CN114198100A - 一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备 - Google Patents
一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114198100A CN114198100A CN202111470734.2A CN202111470734A CN114198100A CN 114198100 A CN114198100 A CN 114198100A CN 202111470734 A CN202111470734 A CN 202111470734A CN 114198100 A CN114198100 A CN 114198100A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heating
- rod
- axial
- hollow connecting
- disc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 161
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 22
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 21
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 3
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C37/00—Other methods or devices for dislodging with or without loading
- E21C37/16—Other methods or devices for dislodging with or without loading by fire-setting or by similar methods based on a heat effect
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明涉及一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备。主要解决现有机械切槽和高压水射流切槽存在的难以控制水力压裂裂缝扩展和卸压效果较差的技术问题。本发明的技术方案是：一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其包括防爆加热温控系统、钻孔控制定向加热系统和多角度液压装卸系统；所述防爆加热温控系统装在多角度液压装卸系统的运移小车上，所述钻孔控制定向加热系统的中空连接杆装在多角度液压装卸系统设置的夹具上；所述钻孔控制定向加热系统由轴向定向加热装置、弹性收放装置和多杆连接装置构成，所述弹性收放装置设在轴向定向加热装置的两端，所述多杆连接装置的中空连接盘通过第二螺栓与轴向定向加热装置的下端连接。
Description
技术领域
本发明属于矿山坚硬岩体致裂弱化卸压处理技术领域，具体涉及一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备。
背景技术
在煤炭开采过程中，煤层上覆坚硬顶板不易垮落，随着工作面向前推进，顶板大面积悬露，极易产生重大生产安全隐患，如冲击矿压、巷道变形剧烈等。因此，需要人为弱化坚硬顶板，使坚硬顶板随采随冒，进而消除冲击动力现象，减小采场、巷道、煤柱等受到的支承压力。
目前处理难垮坚硬顶板多使用定向水力压裂和定向爆破技术，这两种技术中裂纹定向是关键。目前定向水力压裂技术主要通过机械刀盘或高压水射流沿钻孔环向切槽，以达到水力压裂裂缝定向起裂与扩展的目的。定向爆破受火工品管理限制以及爆破后造成井下空气污染等问题而受到使用限制。环向切槽后，水力压裂裂缝仅沿环向扩展，即平行岩层层理方向扩展。目前，受机械切槽设备限制，无法实现沿钻孔轴向机械切槽。虽然高压水射流可以实现沿钻孔轴向切槽，但设备庞大，对坚硬岩层切槽较浅，有时需加入磨料，致使系统较为复杂，尚未应用。而水力压裂裂缝起裂和扩展受制于地应力，在垂直层理方向上未定向切槽将难以控制水力压裂裂缝扩展，卸压效果较差。
