充实度及稳固强度，又使得坚硬顶板的切割块的下落以及实施过程中的安全性大幅提升。
33.本实施例中，所述横向压裂管4与纵向压列管7均采用水力压裂结构对坚硬顶板1进行压裂，从而使得坚硬顶板的切割面相对匀称，进而便于坚硬顶板脱落瞬间、下落过程、堆叠过程更加有序可控。
34.本实施例中，所述射流切割装置5包括：
35.与横向压裂管4同轴设置并轴向线性排列的射流分管51，所述射流分管51中由内至外依次开设有同轴设置并中心对称的分流弧腔52、旋摆弧腔53，且所述分流弧腔52开设两组，所述旋摆弧腔53开设四组，所述分流弧腔52、旋摆弧腔53、横向压裂管4相互连通；
36.分流块55，其半椭圆弧形凸起部正面向于所述分流弧腔52与横向压裂管4之间设置的导流口，对横向压裂管内部的压裂液进行引流分隔；
37.止逆弧板56，呈左右对称安装并上倾斜的安装于位于所述导流口外部的分流弧腔52内壁上，与分流块配合导流压裂液，以及以导流口径的进一步缩减对压裂液所形成的二次加压；
38.同轴安装于所述旋摆弧腔53中的旋摆导轨54，所述旋摆导轨54上安装有射流切割组件8。
39.本实施例中，同轴线性排列的所述射流分管51的间隔间距为3m，进而提高射流切割的效率以及坚硬顶板脱落瞬间的流畅性。
40.本实施例中，所述射流切割组件8包括：
41.与旋摆弧轨54滑动连接的旋摆箱座81，其弧形侧端部安装有嵌入旋摆弧轨54内侧的导向旋块83，其靠于分流弧腔52弧形侧端壁一侧的内侧端座上安装有径向指向并横截于分流弧腔52弧形腔室的挡流限位板85，且位于所述旋摆箱座81左右侧的导向旋块83分别通过复位弹簧一83、复位弹簧二84与旋摆弧腔53内侧壁相连接；
42.径向指向并安装于所述旋摆箱座81中的压裂喷嘴86，且所述压裂喷嘴86上安装有改变压裂液射流口径的控流喷套87，通过压裂液的冲击、挡流限位板的挡流，促使压裂喷嘴进行倾摆，从而将坚硬顶板的分割面域进行一定的冲蚀，从而降低滑落过程中对横向压裂管的摩擦压迫强度，以及坚硬顶板的下落和堆叠的流畅性、精确性，且使得堆叠所形成的缝隙形态较为均匀，还可配合压裂液的填充，使得堆叠的坚硬顶板更加牢固，且易填充、填充效果较佳。
43.本实施例中，依次位于右下、右上、左上、左下角端的射流切割组件8中的控流喷套87的射流口径依次增大，并以左向进行移动切割，每次切割时，从而当坚硬顶板被射流分隔时，其切割面的切割速率由大至小依次排列为右下切割面、右上切割面、左上切割面、左下切割面，其形成的三棱柱、四棱柱的脱落顺序及脱落位移轨迹，如图4所示，此中需要注意的是，脱落过程中，其对应切割面的压裂液则相对充当润滑液和辅助导向作用，促进切割过后的坚硬顶板的移动。
44.本实施例中，所述压裂喷嘴86被以周期性增压和降压的压裂液的冲击下进行旋摆，其旋摆幅度角处于30
°‑
α至30
°
+α之间，从而对坚硬顶板进行2倍α弧心角的冲蚀，作为最佳实施例，选取α为2.5
°
夹角作为冲蚀域。
45.本实施例中，前后侧所述梭形孔6所连直线位于相邻钻孔3的中部，促使坚硬顶板的分割更加匀称。
46.在具体实施时，其包括以下步骤：
47.s1：根据采空区的高度，选取待分割为三棱柱的三角形横截面的高度、四棱柱的菱形横截面的上下端部的间距长度，以及对梭形孔的前后间隔间距进行设定分割，并进行梭形孔的钻取，并向每组梭形孔中嵌入纵向压裂管，并同步启动，对坚硬顶板进行分割成长条形坚硬顶板；
48.s2：再对长条形坚硬顶板钻取钻孔，并依次通过射流切割装置进行射流切割，并选取α为2.5
°
作为冲蚀域，依次完成对坚硬顶板的切割，从而完成坚硬顶板的卸压。
49.以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。