液态二氧化碳相变致裂器深孔推送装置的制作方法

本发明涉及一种液态二氧化碳相变致裂器深孔推送装置，具体地讲，主要用于对液态二氧化碳相变致裂器进行深孔推送。

背景技术：

目前，液态二氧化碳相变致裂器是基于液态二氧化碳相变膨胀释放能量，进行爆破的一种新型装置，在国外广泛应用于锅炉清堵、建筑物拆除、特殊区域爆破作业等方面；获得了英国、新西兰等国的安全认定，是国际上一种理念先进、方法安全、效果显著的爆破技术。近年来，我国相关科研单位将该技术引入煤炭开采领域，一方面用来满足矿山爆破工程需求，另一方面也是一套有效的、安全的煤层瓦斯增抽技术装备。所以液态二氧化碳相变致裂器是一种全新的综合型技术装备，作为一种物理爆破装备，有着其他技术装备无法比拟的技术优势，能够为我国煤矿的瓦斯防治、煤层气抽采及矿山特殊条件下的开采提供新技术、新工艺，推动我国煤炭行业健康、安全发展。

液态二氧化碳相变致裂器在低渗煤层深孔预裂增透、采煤工作面爆破落煤、顶煤预裂提高综放工作面煤炭资源回收率、煤(岩)巷掘进、强制放顶等领域具有广阔的前景。煤炭科学研究总院淮北爆破技术研究所在平顶山进行了二氧化碳爆破管的地面实验，试验表明爆破过程不会产生火花，安全性较高。中国矿业大学徐颖、程玉生等从1994年起开展了高压气体爆破方面的研究，研制了高压气体爆破模拟实验系统，开展了高压气体爆破作用机理及破煤块度方面的研究工作。河南理工大学王兆丰、赵立朋等开展了二氧化碳相变爆破增透方面的研究，对液态二氧化碳对煤层致裂机理及现场应用进行研究。在二氧化碳预裂增透抽采瓦斯技术方面，张海成等人在武乡县山西东庄煤业有限公司、沁源县山西沁新能源集团股份有限公司新源煤矿、山西长治郊区三元南耀小常煤业有限公司、襄垣县山西襄矿晋平煤业有限公司和山西襄矿上良煤业有限公司、山西潞煤集团的高河煤矿进行了规模不等的试验，王兆丰等人在平煤集团等矿井开展了同类试验研究。以上研究为二氧化碳相变致裂技术在煤层瓦斯增透领域应用，提供了大量现场经验，研究表明该技术对于低渗煤层增透瓦斯抽采效果显著。

目前，在该项技术应用装备研究方面，主要进行了二氧化碳致裂器、二氧化碳灌装系统等研究，而二氧化碳致裂器深孔推送装置还没有相关研究及专利公开。现有液态二氧化碳相变致裂器在现场应用过程中，二氧化碳相变致裂器必须通过十几米甚至上百米的钻孔推送进入设计地点，由于设备笨重，人工无法完成二氧化碳相变致裂器的推进及拔出，因此必须通过钻机进行推送，施工全过程均需要占用钻机。然而，煤矿井下由于钻机数量、空间大小所限，仅能单孔施工，不能实现多孔串联应用，主要存在以下问题：

(1)对钻机动力头、夹持器尺寸要求高，比如：直径73mm的致裂器必须配套满足73mm钻杆通过的钻机，否则无法进行二氧化碳相变致裂施工；

(2)占用钻机时间长，在钻孔施工完成后，钻机不能进行其他钻孔施工，必须由钻机辅助二氧化碳相变致裂器的安装推送、固定、拉出拆卸等，钻机占用率高，钻机作为打钻专用设备，在二氧化碳相变致裂施工过程中，被作为辅助设备，造成一定的资源浪费，造成施工进度慢、经济成本高、在一定程度上限制了该技术的推广应用；

(3)受推送工具影响，目前在二氧化碳相变致裂施工过程中，很难实现多孔同时致裂施工，在一定程度上影响了该技术的现场应用效果。

在煤矿生产系统中，压风系统是必备的生产子系统，压风系统利用矿井的压风风源，向井下供风。申请人想到利用井下压风作为动力源，开发一种液态二氧化碳相变致裂器深孔推送装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种液态二氧化碳相变致裂器深孔推送装置，用于方便高效地对液态二氧化碳相变致裂器进行深孔推送。