发明内容
本发明的目的是解决现有机械切槽和高压水射流切槽存在的上述技术问题，提供一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备。该设备可以对岩石钻孔孔壁沿轴向进行线性加热，孔壁线性受热区在高温作用下发生热破裂，将产生一定深度的弱化带。水力压裂裂缝能够沿预制弱化带起裂与扩展，实现坚硬顶板岩层的定向卸压。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其包括防爆加热温控系统(38)、钻孔控制定向加热系统(36)和多角度液压装卸系统(39)；所述防爆加热温控系统(38)装在多角度液压装卸系统(39)的运移小车(45)上，所述钻孔控制定向加热系统(36)的中空连接杆(15)装在多角度液压装卸系统(39)设置的夹具(44)上；所述钻孔控制定向加热系统(36)由轴向定向加热装置、弹性收放装置和多杆连接装置构成，所述弹性收放装置设在轴向定向加热装置的两端，所述多杆连接装置的中空连接盘(14)通过第二螺栓(17)与轴向定向加热装置的下端连接。
进一步地，所述轴向定向加热装置包括上压盘(6)、轴向加热棒(7)、成型隔热层(8)、分区拉杆(9)、下压盘(10)、耐热金属传热片(20)和热电偶(21)，所述分区拉杆(9)通过第一螺母(5)与上压盘(6)和下压盘(10)固联，所述成型隔热层(8)通过开槽螺钉(18)与第二螺母(22)固定在分区拉杆(9)加热区内的肋板(26)上将分区拉杆(9)分为加热区和非加热区，隔热盖板(19)覆盖于开槽螺钉(18)上；所述轴向加热棒(7)设在分区拉杆(9)加热区内，所述热电偶(21)通过螺纹固定在下压盘(10)上并位于轴向加热棒(7)的旁边，所述耐热金属传热片(20)由环形端和弯曲片状端组成，环形端与热电偶(21)过盈配合，弯曲片状端与轴向加热棒(7)的有效加热段(30)外侧连接。
进一步地，所述轴向加热棒(7)由加热棒外壳(34)、发热元件(35)、导线(32)、隔热夹持棒(31)和粉末状隔热材料(33)组成，所述发热元件(35)装在加热棒外壳(34)中构成有效加热段(30)，所述隔热夹持棒(31)装在加热棒外壳(34)的两端，其长度不小于50mm；所述发热元件(35)与导线(32)的一端连接，所述导线(32)的另一端通过隔热夹持棒(31)设置的导线孔引出，所述导线孔由粉末状隔热材料(33)充填。
进一步地，所述分区拉杆(9)由四块肋板(26)和中空管(27)组成，所述四块肋板(26)相距90°纵向焊接在中空管(27)上，所述中空管(27)两端设有螺纹；所述成型隔热层(8)的外形与加热区空间相适应，层厚不小于5mm，其上设置有台阶钻孔，孔间距不大于成型隔热层(8)总长度的1/4。
进一步地，所述弹性收放装置包括上端盘(2)、滑套(3)、卡环(4)、下端盘(11)、弹簧(12)、换向轴套(13)和柔性钢丝绳(16)，所述上端盘(2)与上压盘(6)通过第一螺栓(1)连接，下端盘(11)与下压盘(10)通过第二螺栓(17)连接；所述卡环(4)设置的滑轨装在滑套(3)设置的T型滑槽中，所述卡环(4)抱夹隔热夹持棒(31)对轴向加热棒(7)进行牵引收放，所述弹簧(12)装在上端盘(2)和下端盘(11)底部径向设置的弹簧孔中，所述滑套(3)装在上端盘(2)和下端盘(11)轴向设置的滑套槽中且滑套(3)位于弹簧(12)的前面，所述柔性钢丝绳(16)的一端穿过弹簧孔底部设置的导向孔和滑套(3)设置的绳孔与卡环(4)连接，所述换向轴套(13)装在上端盘(2)和下端盘(11)端面中间设置的方形孔中，所述柔性钢丝绳(16)的另一端通过换向轴套(13)于中空连接杆(15)的内部连接。
进一步地，所述滑套(3)为L型板件，所述滑套(3)垂直平面段(29)设置有T型滑槽，所述T型滑槽的下方设有容纳柔性钢丝绳(16)的绳孔，所述滑套(3)水平平面段(28)设置有导线槽；所述卡环(4)为大于半圆的弧型板件，所述卡环(4)外环面设置有T型滑轨。
