CN109372508A - 煤矿井下液压定向切顶设备及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿井下液压定向切顶设备及其施工方法，该设备主要由防爆泵站、进液长管、回液长管、侧推装置组成，侧推装置由通过连接管、连接杆串联的多个侧推棒构成，每个侧推棒一侧设置多个液压顶。采用该设备的施工方法，施工时，超前工作面钻孔，滞后工作面在钻孔内安设侧推装置，防爆泵站给侧推装置提供液压力，进液长管进液时液压顶同时侧推，产生巨大推力劈裂临空面顶板岩层，从而切顶，降低采空区侧围岩压力；进液长管停止供液并释放压力，回液长管供液，液压顶收回。本发明可用于煤矿切顶卸压、无煤柱开采、冲击地压防治等领域。
Description
技术领域
本发明属于井工煤矿无煤柱开采领域，具体涉及一种煤矿井下液压定向切顶设备及其施工方法。
背景技术
在无煤柱开采应用中，通过对顶板实施定向切顶技术，将顶板悬臂梁的一部分切落，减小顶板带来的压力，提高围岩的稳定性，减少沿空巷道围岩变形量，提高支护安全性，减少支护成本。目前主要通过爆破技术和水力压裂技术对顶板进行定向切顶卸压。两者均是向顶板打连排钻孔，孔内产生高压，相邻空间岩石在张拉力作用下产生裂隙，从而切断顶板。但是在矿井的生产实践中，仍然存在着一些问题。爆破切顶技术，爆破冲击波产生的扰动较大，影响巷道的稳定，爆破产生的有毒有害气体较多，且存在哑炮的风险，安全风险高，爆破切顶同时存在许多不确定问题，爆破的间距和倾角关键参数往往需要井下试验，且爆破期间需要人员撤离，费时费力，一定程度上影响了工作进度，造成工作面接续紧张，而且炸药作为管制商品，采购及运输都很严格，手续复杂。水力切顶技术应用的范围较广，但水力压裂技术导致工作面顶板含水量大增，对于顶底板为泥岩等遇水容易膨胀溃散的矿井，不利于工作面及巷道顶板管理，支护较为困难，从而严重影响井下生产。因此，为克服上述缺点，实现安全、高效生产，需要研制一种新型的煤矿井下切顶设备。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种煤矿井下液压定向切顶设备及其施工方法，其结构简单、体积小、重量轻，操作方便，工作时无振动、无冲击、无噪音、无有害气体、无水软化顶板，具有作业效率高、成本低、安全、节能等一系列优点。
本发明采用如下技术方案来实现的：
煤矿井下液压定向切顶设备，包括防爆泵站、N个进液长管、N个回液长管和N个侧推装置；其中，
防爆泵站与每个侧推装置通过1个进液长管与1个回液长管连接；侧推装置由通过连接管和连接杆连接形成串联的多个侧推棒组成，侧推装置还包括设置在串联在一起的两个相邻侧推棒之间的保护套；每个侧推棒由棒缸和多个液压顶组成，棒缸一侧径向间隔设置有多个容纳液压顶活动的空腔，液压顶将空腔分割为进液腔和回液腔，进液腔和回液腔分别与进液道和回液道连接，进液腔和回液腔两端穿出棒缸轴向端面分别与高压接头连接；末端的侧推棒未连接连接管一端的高压接头由螺丝堵头封闭。
本发明进一步的改进在于，侧推棒的轴向两端面设置有孔内螺纹接头。
本发明进一步的改进在于，串联在一起的两个相邻侧推棒之间通过连接管连接，连接管中部设置有高压DN接头。
本发明进一步的改进在于，进液长管和回液长管与侧推棒分别通过高压接头连接。
本发明进一步的改进在于，串联在一起的两个相邻侧推棒连接区域安装的保护套为筒状，并采用具有伸缩性的塑性材料制成。
本发明进一步的改进在于，每个进液长管和回液长管上均安装有阀门。
煤矿井下液压定向切顶设备的施工方法，包括如下步骤：
1)在采煤工作面前方的运输顺槽内，提前仰斜打顶板钻孔，若干顶板钻孔布置在一条直线上；
2)在采煤工作面后方，每相邻3-6个顶板钻孔为一组，每孔依次塞入2-5个侧推棒，串联在一起的两个相邻侧推棒之间通过连接管及连接杆连接，且侧推棒之间设置保护套，同组全部塞入后调整液压顶8朝向采空区16方向；
3)进液长管和回液长管与侧推棒之间通过高压接头连接；
4)并打开进油阀门，关闭回油阀，启动防爆泵站，同组的侧推棒的液压顶伸出，产生推力，劈裂临空面顶板岩层；
5)待液压表达到预先设定的压力值时，打开回油阀门，回液长管供液，液压顶收回，随后顶板钻孔内回撤设备，完成施工；
6)依次完成其他组顶板钻孔的预裂施工；
