[發明專利]一種鉆孔深部縱向切縫裝置及方法

有效

• 申請號: 202010034946.5
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111042792B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 徐成;仇海生;曹垚林;王宇鹍;孫娜;孫文靜;張開加;郭懷廣
• 申請（專利權）人: 煤科集團沈陽研究院有限公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B15/00;E21B10/60;E21B10/46
• 代理公司: 沈陽易通專利事務所 21116
• 代理人: 王建男;于麗麗

本發明屬于煤礦開采礦壓防治技術領域，一種鉆孔深部縱向切縫裝置，其中鉆頭內置小型防爆電動機均設置在空心鉆桿頭段內部，其供電裝置和鉆頭內置小型防爆電動機電連接，以對鉆頭內置小型防爆電動機供電，所述安裝夾板安裝在空心鉆桿頭部端面處，所述金剛石鋸片通過二級傳動軸安裝在安裝夾板中，且金剛石鋸片的部分外刃突出安裝夾板且金剛石鋸片直徑大于空心鉆桿，所述電動機傳動齒輪安裝在鉆頭內置小型防爆電動機的動力端，電動機傳動齒輪通過傳動齒輪組帶動二級傳動軸和金剛石鋸片轉動切割；所述空心鉆桿尾部還具有控制空心鉆桿的操作組件，鉆頭內置小型防爆電動機可通過外部電纜或內置電池供電。本發明還提出一種孔深部縱向切縫方法。

技術領域

本發明屬于煤礦開采礦壓防治技術領域，具體涉及煤礦井下鉆孔深部頂板位置縱向切縫裝置及方法。

背景技術

煤礦開采過程伴隨著覆巖的移動，巖層的移動往往受控于煤層上方堅硬頂板。工作面推進過后，堅硬頂板若不能及時垮落，就會在工作面后方或巷道兩側形成大面積懸臂，懸臂的存在往往會引起工作面與巷道的應力集中和圍巖大變形，給支護帶來很大的困難，往往采取多種支護手段均無法對圍巖達到很好的控制效果，除此之外，對于高瓦斯礦井，懸臂長時間存在，會造成上隅角瓦斯積聚，對于煤與瓦斯突出礦井，懸臂造成的大面積應力集中給煤與瓦斯突出防治帶來十分不利影響，與此同時，隨著工作面的繼續推進，懸臂頂板持續受壓驟然垮落，即有可能造成工作面與巷道的圍巖突然來壓，可能引發沖擊地壓等動力災害；因此，對堅硬頂板破斷垮落進行有效人工干預，切斷頂板懸臂，一直是礦壓控制技術的重點攻關研究方向。目前常用的堅硬頂板處理技術有爆破切頂、機械鋸切頂、常規水力壓裂、橫向切槽水力壓裂、縱向切槽水力壓裂等。

爆破切頂作為一項沿空留巷卸壓技術，能夠起到切割頂板懸臂作用，然而施工程序較為復雜，爆破鉆孔間距一般在600mm左右，施工成本較高，安全性較差；同煤集團自主研發的KLJ型礦用智能鏈臂鋸切頂機，能夠實現直接頂的機械切割，切面光滑，切頂效果較好，然而目前最大深度僅能達到6.6m，對于上方堅硬老頂的切割暫時仍無法實現；常規水力壓裂作為一種經濟有效的堅硬難垮頂板處理技術已在國內外推廣應用，然而對裂縫的擴展路徑無法有效掌控，鉆孔施工設計主觀性較大，工作面水力壓裂初次放頂工程量大，巷道切頂卸壓效果不明顯；為實現對裂縫開裂，并進一步實現對裂縫擴展的有效掌控，通常采用定向水力壓裂技術，即通過在水力壓裂鉆孔壁上制造兩條人工裂縫，實現對水力壓裂裂縫開裂以及擴展方向的引導，以便目前常采用橫向切槽水力壓裂和縱向切槽水力壓裂兩種定向水力壓裂方式，縱向切槽水力壓裂與橫向切槽水力壓裂相比，裂縫的引導切頂方向更利于頂板垮落。

與孔內切槽的小孔徑氣動雙刃縱向切槽鉆頭相比，孔內切槽的小孔徑氣動雙刃縱向切槽鉆頭采用位于鉆孔外部的后端轉機作為動力源，通過鉆桿內置的傳動桿長距離傳動，鉆桿間內部傳動齒輪需充分咬合，連接精度要求較高，操作流程及傳動結構復雜，傳動效率低，且單節鉆桿較重易生銹損壞，一旦某根鉆桿傳動出現問題，需要每根鉆桿進行排查找出傳動損壞位置，不適合鉆孔深部的超遠距離操控，常出現刀具不轉、卡刀、刀具彎折等問題，成槽十分困難，無法實現煤礦井下鉆孔深部堅硬頂板位置的遠距離有效縱向切縫。

與一種預裂縫水力壓裂切頂卸壓施工方法及鉆孔機具相比，一種預裂縫水力壓裂切頂卸壓施工方法及鉆孔機具的刻槽鉆機，采用徑向傳動小尺寸連接桿內置微型電動機帶動螺旋尖鉆刀轉動，由于徑向傳動連接桿尺寸限制，電動機尺寸較小，功率較小，無法實現對砂巖等堅硬巖壁的高效鉆進，刻槽時間較長，且采用螺旋尖鉆刀與巖壁的接觸面積較大，對巖壁的破壞作用較大，刻槽附近易形成復雜微裂隙，對后期水力壓裂裂縫的擴展方向具有較大干擾；刀具切削巖壁時容易產生火花，電動機工作時易產生高溫，裝置未有相應的走水降溫系統，易引燃井下瓦斯等爆炸性氣體，存在安全隱患；除此之外，連接桿伸、縮、平移等多種動作均由驅動裝置齒輪傳動控制，傳動系統與電路系統復雜，操作流程復雜，鉆孔內壁巖石硬度等條件復雜多變，難以對進刀速度等進行實時人為有效控制。

發明內容