CN105064965B - 裂隙定向生成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在煤矿、金属矿山或隧道等水力压裂过程中的裂隙定向生成装置，包括：能够自由进出钻孔的杆件；与所述杆件同步转动并能监测第一探头的切割角度的第二探头；与所述杆件同步转动并能在动力构件的驱动下沿钻孔的径向方向伸缩运动，且以任意角度进行裂隙切割的第一探头。本发明能够实现钻孔环向任意角度的裂隙切割，同时也能实现钻孔轴向裂隙切割。
Description
技术领域
本发明涉及一种裂隙生成装置。更具体地说，本发明涉及一种在煤矿、金属矿山或隧道等水力压裂过程中的裂隙定向生成装置。
背景技术
在煤矿开采中，常常遇到坚硬难垮顶板，坚硬难垮顶板岩石强度高、节理裂隙不发育、厚度大、整体性强、自承能力强，煤层开采后大面积悬露在采空区，一旦垮落，垮落的面积大、高度大，有强烈的周期性来压，给煤矿安全生产带来很大隐患。水力压裂作为一种经济有效的坚硬难垮顶板控制技术已在国内外得到较多的应用，因坚硬顶板岩石强度高、节理裂隙不发育，局部的应力场和相邻层间的应力及岩层弹性差异是裂缝形状及扩展的主要控制因素。如果没有外在因素作用下，水力压裂裂缝一般沿垂直于最小主应力的方向扩展。当垂直主应力大于最小水平主应力时，会形成垂直裂缝。实际应用中我们常常希望压裂裂隙沿着我们设计的方向扩展，需要在给定的钻孔中预制给定方向起始裂隙。目前预制裂隙刀具只能在垂直钻孔轴线方向形成360度环向裂隙，不能生成局部裂隙(比如垂直轴心180度裂隙)，也不能生成沿着轴线方向的裂隙。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种裂隙定向生成装置，其能够实现钻孔环向任意角度的裂隙切割，同时也能实现钻孔轴向裂隙切割。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种裂隙定向生成装置，包括：
能够自由进出钻孔的杆件；
与所述杆件同步转动并能监测第一探头的切割角度的第二探头；
与所述杆件同步转动并能在动力构件的驱动下沿钻孔的径向方向伸缩运动，且以任意角度进行裂隙切割的第一探头。
根据实际需求通过动力构件驱动第一探头在钻孔的径向方向做伸缩运动进行裂隙切割，同时通过杆件的转动带动第一探头的旋转，从而实现钻孔径向任意角度的裂隙切割。
优选的是，所述的裂隙定向生成装置中，所述第一探头包括探头主体、探针和设置在所述探针前端的切刀，所述探头主体上开设有一个型腔和多个安装孔，所述探针和切刀均设置在所述型腔中，所述切刀以在所述动力构件的驱动下，随所述探针沿所述钻孔的径向方向做伸缩运动，以进行裂隙切割的方式设置。型腔的设置为探针和切刀沿钻孔径向方向的运动提供了空间保障，探针和切刀均设置在探头主体上，使得杆件的转动能够带动第一探头的转动，同时不影响探针和切刀沿钻孔的径向方向的运动。
优选的是，所述的裂隙定向生成装置中，所述型腔沿所述钻孔的径向方向的一端与所述钻孔贯通设置，以使得切刀在动力构件的驱动下能够伸出型腔与钻孔侧壁接触，从而进行裂隙切割。
优选的是，所述的裂隙定向生成装置中，所述探头主体沿所述钻孔径向方向的长度小于所述钻孔的直径，以使得探针和切刀能够在钻孔径向方向进行伸缩运动。
优选的是，所述的裂隙定向生成装置中，所述切刀设置为弧形，以与钻孔内壁配合，切割更加方便。
优选的是，所述的裂隙定向生成装置中，所述探针与一活塞杆可转动连接，所述活塞杆与所述动力构件连接，以使得所述切刀在外力的作用下随探针的转动发生转动，使所述切刀的作用面与所述钻孔的轴向平行，从而实现沿钻孔轴向的裂隙切割。