本发明的技术方案如下：一种液态二氧化碳相变致裂器深孔推送装置，包括井下压风，还包括带有支撑梁的架体，在所述支撑梁的前后两端均固定有抱紧机构，每一所述抱紧机构均包括与支撑梁固定的圆筒状安装座，并且前后两个抱紧机构的安装座中心轴位于同一直线上，在所述安装座内滑动安装有环状的轴瓦座，所述轴瓦座与安装座同轴布置，在轴瓦座内均布有多个轴瓦，所述轴瓦的外壁与轴瓦座的内壁呈圆锥面配合，在所述安装座上还布置有分别位于轴瓦座两端的复位弹簧和液压驱动装置，当液压驱动装置的油腔进油时，所述轴瓦座压缩复位弹簧、所述轴瓦向中间靠拢；当液压驱动装置的油腔出油时，所述复位弹簧复位，所述轴瓦周向扩开；在所述支撑梁上还固定有滑杆，所述滑杆的中心线与安装座的中心线平行，在所述滑杆上套装有移送机构，所述移送机构的结构与抱紧机构的结构相同，并且移送机构的安装座中心轴与抱紧机构的安装座中心轴位于同一直线上，在所述移送机构的一端设有驱动装置，所述驱动装置由液压千斤顶构成，所述液压千斤顶的中心轴与滑杆的中心线平行，当液压千斤顶伸缩时，所述移送机构沿滑杆滑动；还包括气动液体增压泵、液压油箱和高压油控制系统，所述气动液体增压泵由井下压风驱动、并且气动液体增压泵对液压油箱的液压油进行加压输送，所述高压油控制系统控制液压油箱对抱紧机构、移送机构和液压千斤顶的供油。

采用上述结构，在支撑梁的前后两端固定抱紧机构，在支撑梁中部通过滑杆滑动安装有与抱紧机构结构相同的移送机构，在移送机构的一端设有液压千斤顶作为驱动装置，并设置气动液体增压泵、液压油箱和高压油控制系统，从而利用井下压风的动力驱动气动液体增压泵，利用气动液体增压泵和高压油控制系统对抱紧机构、移送机构和液压千斤顶进行供油；实际使用过程中，只需要先进行钻孔施工，然后利用抱紧机构和移送机构抱紧液态二氧化碳相变致裂器的导电推杆，然后放开抱紧机构同时利用液压千斤顶推送移送机构到设定的移送距离，然后抱紧机构继续抱紧导电推杆、移送机构放开导电推杆并和液压千斤顶一起回位，回位后的移送机构再次抱紧导电推杆、并且抱紧机构放开导电推杆的同时液压千斤顶再一次推送移送机构，如此循环，直到将液态二氧化碳相变致裂器推送到指定的位置。液态二氧化碳相变致裂完成后，再利用抱紧机构、移送机构和液压千斤顶的配合，并结合导电推杆的自重，将导电推杆退出钻孔即可。从而提供了一种使用方便的、高效的液态二氧化碳相变致裂器深孔推送装置，具有以下优点：

(1)以煤矿井下压风为动力，无需用电，无电火花产生，满足煤矿井下设备要求；

(2)钻机仅需要完成钻孔工程即可，不需要辅助二氧化碳相变致裂器的安装推送、固定、拉出拆卸等，钻机施工完钻孔后即可进行下一个致裂孔的钻孔施工，实现二氧化碳相变致裂器深孔安装与致裂孔钻孔施工互不影响，大大减小钻机使用频率，减少钻机占用率，减少钻机耗损速度，缩短二氧化碳相变致裂施工进度，在一定程度上节省了经济成本，对该项技术的大范围推广具有积极作用；

(3)对钻机型号基本无要求，只需要施工出满足二氧化碳相变致裂器安装的钻孔即可，使用更加方便。

所述架体还包括六个液压缸，其中两个液压缸的活塞杆与支撑梁的前端铰接，两个液压缸的活塞杆与支撑梁的后端铰接，剩下两个液压缸的活塞杆分别与后方两个液压缸的缸体铰接。架体采用多个液压缸，便于调整支撑梁的角度和高度，并且设置两个与后方液压缸缸体铰接的液压缸，便于对后方的液压缸进行支撑，避免架体向后退。