7)随着采煤工作面持续推进，采空区顶板沿着顶板钻孔的切顶缝垮落，在端头液压支架后方的巷旁墙体外侧垮落，完成切顶工作。
本发明进一步的改进在于，每个顶板钻孔的深度为6-10m，倾角为10-20°，相邻两个顶板钻孔之间的间距为0.5-2.0m。
考虑井工煤矿施工环境的复杂性，本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的煤矿井下液压定向切顶设备，主要由防爆泵站、进液长管、回液长管、侧推装置组成，侧推装置由通过连接管、连接杆串联的多个侧推棒构成，每个侧推棒一侧设置多个液压顶；该设备具有体积小便于运输、人工劳动强度低、不影响生产工作进度的优点。
本发明提供的煤矿井下液压定向切顶设备的施工方法，施工时，超前工作面钻孔，滞后工作面在钻孔内安设侧推装置，防爆泵站给侧推装置提供液压力，进液长管进液时液压顶同时侧推，产生巨大推力劈裂临空面顶板岩层，从而切顶，降低采空区侧围岩压力；进液长管停止供液并释放压力，回液长管供液，液压顶收回。因此，本发明不需要炸药，使用限制条件少；且顶板不注水，无软化顶板负效应；安全性高，液压可控，无爆破无冲击，无需采取复杂的安全措施；切顶效率高，侧推棒数分钟就可以完成切顶过程；反复使用，其运行及维护保养成本很低；施工工艺较为简单，工人易学习掌握。
综上所述，本发明可用于煤矿切顶卸压、无煤柱开采、冲击地压防治等领域。
附图说明
图1为本发明在采煤工作面施工三维示意图；
图2为本发明三维结构示意图；
图3为本发明的侧推棒内部结构剖面图；
图4为本发明在沿空留巷内切顶示意图。
附图标记说明：1-防爆泵站；2-1-进液长管；2-2-回液长管；3-连接管；4-连接杆；5-侧推棒；6-保护套；7-棒缸；8-液压顶；9-1-进液腔；9-2-回液腔；10-1-进液道；10-2-回液道；11-高压接头；12-孔内螺纹接头；13-液压支架；14-顺槽；15-巷旁墙体；16-采空区，17-顶板钻孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
A煤矿采用沿空留巷技术，混凝土墙体作为巷旁支护，A煤矿回采8煤，8煤平均厚度为3.2m，近水平煤层，埋深700m左右，属于高瓦斯矿井，工作面布置两条顺槽，分别为运输顺槽和回风顺槽，对运输顺槽进行沿空留巷。采用切顶技术降低沿空留巷压力。巷旁墙体厚度1.0m，高度3.2m。
如图1至图4所示，本发明提供的煤矿井下液压定向切顶设备，由1个防爆泵站1、5个进液长管2-1、5个回液长管2-2和N个侧推装置组成，防爆泵站1与每个侧推装置通过1个进液长管2-1与1个回液长管2-2连接；所述侧推装置由通过连接管3和连接杆4连接形成串联的多个侧推棒5组成，侧推装置还含有串联在一起的两个相邻侧推棒之间的保护套6；每个侧推棒5由棒缸7和多个液压顶8组成，棒缸7一侧径向间隔设置有多个容纳液压顶8活动的空腔，液压顶8将空腔分割为进液腔9-1和回液腔9-2，进液腔9-1和回液腔9-2分别与进液道10-1和回液道10-2连接，进液腔10-1和回液腔10-2两端穿出棒缸7轴向端面分别与高压接头11连接；末端的侧推棒5未连接连接管3一端的高压接头11由螺丝堵头封闭。
侧推棒5的轴向两端面设置有孔内螺纹接头12，相邻侧推棒5通过连接管3连接，连接管3中部设置高压DN接头。
进液长管2-1和回液长管2-2与侧推棒5分别通过高压接头11连接。
侧推棒5连接区域安装的保护套6为筒状，采用具有一定伸缩性的塑性材料制成。
每个进液长管2-1和每个回液长管2-2上分别安装阀门。
本发明提供的煤矿井下液压定向切顶设备的施工方法，其步骤如下：
1)在采煤工作面前方运输顺槽14内，提前仰斜打顶板钻孔17，顶板钻孔17布置在一条直线上，每个顶板钻孔17深度为6-10m，倾角为10-20°，相邻两个顶板钻孔17之间的间距为0.5-2.0m；
2)在采煤工作面后方，每相邻3-6个顶板钻孔17为一组，每孔依次塞入2-5个侧推棒5，串联在一起的两个相邻侧推棒5之间通过连接管3及连接杆4连接，且侧推棒5之间设置保护套6，同组全部塞入后调整液压顶8朝向采空区16方向；
3)进液长管2-1和回液长管2-2侧推棒5之间通过高压接头11连接；