优选的是，所述的裂隙定向生成装置中，所述动力构件为油泵，所述活塞杆置于所述探头主体的型腔中设置的一腔体中，所述油泵通过安装在所述探头主体的第一安装孔中的油管与所述腔体的端部连接，油泵作为驱动动力，更加可靠便捷。
优选的是，所述的裂隙定向生成装置中，所述油泵与所述油管之间还设置有一压力传感器，所述压力传感器与一数据接收仪信号连接。油泵提供的油压通过压力传感器实时传送至数据接收仪，使得操作者实时监测工作油压，从而控制第一探头的工作状态。
优选的是，所述的裂隙定向生成装置中，所述第一探头还包括位移传感器，所述位移传感器与所述探针连接，所述第一探头和第二探头信号连接，且均连接至所述数据接收仪。切刀在工作时的位移和第二探头监测的切刀的切割角度均传送至数据接收仪显示，便于操作者实时控制切割作业。
本发明至少包括以下有益效果：通过动力构件驱动第一探头进行裂隙切割，当切割完成后，再次驱动动力构件使得第一探头回缩，并通过杆件的转动带动第一探头旋转，以进行第二次切割，从而实现了根据需求进行钻孔径向任意角度的裂隙切割。当需要进行钻孔轴向裂隙切割时，先将探针转动至切刀的作用面与钻孔的轴向平行，再驱动动力构件进行切割，从而实现了沿钻孔轴向的裂隙切割。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的裂隙定向生成装置的示意图；
图2为本发明所述的第一探头的示意图；
图3为本发明所述的第二探头的示意图；
图4为本发明所述的第一探头沿钻孔径向的剖视图一；
图5为本发明所述的第一探头沿钻孔径向的剖视图二；
图6为本发明所述的数据接收仪的主视图；
图7为本发明所述的数据接收仪的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1—3所示，本发明提供一种裂隙定向生成装置，包括：能够自由进出钻孔的杆件1，本实施例中为一个可伸缩的接长杆，通过接长杆将整个裂隙定向生成装置放入任意倾角的钻孔中，并到达预定深度。与所述杆件同步转动并能监测第一探头2的切割角度的第二探头3，本实施例中第二探头为角度测试探头，角度测试探头通过螺纹连接头固定在杆件上，位于第一探头的上方，角度测试探头内设置有一倾角传感器31，用于监测第一探头的切割角度。与所述杆件同步转动并能在动力构件4的驱动下沿钻孔的径向方向伸缩运动，且以任意角度进行裂隙切割的第一探头，本实施例中第一探头为切割探头，切割探头通过设置在探头主体上的第二安装孔中的螺纹连接头21与角度测试探头一端固定，且设置在杆件的底端。
如图2所示，所述的裂隙定向生成装置中，所述第一探头包括探头主体22、探针23和设置在所述探针前端的切刀24，所述探头主体上开设有一个型腔25和多个安装孔，型腔开设在探头主体的中下部，所述型腔沿所述钻孔的径向方向的一端与所述钻孔贯通设置，所述探针和切刀均设置在所述型腔中，且探针的轴向与杆件的轴向垂直。所述切刀以在所述动力构件的驱动下，随所述探针沿所述钻孔的径向方向做伸缩运动，以进行裂隙切割的方式设置。如图4所示，动力构件驱动切刀伸出型腔与钻口侧壁接触进行裂隙切割，此处切割完成后，在动力构件的驱动下回缩至与钻口侧壁不接触，然后转动杆件，带动第一探头转动至另一位置，并驱动动力构件再次进行切割，如图5所示，探针和切刀逆时针转动40度，从而完成沿钻孔径向角度为40度的裂隙定向切割。
如图4和图5所示，所述的裂隙定向生成装置中，所述探头主体沿所述钻孔径向方向的长度小于所述钻孔的直径。这样探头主体既能在杆件的带动下同步自由转动，又能保证在转动过程中切刀不与钻孔内壁接触，避免直接形成360度环向裂隙，且提供了探针和切刀在钻孔径向方向上的伸缩运动空间。