进一步地，所述上端盘(2)和下端盘(11)两侧对称位置沿同一轴向设置有导线槽和滑套槽且导线槽位于滑套槽的下面，滑套槽垂直端面的下部设有弹簧孔，弹簧孔底部设置柔性钢丝绳(16)的导向孔，所述上端盘(2)和下端盘(11)底端中间设有方形孔。
进一步地，所述多杆连接装置由中空连接盘(14)和若干根中空连接杆(15)组成；所述的中空连接盘(14)外表面对称设置两个导线槽，端面设置定位刻线；所述的中空连接杆(15)两端分别设置内螺纹和外螺纹，并在杆体外侧设置定位刻线；所述中空连接盘(14)和多根中空连接杆(15)连接后，所有定位刻线对齐，且与轴向加热棒(7)成一条直线；所述的中空连接盘(14)与轴向定向加热装置和弹性收放装置通过非加热区的第二螺栓(17)进行连接。
进一步地，所述多角度液压装卸系统(39)包括对中装置(41)、多角度液压调节装置(42)、动力液压装置(43)和运移小车(45)；所述的对中装置(41)设置有激光定向仪，用于校准中空连接杆(15)的推进方向；所述的多角度液压调节装置(42)为含有液压缸的四连杆机构，可在0～90°范围内任意调节中空连接杆(15)的进退角度；所述的动力液压装置(43)为含有液压缸的夹持机构，所述液压缸的杆体和缸体上均设有夹持中空连接杆(15)的夹具(44)，通过交替夹持，控制中空连接杆(15)和钻孔控制定向加热系统(36)的进退。
进一步地，所述防爆加热温控系统(38)对控制调节轴向加热棒(7)的加热范围为0～800℃，升温速率为0～400℃/min，并能对保温时长进行设置。
本发明的有益效果是：
本发明使用加热棒作为热源，通过对钻孔实施密封，隔绝孔内高温与井下作业空间，实现安全使用。加热过程稳定可控，可以实现恒温长时间的稳定加热。
本发明通过调节加热棒与孔壁距离，使二者紧密贴合，传热效率高。
本发明使用高温岩石热破裂的原理对顶板岩石物理性质进行定向弱化，与机械切槽和水力切槽定向预裂相比，本发明具有操作更加灵活、设备简单、更便于煤矿井下使用等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明轴向定向加热装置的结构示意图；
图3是图2中的B——B剖视图；
图4是图2中的D——D剖面图；
图5是本发明轴向定向加热装置、弹性收放装置与中空连接盘的连接示意图；
图6是本发明轴向加热棒的结构示意图；
图7是本发明上端盘及下端盘的结构俯视图；
图8是本发明上端盘及下端盘的结构剖视图。
图中：1-第一螺栓、2-上端盘、3-滑套、4-卡环、5-第一螺母、6-上压盘、7-轴向加热棒、8-成型隔热层、9-分区拉杆、10-下压盘、11-下端盘、12-弹簧、13-换向轴套、14-中空连接盘、15-中空连接杆、16-柔性钢丝绳、17-第二螺栓、18-开槽螺钉、19-隔热盖板、20-耐热金属传热片、21-热电偶、22-第二螺母、23-岩石钻孔内壁、24-垫圈、25-第三螺母、26-肋板、27-中空管、28-水平平面段、29-垂直平面段、30-有效加热段、31-隔热夹持棒、32-导线、33-粉末状隔热材料、34-加热棒外壳、35-发热元件、36-钻孔控制定向加热系统、37-传输导线、38-防爆加热温控系统、39-多角度液压装卸系统、40-岩石钻孔、41-对中装置、42-多角度液压调节装置、43-动力液压装置、44-夹具、45-运移小车、46-激光束、47-顶板岩层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
如图1～8所示，本实施例中的一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其包括防爆加热温控系统38、钻孔控制定向加热系统36和多角度液压装卸系统39；所述防爆加热温控系统38装在多角度液压装卸系统39的运移小车45上，所述钻孔控制定向加热系统36的中空连接杆15装在多角度液压装卸系统39设置的夹具44上；所述钻孔控制定向加热系统36由轴向定向加热装置、弹性收放装置和多杆连接装置构成，所述弹性收放装置设在轴向定向加热装置的两端，所述多杆连接装置的中空连接盘14通过第二螺栓17与轴向定向加热装置的下端连接。