所述液压缸包括圆筒状的缸体，在所述缸体的下端固定有底座，在缸体内自上而下插装有活塞杆，在所述活塞杆的下端加工有小直径的阶梯轴，在所述阶梯轴上固套有活塞，所述阶梯轴的下部开有环形卡槽，在阶梯轴下部的环形卡槽内卡装有挡圈，在所述挡圈与活塞之间还垫装有压盘，所述活塞通过压盘和挡圈压装固定在活塞杆下端的阶梯轴上，在所述阶梯轴中部也开有环形卡槽，在阶梯轴中部的环形卡槽内卡装有与活塞内壁配合的密封圈；在所述活塞的外壁开有朝下的两级环形阶梯面，所述压盘的上表面向上凸起形成与活塞阶梯面对称的台阶面，从而在活塞、压盘和缸体之间形成两级的环槽，在该环槽内卡装有下导向环，在所述下导向环外壁的中部开有环形卡槽，在所述下导向环外壁的环形卡槽内卡装有与缸体内壁配合的密封圈；在所述缸体上端插装有导向套，在所述导向套的内壁开设环形卡槽并卡装有上导向环，在所述上导向环的内壁开设环形卡槽并卡装有与活塞杆配合的密封圈，在所述导向套的外壁中部开设环形卡槽并卡装有与缸体内壁配合的密封圈，所述导向套外壁的中上部呈上大下小的第一锥形环面，该第一锥形环面与缸体内壁上部对应设置的第二锥形环面配合；在所述缸体内壁的上部还开有环形卡槽，在缸体内壁上部的环形卡槽内卡装有位于导向套上方的卡环，所述卡环的内环伸出缸体内壁上部的环形卡槽，并且在卡环的内环上通过压套压装有密封圈，所述压套的下端与导向套的上端相抵，在所述压套的上端内沿开有环形槽并安装有防尘圈，在所述压套上覆盖有环形的压盖，所述压盖通过螺钉与缸体紧固。采用这种液压缸结构，液压缸的密封效果更好，更加适用煤矿井下恶劣的工作环境；并且，液压缸活塞杆的导向效果更佳，有利于减小活塞杆的磨损、提高液压缸的使用寿命。

还包括转运小车，所述支撑梁前端和后端的四个液压缸缸体均与转运小车固定，所述液压油箱和高压油控制系统也固定在转运小车上，所述气动液体增压泵固定在液压油箱上。设置转运小车，便于装置整体的移动，使用更加方便灵活。

在所述液压油箱的上端开有油箱进油口，下端开有油箱出油口，所述气动液体增压泵的进液口通过管路与油箱出油口连通，所述气动液体增压泵的出液口通过管路与高压油控制系统的进油口连通，所述高压油控制系统输出各个用油点的液压油，并且在高压油控制系统的回油口与油箱进油口之间连接有管路。

所述液压千斤顶通过法兰盘固定安装在支撑梁上，所述液压千斤顶为双作用液压千斤顶，并且在该双作用液压千斤顶内设有与抱紧机构安装座同轴的过孔。

有益效果：本发明通过在支撑梁的两端固定抱紧机构、中部滑动安装移送机构，在移送机构上连接液压千斤顶，并设置气动液体增压泵、液压油箱和高压油控制系统，从而利用井下压风和液压系统提供了一种使用方便、高效的液态二氧化碳相变致裂器深孔推送装置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为抱紧机构的结构示意图。

图3为移送机构和液压千斤顶的结构示意图。

图4为液压油箱、气动液体增压泵和高压油控制系统的安装结构示意图。

图5为架体的结构示意图。

图6为液压缸的结构示意图。

图中标记如下：架体1、支撑梁101、液压缸102、底座10201、缸体10202、活塞杆10203、活塞10204、压盘10205、挡圈10206、下导向环10207、卡环10208、导向套10209、上导向环10210、压套10211、防尘圈10212、压盖10213、抱紧机构2、安装座201、轴瓦座202、轴瓦203、液压驱动装置204、复位弹簧205、滑杆3、液压千斤顶4、液压油箱5、油箱进油口5a、油箱出油口5b、气动液体增压泵6、进液口6a、出液口6b、进气口6c、高压油控制系统7、转运小车8、移送机构9、井下压风10、密封圈11。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。