4)并打开进油阀门，关闭回油阀，启动防爆泵站1，同组的侧推棒5的液压顶8伸出，产生巨大推力，劈裂临空面顶板岩层；
5)待液压表达到预先设定的压力值时，打开回油阀门，回液长管供液，液压顶8收回，随后顶板钻孔17内回撤设备，完成施工；
6)依次完成其他组顶板钻孔17的预裂施工；
7)随着采煤工作面持续推进，采空区16顶板沿着钻孔17的切顶缝垮落，在端头液压支架13后方的巷旁墙体15外侧垮落，完成切顶工作。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.煤矿井下液压定向切顶设备，其特征在于，包括防爆泵站(1)、N个进液长管(2-1)、N个回液长管(2-2)和N个侧推装置；其中，
防爆泵站(1)与每个侧推装置通过1个进液长管(2-1)与1个回液长管(2-2)连接；侧推装置由通过连接管(3)和连接杆(4)连接形成串联的多个侧推棒(5)组成，侧推装置还包括设置在串联在一起的两个相邻侧推棒(5)之间的保护套(6)；每个侧推棒(5)由棒缸(7)和多个液压顶(8)组成，棒缸(7)一侧径向间隔设置有多个容纳液压顶(8)活动的空腔，液压顶(8)将空腔分割为进液腔(9-1)和回液腔(9-2)，进液腔(9-1)和回液腔(9-2)分别与进液道(10-1)和回液道(10-2)连接，进液腔(10-1)和回液腔(10-2)两端穿出棒缸(7)轴向端面分别与高压接头(11)连接；末端的侧推棒(5)未连接连接管(3)一端的高压接头(11)由螺丝堵头封闭。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下液压定向切顶设备，其特征在于，侧推棒(5)的轴向两端面设置有孔内螺纹接头(12)。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下液压定向切顶设备，其特征在于，串联在一起的两个相邻侧推棒(5)之间通过连接管(3)连接，连接管(3)中部设置有高压DN接头。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下液压定向切顶设备，其特征在于，进液长管(2-1)和回液长管(2-2)与侧推棒(5)分别通过高压接头(11)连接。
5.根据权利要求1所述的煤矿井下液压定向切顶设备，其特征在于，串联在一起的两个相邻侧推棒(5)连接区域安装的保护套(6)为筒状，并采用具有伸缩性的塑性材料制成。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下液压定向切顶设备，其特征在于，每个进液长管(2-1)和回液长管(2-2)上均安装有阀门。
7.权利要求1至6中任一项所述的煤矿井下液压定向切顶设备的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在采煤工作面前方的运输顺槽(14)内，提前仰斜打顶板钻孔(17)，若干顶板钻孔(17)布置在一条直线上；
2)在采煤工作面后方，每相邻3-6个顶板钻孔(17)为一组，每孔依次塞入2-5个侧推棒(5)，串联在一起的两个相邻侧推棒(5)之间通过连接管(3)及连接杆(4)连接，且侧推棒(5)之间设置保护套(6)，同组全部塞入后调整液压顶8朝向采空区16方向；
3)进液长管(2-1)和回液长管(2-2)与侧推棒(5)之间通过高压接头(11)连接；
4)并打开进油阀门，关闭回油阀，启动防爆泵站(1)，同组的侧推棒(5)的液压顶(8)伸出，产生推力，劈裂临空面顶板岩层；
5)待液压表达到预先设定的压力值时，打开回油阀门，回液长管供液，液压顶(8)收回，随后顶板钻孔(17)内回撤设备，完成施工；
6)依次完成其他组顶板钻孔(17)的预裂施工；
7)随着采煤工作面持续推进，采空区(16)顶板沿着顶板钻孔(17)的切顶缝垮落，在端头液压支架(13)后方的巷旁墙体(15)外侧垮落，完成切顶工作。
8.根据权利要求7所述的煤矿井下液压定向切顶设备的施工方法，其特征在于，每个顶板钻孔(17)的深度为6-10m，倾角为10-20°，相邻两个顶板钻孔(17)之间的间距为0.5-2.0m。
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