如图2和图3所示，所述轴向定向加热装置包括上压盘6、轴向加热棒7、成型隔热层8、分区拉杆9、下压盘10、耐热金属传热片20和热电偶21，所述分区拉杆9通过第一螺母5与上压盘6和下压盘10固联，所述成型隔热层8通过开槽螺钉18与第二螺母22固定在分区拉杆9加热区内的肋板26上将分区拉杆9分为加热区和非加热区，隔热盖板19覆盖于开槽螺钉18上；所述轴向加热棒7设在分区拉杆9加热区内，所述热电偶21通过螺纹固定在下压盘10上并位于轴向加热棒7的旁边，所述耐热金属传热片20由环形端和弯曲片状端组成，环形端与热电偶21过盈配合，弯曲片状端与轴向加热棒7的有效加热段30外侧连接。
如图6所示，所述轴向加热棒7由加热棒外壳34、发热元件35、导线32、隔热夹持棒31和粉末状隔热材料33组成，所述发热元件35装在加热棒外壳34中构成有效加热段30，所述隔热夹持棒31装在加热棒外壳34的两端，其长度不小于50mm；所述发热元件35与导线32的一端连接，所述导线32的另一端通过隔热夹持棒31设置的导线孔引出，所述导线孔由粉末状隔热材料33充填。
如图2和图3所示，所述分区拉杆9由四块肋板26和中空管27组成，所述四块肋板26相距90°纵向焊接在中空管27上，所述中空管27两端设有螺纹；所述成型隔热层8的外形与加热区空间相适应，层厚不小于5mm，其上设置有台阶钻孔，孔间距不大于成型隔热层8总长度的1/4。
如图2和图4所示，所述弹性收放装置包括上端盘2、滑套3、卡环4、下端盘11、弹簧12、换向轴套13和柔性钢丝绳16，所述上端盘2与上压盘6通过第一螺栓1连接，下端盘11与下压盘10通过第二螺栓17连接；所述卡环4设置的滑轨装在滑套3设置的T型滑槽中，所述卡环4抱夹隔热夹持段31对轴向加热棒7进行牵引收放，所述弹簧12装在上端盘2和下端盘11底部径向设置的弹簧孔中，所述滑套3装在上端盘2和下端盘11轴向设置的滑套槽中且滑套3位于弹簧12的前面，所述柔性钢丝绳16的一端穿过弹簧孔底部设置的导向孔和滑套3设置的绳孔与卡环4连接，所述换向轴套13装在上端盘2和下端盘11端面中间设置的方形孔中，所述柔性钢丝绳16的另一端通过换向轴套13于中空连接杆15的内部连接。
如图2和图4所示，所述滑套3为L型板件，所述滑套3垂直平面段29设置有T型滑槽，所述T型滑槽的下方设有容纳柔性钢丝绳16的绳孔，所述滑套3水平平面段28设置有导线槽；所述卡环4为大于半圆的弧型板件，所述卡环4外环面设置有T型滑轨。
如图7和如图8所示，所述上端盘2和下端盘11两侧对称位置沿同一轴向设置有导线槽和滑套槽且导线槽位于滑套槽的下面，滑套槽垂直端面的下部设有弹簧孔，弹簧孔底部设置柔性钢丝绳16的导向孔，所述上端盘2和下端盘11底端中间设有方形孔。滑套槽槽宽与所述滑套3宽度相等，槽深至少大于卡环4径向最大位移量1mm；弹簧孔直径小于滑套3的宽度。
如图5所示，所述多杆连接装置由中空连接盘14和若干根中空连接杆15组成；所述的中空连接盘14外表面对称设置两个导线槽，端面设置定位刻线；所述的中空连接杆15两端分别设置内螺纹和外螺纹，并在杆体外侧设置定位刻线；所述中空连接盘14和多根中空连接杆15连接后，所有定位刻线对齐，且与轴向加热棒7成一条直线；所述的中空连接盘14与轴向定向加热装置和弹性收放装置通过非加热区的第二螺栓17进行连接。
如图1所示，所述多角度液压装卸系统39包括对中装置41、多角度液压调节装置42、动力液压装置43和运移小车45；所述的对中装置41设置有激光定向仪，用于校准中空连接杆15的推进方向；所述的多角度液压调节装置42为含有液压缸的四连杆机构，可在0～90°范围内任意调节中空连接杆15的进退角度；所述的动力液压装置43为含有液压缸的夹持机构，所述液压缸的杆体和缸体上均设有夹持中空连接杆15的夹具44，通过交替夹持，控制中空连接杆15和钻孔控制定向加热系统36的进退。
如图1所示，所述防爆加热温控系统38对控制调节轴向加热棒7的加热范围为0～800℃，升温速率为0～400℃/min，并能对保温时长进行设置。在预设时长到达时控制加热系统停止加热并发出提示信号。
本发明的工作步骤为：