如图1、图5和图6所示，本发明包括带有支撑梁101的架体1，所述架体1还包括六个液压缸102，其中两个液压缸102的活塞杆与支撑梁101的前端铰接，两个液压缸102的活塞杆与支撑梁101的后端铰接，剩下两个液压缸102的活塞杆分别与后方两个液压缸102的缸体铰接。所述液压缸102可以采用现有的液压缸，为了提高液压缸102的密封效果和支撑导向性能，本实施例中的液压缸102采用如图6所示的结构：

所述液压缸102包括圆筒状的缸体10202，在所述缸体10202的下端固定有底座10201。在缸体10202内自上而下插装有活塞杆10203，在所述活塞杆10203的下端加工有小直径的阶梯轴，在所述阶梯轴上固套有活塞10204。在所述阶梯轴的下部开有环形卡槽，在阶梯轴下部的环形卡槽内卡装有挡圈10206，在所述挡圈10206与活塞10204之间还垫装有压盘10205，所述活塞10204通过压盘10205和挡圈10206压装固定在活塞杆10203下端的阶梯轴上。在所述阶梯轴中部也开有环形卡槽，在阶梯轴中部的环形卡槽内卡装有与活塞10204内壁配合的密封圈11。在所述活塞10204的外壁开有朝下的两级环形阶梯面，所述压盘10205的上表面向上凸起形成与活塞10204阶梯面对称的台阶面，从而在活塞10204、压盘10205和缸体10202之间形成两级的环槽，在该环槽内卡装有下导向环10207，在所述下导向环10207外壁的中部开有环形卡槽，在所述下导向环10207外壁的环形卡槽内卡装有与缸体10202内壁配合的密封圈11。所述下导向环10207由工程塑料制成，该下导向环10207一方面对活塞10204起到支承和导向的作用，另一方面减少活塞10204与缸体10202之间的磨损，有利于保持缸体10202与活塞10204的同轴度；并且，还能降低对应位置密封圈11的受挤压程度，提高密封圈11的使用寿命和密封效果。在所述缸体10202上端插装有导向套10209，在所述导向套10209的内壁开设环形卡槽并卡装有上导向环10210，在所述上导向环10210的内壁开设环形卡槽并卡装有与活塞杆10203配合的密封圈11。所述上导向环10210也由工程塑料制成，该上导向环10210有利于减少活塞杆10203与导向套10209之间的磨损，有利于保持缸体10202、活塞杆10203和压盖10213的同轴度；并且，还能降低对应位置密封圈11的受挤压程度，提高密封圈11的使用寿命和密封效果。在所述导向套10209的外壁中部开设环形卡槽并卡装有与缸体10202内壁配合的密封圈11。所述导向套10209外壁的中上部呈上大下小的第一锥形环面，该第一锥形环面与缸体10202内壁上部对应设置的第二锥形环面配合，从而避免导向套10209向下滑动。在所述缸体10202内壁的上部还开有环形卡槽，在缸体10202内壁上部的环形卡槽内卡装有位于导向套10209上方的卡环10208，所述卡环10208的内环伸出缸体10202内壁上部的环形卡槽，并且在卡环10208的内环上通过压套10211压装有密封圈11，所述压套10211的下端与导向套10209的上端相抵。在所述压套10211的上端内沿开有环形槽并安装有防尘圈10212。在所述压套10211上覆盖有环形的压盖10213，所述压盖10213通过螺钉与缸体10202紧固。在上述液压缸102结构中所提到的密封圈11，均起到密封结构，本领域技术人员根据尺寸和形状选用现有的密封圈即可，因此不做分别描述。

