CN113217099B - 水力定向顶板切割装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种水力定向顶板切割装置，其包括液管、连通式设置在所述液管的下游端的接头和连通式设置在所述接头上的喷嘴，其中，所述液管连接外界高压液源，并运送高压液到所述接头，使得高压液从所述喷嘴定向喷出，该水力定向顶板切割装置采用水力进行定向切割顶板，其避免了使用烈性炸药以及使用烈性炸药所带来的一系列问题，具有针对性高，环境污染少等优点。

Description

水力定向顶板切割装置

技术领域

本发明属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种水力定向顶板切割装置。

背景技术

煤炭是中国主要的能源，因此，矿井的安全高效开采尤为重要。目前存在多种因素影响煤矿的正常生产，例如瓦斯、水、火等。在这些因素中坚硬顶板带来的强矿压问题十分突出。随着煤矿井下采煤工作面的不断推进，采空区遗留顶板长度及悬顶面积越来越大，用于支撑采空区顶板煤柱的强度越来越小，容易形成应力集中，长久下去容易发生顶板垮落伤人及冲击矿压事故。

在生产过程中，要对不保留的顶板进行预先切割，人为的使顶板有要求的垮落，以防止顶板冒落及瓦斯超限等事故的发生。一般来说，当采空区顶板强度比较低时，顶板依靠地应力及自身的重力作用进行垮落，当顶板比较坚硬时，通常采用传统的深孔爆破等方法进行致裂。

然而，传统的致裂方法有一定的缺陷，例如，深孔爆破需要大量的烈性炸药，爆炸过程中的应力波对原岩产生强烈的应力扰动，改变原岩应力分布，容易诱发冲击地压事故。而且炸药爆炸时产生大量的烟气，污染井下环境。另外煤矿井下采空区容易积聚瓦斯，采用炸药爆破致裂方式容易诱导瓦斯爆炸。

因此，针对上述问题，煤矿需一种新型安全的顶板切割放顶装置，在确保安全的前提下，能够安全可靠、高效的致裂顶板。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种水力定向顶板切割装置。该水力定向顶板切割装置采用水力进行定向切割顶板，其避免了使用烈性炸药以及使用烈性炸药所带来的一系列问题，具有针对性高，环境污染少等优点。

根据本发明，提供了一种水力定向顶板切割装置，包括：

液管，

连通式设置在所述液管的下游端的接头，

连通式设置在所述接头上的喷嘴，

其中，所述液管连接外界高压液源，并运送高压液到所述接头，使得高压液从所述喷嘴定向喷出。

在一个实施例中，所述接头具有变径段和设置在所述变径段的下游的直筒段，并在从上游到下游的方向上，所述变径段的通流面积逐渐变小，所述喷嘴设置在所述直筒段上。

在一个实施例中，在所述直筒段上设置有引导管以用于连通所述直筒段和所述喷嘴。

在一个实施例中，在轴向上，间隔式设置多个所述引导管，并且其中至少有两个所述引导管相对于径向倾斜式设置，两个倾斜式设置的所述引导管在从上游端到下游端相背式远离。

在一个实施例中，还包括套接在所述液管的外侧的套管。

在一个实施例中，在所述套管的上游端选择式设置有用于至少部分包围所述液管的连接件。

在一个实施例中，所述套管包围所述接头式向下游端延伸，并在末端形成封闭，在所述套管的侧壁上设置有连通孔用于与所述喷嘴对应。

在一个实施例中，所述套管的封闭端与所述接头固定连接，并在所述套管的封闭端与所述接头之间设置用于限定周向位置的卡接件。

在一个实施例中，还包括套接在所述套管上的收纳盆，所述收纳盆的开口朝向下游端。

在一个实施例中，所述收纳盆具有包围所述套管的第一筒状件和套设在所述第一筒状件的外侧的第二碗状件，所述第一筒状件和所述第二碗状件形成环形的容纳槽。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该水力定向顶板切割装置采用水力进行切割顶板，其避免了使用烈性炸药以及使用烈性炸药所带来的一系列问题，具有针对性高，环境污染少等优点。同时，该切割装置能在切割过程中容易定向，使得顶板岩层产生裂缝并扩展，降低顶板的完好性，使其失去传递力的特性，放顶效果好。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的水力定向顶板切割装置的剖视图；

图2显示了根据本发明的一个实施例的水力定向顶板切割装置的引导管和喷嘴的布设图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的水力定向顶板切割装置的收纳盆；