1、根据矿井坚硬顶板地质条件，依据钻孔参数(角度、长度、直径等)，制定轴向定向预裂加热方案(预裂方向、加热温度、加热时长等)。依据加热方案将中空连接盘14和中空连接杆15连接并确保二者的定位刻线对齐，且与轴向加热棒7成一条直线，轴向加热棒7的导线32通过中空连接盘14外表面对称设置的两个导线槽引出，使用动力液压装置43液压缸杆体上的夹具44夹紧中空连接杆15，将中空连接杆15固定在多角度液压装卸系统39上，开启多角度液压调节装置42上的液压缸，使用对中装置41上的激光定向仪调节中空连接盘14的运动方向，使中空连接盘14的中心轴线与岩石钻孔40中心轴线重合，再关闭多角度液压调节装置42，进而固定钻孔控制定向加热系统36的进退方向。
2、启动动力液压装置43的液压缸，液压杆推动夹紧的中空连接杆15于岩石钻孔40内沿轴向进给，液压杆到达最大进给量后停止，再由液压杆上的夹具44夹紧中空连接杆15的下端，人工连接另一个中空连接杆15，并控制所有定位刻线对齐，且与轴向加热棒7成一条直线，柔性钢丝绳26于中空连接杆15的内部连接，打开动力液压装置42液压缸的缸体上的夹具44，夹紧下端新连接的中空连接杆15，打开液压杆上的夹具44，松开上端中空连接杆15后回退至初始位置，并夹紧新连接的中空连接杆15的下端，液压缸上的夹具44松开，液压杆再次沿钻孔轴向进给。
3、当钻孔控制定向加热系统36在岩石钻孔40内轴向移动时，拉紧柔性钢丝绳26，卡环4抱夹隔热夹持棒31对轴向加热棒7进行牵引收缩，防止轴向加热棒7与岩石钻孔内壁23过度摩擦接触损坏加热棒；当轴向定向加热装置到达预定位置时，放松柔性钢丝绳26，卡环4抱夹隔热夹持棒31对轴向加热棒7进行牵引释放，使轴向加热棒7与岩石钻孔内壁23紧密接触，以实现加热。
4、不断重复步骤2、3，将所述钻孔控制定向加热系统36间歇推进到岩石钻孔40最上端的预定加热位置。关闭动力液压装置43，将钻孔控制定向加热系统36固定在岩石钻孔40预设加热位置，对岩石钻孔40孔口段进行封孔处理，以隔绝孔内高温与井下作业空间。将热电偶21、轴向加热棒7连接到防爆加热温控系统38上，开启防爆加热温控系统38，按照预定轴向定向预裂加热方案，对钻孔内壁23进行轴向定向加热。
5、加热结束后，关闭防爆加热温控系统38，重新拉紧柔性钢丝绳26，打开多角度液压装卸系统39的动力液压装置43，液压杆回退，推动钻孔控制定向加热系统36在钻孔内回退，液压杆退到初始位置后停止，此时，液压缸上的夹具44夹紧中空连接杆15的下端，液压杆上的夹具44同步松开。液压杆再次伸出，夹紧中空连接杆15的上端，液压缸上的安装夹具44同步松开，液压杆回退至初始位置时，中空连接杆15完全退出钻孔，人工将两个中空连接杆15连接处的螺纹拧开，并断开连接的柔性钢丝绳26，使退出的中空连接杆15内的柔性钢丝绳26也完全退出，移除退出的中空连接杆15和柔性钢丝绳26，未退出的中空连接杆15内的柔性钢丝绳26仍保持拉紧状态。
通过以上步骤，可实现对钻孔轴向方向实施定向加热，以达到钻孔轴向定向热破裂预裂目的。
Claims (10)
1.一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其特征在于：该设备包括防爆加热温控系统(38)、钻孔控制定向加热系统(36)和多角度液压装卸系统(39)；所述防爆加热温控系统(38)装在多角度液压装卸系统(39)的运移小车(45)上，所述钻孔控制定向加热系统(36)的中空连接杆(15)装在多角度液压装卸系统(39)设置的夹具(44)上；所述钻孔控制定向加热系统(36)由轴向定向加热装置、弹性收放装置和多杆连接装置构成，所述弹性收放装置设在轴向定向加热装置的两端，所述多杆连接装置的中空连接盘(14)通过第二螺栓(17)与轴向定向加热装置的下端连接。
2.如权利要求1所述的一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其特征在于：所述轴向定向加热装置包括上压盘(6)、轴向加热棒(7)、成型隔热层(8)、分区拉杆(9)、下压盘(10)、耐热金属传热片(20)和热电偶(21)，所述分区拉杆(9)通过第一螺母(5)与上压盘(6)和下压盘(10)固联，所述成型隔热层(8)通过开槽螺钉(18)与第二螺母(22)固定在分区拉杆(9)加热区内的肋板(26)上将分区拉杆(9)分为加热区和非加热区，隔热盖板(19)覆盖于开槽螺钉(18)上；所述轴向加热棒(7)设在分区拉杆(9)加热区内，所述热电偶(21)通过螺纹固定在下压盘(10)上并位于轴向加热棒(7)的旁边，所述耐热金属传热片(20)由环形端和弯曲片状端组成，环形端与热电偶(21)过盈配合，弯曲片状端与轴向加热棒(7)的有效加热段(30)外侧连接。