如图1和图2所示，在所述支撑梁101的前后两端均固定有抱紧机构2，每一所述抱紧机构2均包括与支撑梁101固定的圆筒状安装座201，并且前后两个抱紧机构2的安装座201中心轴位于同一直线上。所述安装座201与支撑梁101之间的固定结构不做限定，本实施例优选在支撑梁101上固定有前后两个法兰盘，所述安装座201通过螺杆和螺母锁紧在两个法兰盘之间。在所述安装座201内滑动安装有环状的轴瓦座202，所述轴瓦座202与安装座201同轴布置，在轴瓦座202内均布有多个轴瓦203，所述轴瓦203的外壁与轴瓦座202的内壁呈圆锥面配合。在所述安装座201上还布置有分别位于轴瓦座202两端的复位弹簧205和液压驱动装置204，其中复位弹簧205位于轴瓦203圆锥面的大头端，液压驱动装置204位于轴瓦203圆锥面的小头端。当液压驱动装置204的油腔进油时，所述轴瓦座202压缩复位弹簧205、所述轴瓦203向中间靠拢；当液压驱动装置204的油腔出油时，所述复位弹簧205复位，所述轴瓦203周向扩开。为了减少轴瓦座202和轴瓦203的磨损，在所述轴瓦座202与安装座201之间可以垫装有滚珠，在所述轴瓦座202与轴瓦203之间也可以垫装有滚珠。所述液压驱动装置204的结构不做限定，为了结构更加紧凑，本实施例优选在安装座201内开设有密封腔体，在密封腔体内靠近轴瓦座202的一端安装有顶杆，腔体的另一端设有油孔，从而构成液压驱动装置204。前后两个抱紧机构2的结构完全相同，但是安装方向可以如图1中所示相反安装。

如图1、图2和图3所示，在所述支撑梁101上还固定有滑杆3，所述滑杆3的中心线与安装座201的中心线平行。滑杆3可以有一根，也可以平行布置有多根。在所述滑杆3上套装有移送机构9，所述移送机构9的结构与抱紧机构2的结构相同，并且移送机构9的安装座201中心轴与抱紧机构2的安装座201中心轴位于同一直线上。移送机构9的方向不做限定，可以与支撑梁101前端的抱紧机构2相同，也可以相反。在所述移送机构9的一端设有驱动装置，所述驱动装置由液压千斤顶4构成，所述液压千斤顶4的中心轴与滑杆3的中心线平行，当液压千斤顶4伸缩时，所述移送机构9沿滑杆3滑动。所述液压千斤顶4通过法兰盘固定安装在支撑梁101上，所述液压千斤顶4为双作用液压千斤顶4，并且在该双作用液压千斤顶内设有与抱紧机构2安装座201同轴的过孔。液压千斤顶4的活塞杆可以是与移送机构9固定的，也可以不固定。例如图1所示的本实施例中，支撑梁101前高后低倾斜布置，液压千斤顶4位于移送机构9的后方，并且液压千斤顶4的活塞杆不与移送机构9固定，在需要移送机构9回位时，移送机构9可以在自重甚至结合导电推杆的自重作用下后落。

如图1和图4所示，本实施例还包括井下压风10，所述井下压风10为从煤矿井下压风系统分支出的带有压风风源的压风管，这是本领域技术人员所熟知的结构，在此不做赘述。还包括气动液体增压泵6、液压油箱5和高压油控制系统7。所述气动液体增压泵6带有进气口6c、进液口6a和出液口6b；在所述液压油箱5的上端开有油箱进油口5a，下端开有油箱出油口5b；在所述高压油控制系统7上设有系统进油口、各个用油点的出油口、以及回油口。所述井下压风10与气动液体增压泵6的进气口6c连接，使气动液体增压泵6由井下压风10驱动。所述气动液体增压泵6的进液口6a通过管路与油箱出油口5b连通，所述气动液体增压泵6的出液口6b通过管路与高压油控制系统7的进油口连通，从而利用气动液体增压泵6对液压油箱5的液压油进行加压输送。所述高压油控制系统7输出各个用油点的液压油，并且在高压油控制系统7的回油口与油箱进油口5a之间连接有回油管路。所述高压油控制系统7控制液压油箱5对抱紧机构2、移送机构9和液压千斤顶4的供油，并且高压油控制系统7还控制液压油箱5对架体1的各个液压缸102供油。

如图1和图4所示，本实施例还包括转运小车8，所述支撑梁101前端和后端的四个液压缸102缸体均与转运小车8固定，所述液压油箱5和高压油控制系统7也固定在转运小车8上，所述气动液体增压泵6固定在液压油箱5上。