图4为来自图1的A-A剖面图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

本发明的实施例提出了一种水力定向顶板切割装置。如图1所示，水力定向顶板切割装置包括液管1、接头2和喷嘴3。其中，液管1用于连通外界高压液源(需要说明的是，例如高压液源的工作压力可以为5-20Mpa，但是具体的压力可以根据实际工作进行适应性选择，而液体可以为水)。接头2连通式设置在液管1的下游端，用于接收高压液体。喷嘴3连通式设置在接头2上，用于将高压液定向喷出，从而在岩层中形成裂缝。

在使用过程中，液管1连接外界高压液源，并运送高压液到接头2，使得高压液从喷嘴3定向喷出，从而在顶板的岩层中形成人工裂缝，降低顶板的完好性，使其失去传递力的特性，处理效果好，进而有助于放顶操作。本申请的切割装置，采用高压水力进行，避免了使用烈性炸药所带来的一系列问题，具有针对性高，环境污染少等优点。同时，该切割装置，可以方便地调整水的压力以及喷射方向，以调整裂缝的大小和喷射方向等，具有操作可控制性高等优点。

在一个实施例中，接头2具有变径段21和设置在变径段21的下游的直筒段22。在从上游到下游的方向上，变径段21的通流面积逐渐变小。喷嘴3设置在直筒段22上。例如，该接头2与液管1可以为螺纹连接。将接头2设置有变径段21，方便了连接，同时缩小了直筒段22的外径尺寸，有助于连接喷嘴3。另外，这种结构的变径段21可以更好的引导高压液体的流动，并提高高压液体的流速。

如图2所示，在直筒段22上设置有引导管4。该引导管4用于连通直筒段22和喷嘴3。在直筒段22的轴向上，间隔式设置多个引导管4，例如两个。在直筒段22的周向上，间隔式设置多个引导管4，例如两个，并且这两个引导管4周向上均匀设置。这种设置可以提高喷射的效率，进而提高切割效果。

优选地，轴向上，其中至少有两个引导管4相对于径向倾斜式设置，两个倾斜式设置的引导管4在从上游端到下游端相背式远离。例如，以图1中轴向上具有两个引导管4进行说明，处于上游段的引导管4的自由端(喷嘴3所位于的那端)相对于本引导管4的固定端(连接到直筒段22的那端)向上游端倾斜，而处于下游段的引导管4的自由端相对于本引导管4的固定端向下游端倾斜，从而使得两个引导管4的自由端更加远离。这种设置方式不仅能径向沟通岩层，还能轴向上沟通岩层，形成更大范围的裂缝，从而有助于顶板切割。在进行分段式沟通岩层的过程中，这种设置方式还能使得在不同深度方向的钻孔上所形成的裂缝互相连通，从而提高切割效率。

在一个实施例中，切割装置还包括套接在液管1的外侧的套管5。该套管5用于保护液管1，同时方便使用人员进行手持等操作。优选地，套管5包围接头2式向下游端延伸，并在末端形成封闭。在套管5的壁上设置有连通孔51用于与喷嘴3对应。也就是说，套管5自身构造为桶状，其开口向上游端延伸并套接在接头2以及至少部分液管1的外侧。该套管5还保护了处于其内测的喷嘴3，以使得该切割装置在钻孔中移动时，顺畅的进行移动，并避免引导管4和喷嘴3受力破坏。

优选地，套管5的封闭端与接头2固定连接。在套管5的封闭端与接头2之间设置用于限定周向位置的卡接件7。通过设置卡接件7，可以保证套管5与接头2的位置，进而保证喷嘴3始终处于露出状态。例如，如图4所示，该卡接件7包括设置在接头2的下游端表面的固定台71，该固定台71突出式设置。在固定台71上钻设有盲孔72。在固定台71上可以设置与盲孔72连通的豁口槽73。同时，在套管5的末端的内测设置突出台74，该突出台74可以插入到上述的盲孔72中。并且，在突出台74的外端设置卡接齿75。该卡接齿75正好可以卡接到豁口槽73处。再利用螺钉77依次穿过突出台74和固定台71，用于将套管5与接头2固定连接。

该套管5的轴向的长度，可以根据实际使用进行调节，以方便使用人员进行手持操作。为了增加套管5的轴向长度，还可以在套管5的上游端选择式设置有用于至少部分包围液管1的连接件6。例如，该连接件6为筒状，并预先套设在液管1的外侧。在切割装置使用过程中，可以选择性的在套管5上连接或者拆卸连接件6。例如，连接件6与套管5为螺纹连接，或者卡接，用于方便拆卸或者连接。