3.如权利要求2所述的一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其特征在于：所述轴向加热棒(7)由加热棒外壳(34)、发热元件(35)、导线(32)、隔热夹持棒(31)和粉末状隔热材料(33)组成，所述发热元件(35)装在加热棒外壳(34)中构成有效加热段(30)，所述隔热夹持棒(31)装在加热棒外壳(34)的两端，其长度不小于50mm；所述发热元件(35)与导线(32)的一端连接，所述导线(32)的另一端通过隔热夹持棒(31)设置的导线孔引出，所述导线孔由粉末状隔热材料(33)充填。
4.如权利要求2所述的一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其特征在于：所述分区拉杆(9)由四块肋板(26)和中空管(27)组成，所述四块肋板(26)相距90°纵向焊接在中空管(27)上，所述中空管(27)两端设有螺纹；所述成型隔热层(8)的外形与加热区空间相适应，层厚不小于5mm，其上设置有台阶钻孔，孔间距不大于成型隔热层(8)总长度的1/4。
5.如权利要求1所述的一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其特征在于：所述弹性收放装置包括上端盘(2)、滑套(3)、卡环(4)、下端盘(11)、弹簧(12)、换向轴套(13)和柔性钢丝绳(16)，所述上端盘(2)与上压盘(6)通过第一螺栓(1)连接，下端盘(11)与下压盘(10)通过第二螺栓(17)连接；所述卡环(4)设置的滑轨装在滑套(3)设置的T型滑槽中，所述卡环(4)抱夹隔热夹持棒(31)对轴向加热棒(7)进行牵引收放，所述弹簧(12)装在上端盘(2)和下端盘(11)底部径向设置的弹簧孔中，所述滑套(3)装在上端盘(2)和下端盘(11)轴向设置的滑套槽中且滑套(3)位于弹簧(12)的前面，所述柔性钢丝绳(16)的一端穿过弹簧孔底部设置的导向孔和滑套(3)设置的绳孔与卡环(4)连接，所述换向轴套(13)装在上端盘(2)和下端盘(11)端面中间设置的方形孔中，所述柔性钢丝绳(16)的另一端通过换向轴套(13)于中空连接杆(15)的内部连接。
6.如权利要求5所述的一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其特征在于：所述滑套(3)为L型板件，所述滑套(3)垂直平面段(29)设置有T型滑槽，所述T型滑槽的下方设有容纳柔性钢丝绳(16)的绳孔，所述滑套(3)水平平面段(28)设置有导线槽；所述卡环(4)为大于半圆的弧型板件，所述卡环(4)外环面设置有T型滑轨。
7.如权利要求5所述的一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其特征在于：所述上端盘(2)和下端盘(11)两侧对称位置沿同一轴向设置有导线槽和滑套槽且导线槽位于滑套槽的下面，滑套槽垂直端面的下部设有弹簧孔，弹簧孔底部设置柔性钢丝绳(16)的导向孔，所述上端盘(2)和下端盘(11)底端中间设有方形孔。
8.如权利要求1所述的一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其特征在于：所述多杆连接装置由中空连接盘(14)和若干根中空连接杆(15)组成；所述的中空连接盘(14)外表面对称设置两个导线槽，端面设置定位刻线；所述的中空连接杆(15)两端分别设置内螺纹和外螺纹，并在杆体外侧设置定位刻线；所述中空连接盘(14)和多根中空连接杆(15)连接后，所有定位刻线对齐，且与轴向加热棒(7)成一条直线；所述的中空连接盘(14)与轴向定向加热装置和弹性收放装置通过非加热区的第二螺栓(17)进行连接。