如图4和图5所示，所述的裂隙定向生成装置中，所述切刀设置为弧形，切刀与钻孔内壁的弧度一致，保证裂隙只沿切刀与钻孔的作用面形成，不会向其他方向任意扩展。
如图2所示，所述的裂隙定向生成装置中，所述探针与一活塞杆26可转动连接，活塞杆的轴向与钻孔的径向方向平行，以带动探针沿钻孔的径向方向做伸缩运动。所述活塞杆与所述动力构件连接，当探针伸出型腔后，使用工具旋转探针，以使得所述切刀在外力的作用下随探针的转动发生转动，使所述切刀的作用面与所述钻孔的轴向平行。当切刀转动至其作用面与杆件的轴向平行时，驱动动力构件，从而带动探针和切刀沿钻孔的轴向进行裂隙定向切割。
如图2所示，所述的裂隙定向生成装置中，所述动力构件为油泵，所述活塞杆置于所述探头主体的型腔中设置的一腔体27中，所述油泵通过安装在所述探头主体的第一安装孔中的油管5与所述腔体的端部连接。油泵加压使得油通过油管进入腔体中，随着油压的增加，活塞杆带动探针和切刀伸出型腔的开口，直至与钻孔侧壁接触完成裂隙切割；然后对油泵进行泄压，切刀回缩。
如图1和图6-7所示，所述的裂隙定向生成装置中，所述油泵与所述油管之间还设置有一压力传感器6，所述压力传感器与一数据接收仪7信号连接，油泵的油压实时传递至压力传感器，并通过压力传感器传送至数据接收仪，数据接收仪上设置有液晶显示屏71，油泵的油压值通过液晶显示屏实时显示。
如图1-2和图6-7所示，所述的裂隙定向生成装置中，所述第一探头还包括位移传感器28，所述位移传感器与所述探针连接，探针和切刀的位移经位移传感器传送至数据接收仪显示，当切刀的位移达到最大量程后，油泵泄压，切刀回缩，所述第一探头和第二探头通过信号线8信号连接，且均连接至所述数据接收仪。探针和切刀的位移数据以及倾角传感器检测到的第一探头的定向切割角度均实时传送至数据接收仪，使得操作者准确操作该装置进行裂隙定向生成。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种裂隙定向生成装置，其特征在于，包括：
能够自由进出钻孔的杆件；
与所述杆件同步转动并能监测第一探头的切割角度的第二探头；
与所述杆件同步转动并能在动力构件的驱动下沿钻孔的径向方向伸缩运动，且以任意角度进行裂隙切割的第一探头，所述第一探头包括探头主体、探针和设置在所述探针前端的切刀，所述探头主体上开设有一个型腔和多个安装孔，所述探针和切刀均设置在所述型腔中，所述切刀以在所述动力构件的驱动下，随所述探针沿所述钻孔的径向方向做伸缩运动，以进行裂隙切割的方式设置，所述探针与一活塞杆可转动连接，所述活塞杆与所述动力构件连接，以使得所述切刀在外力的作用下随探针的转动发生转动，使所述切刀的作用面与所述钻孔的轴向平行。
2.如权利要求1所述的裂隙定向生成装置，其特征在于，所述型腔沿所述钻孔的径向方向的一端与所述钻孔贯通设置。
3.如权利要求1所述的裂隙定向生成装置，其特征在于，所述探头主体沿所述钻孔径向方向的长度小于所述钻孔的直径。
4.如权利要求1所述的裂隙定向生成装置，其特征在于，所述切刀设置为弧形。
5.如权利要求4所述的裂隙定向生成装置，其特征在于，所述动力构件为油泵，所述活塞杆置于所述探头主体的型腔中设置的一腔体中，所述油泵通过安装在所述探头主体的第一安装孔中的油管与所述腔体的端部连接。
6.如权利要求5所述的裂隙定向生成装置，其特征在于，所述油泵与所述油管之间还设置有一压力传感器，所述压力传感器与一数据接收仪信号连接。
7.如权利要求6所述的裂隙定向生成装置，其特征在于，所述第一探头还包括位移传感器，所述位移传感器与所述探针连接，所述第一探头和第二探头信号连接，且均连接至所述数据接收仪。
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