切割装置还包括套接在套管5上的收纳盆8。收纳盆8的开口朝向下游端。在工作过程中，收纳盆8主要用于收集返回的液体，主要有助于文明施工。优选地，如图3所示，收纳盆8具有包围套管5的第一筒状件81和套设在第一筒状件81的外侧的第二碗状件82。第一筒状件81和第二碗状件82形成环形的容纳槽83，用于收集返回的液体。例如，该收纳盆8可以为弹性橡胶材料制成。这种设置的收纳盆8与套管5之间的密封性好，能很好的包裹在套管5的外壁上，并根据喷射深度的不同，能在套管5的轴向上移动。

喷嘴3可以为KMT科美腾水刀喷嘴，例如，AccuStream生产的，设备型号为A22600xx。

下面根据图1-4详细介绍切割装置的使用方法。

先在煤矿巷道的工作面的所需切顶区域进行施工，以在顶板上形成钻孔。然后，将切割装置的下游段插入到钻孔的最深处。为切割装置供给高压水，高压水由喷嘴3喷出，以在岩层相应的位置处形成裂缝。再然后，切割装置沿着钻孔回退，再在岩层的其它相应位置处进行一次喷射操作。在钻孔的同一深度位置处，还可以通过调整切割装置的角度，调整切割的方向。如此由钻孔终端向浅部后退式进行逐段切割，直至切割完成。需要说明的是，在上述过程中，可以随时增加或者减少连接件6。并可以随时调节收纳盆8的位置，以对返回的水进行收纳。

通过切割装置，能使顶板岩层产生裂缝并扩展，从而破坏工作面端头煤层上方顶板岩层的完整性，降低顶板岩体的强度，实现了高瓦斯矿井工作面上隅角悬顶采前稳定、采后及时冒落的目的，显著减小回采工作面上隅角悬顶面积，有效防止工作面上隅角瓦斯积聚超限，安全性更高。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水力定向顶板切割装置，其特征在于，包括：

液管，

连通式设置在所述液管的下游端的接头，

连通式设置在所述接头上的喷嘴，

套接在所述液管的外侧的套管，

其中，所述液管连接外界高压液源，并运送高压液到所述接头，使得高压液从所述喷嘴定向喷出，所述套管包围所述接头且向下游端延伸，并在末端形成封闭，在所述套管的侧壁上设置有连通孔用于与所述喷嘴对应，所述套管的封闭端与所述接头固定连接，并在所述套管的封闭端与所述接头之间设置用于限定周向位置的卡接件，所述卡接件含有突出式设置在所述接头的下游端表面的固定台，在所述固定台上钻设有盲孔，在所述固定台上设置与所述盲孔连通的豁口槽，在所述套管的末端的内测设置突出台，所述突出台插入到所述盲孔中，并且在所述突出台的外端设置卡接齿，所述卡接齿卡接到所述豁口槽，螺钉依次穿过所述突出台和所述固定台以将所述套管与所述接头固定连接。

2.根据权利要求1所述的水力定向顶板切割装置，其特征在于，所述接头具有变径段和设置在所述变径段的下游的直筒段，并在从上游到下游的方向上，所述变径段的通流面积逐渐变小，所述喷嘴设置在所述直筒段上。

3.根据权利要求2所述的水力定向顶板切割装置，其特征在于，在所述直筒段上设置有引导管以用于连通所述直筒段和所述喷嘴。

4.根据权利要求3所述的水力定向顶板切割装置，其特征在于，在轴向上，间隔式设置多个所述引导管，并且其中至少有两个所述引导管相对于径向倾斜式设置，两个倾斜式设置的所述引导管在从上游端到下游端相背式远离。

5.根据权利要求1所述的水力定向顶板切割装置，其特征在于，在所述套管的上游端选择式设置有用于至少部分包围所述液管的连接件。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的水力定向顶板切割装置，其特征在于，还包括套接在所述套管上的收纳盆，所述收纳盆的开口朝向下游端。

7.根据权利要求6所述的水力定向顶板切割装置，其特征在于，所述收纳盆具有包围所述套管的第一筒状件和套设在所述第一筒状件的外侧的第二碗状件，所述第一筒状件和所述第二碗状件形成环形的容纳槽。