9.如权利要求1所述的一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其特征在于：所述多角度液压装卸系统(39)包括对中装置(41)、多角度液压调节装置(42)、动力液压装置(43)和运移小车(45)；所述的对中装置(41)设置有激光定向仪，用于校准中空连接杆(15)的推进方向；所述的多角度液压调节装置(42)为含有液压缸的四连杆机构，可在0～90°范围内任意调节中空连接杆(15)的进退角度；所述的动力液压装置(43)为含有液压缸的夹持机构，所述液压缸的杆体和缸体上均设有夹持中空连接杆(15)的夹具(44)，通过交替夹持，控制中空连接杆(15)和钻孔控制定向加热系统(36)的进退。
10.如权利要求1所述的一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其特征在于：所述防爆加热温控系统(38)对控制调节轴向加热棒(7)的加热范围为0～800℃，升温速率为0～400℃/min，并能对保温时长进行设置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111470734.2A CN114198100B (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111470734.2A CN114198100B (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114198100A true CN114198100A (zh) | 2022-03-18 |
| CN114198100B CN114198100B (zh) | 2023-06-20 |
Family
ID=80650518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111470734.2A Active CN114198100B (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114198100B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1208365A (en) * | 1967-05-08 | 1970-10-14 | Gluckauf Gunther Klerner Masch | Compressed air injection apparatus for breaking hard minerals |
| US3700169A (en) * | 1970-10-20 | 1972-10-24 | Environment One Corp | Process and appratus for the production of hydroelectric pulsed liquids jets |
| US20100025116A1 (en) * | 2006-08-10 | 2010-02-04 | Richard Hutton | Steerable rotary directional drilling tool for drilling boreholes |
| CN106225587A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-12-14 | 郭远军 | 一种能重复利用的定向气体爆破器及其制造方法 |
| CN109339786A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-02-15 | 太原理工大学 | 一种预制裂缝定向水力压裂起裂方法 |
| CN110273684A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-09-24 | 太原理工大学 | 等离子体u式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法 |
| US20190316454A1 (en) * | 2017-05-10 | 2019-10-17 | China University Of Mining And Technology | Stress-transfer method in tunnel with high ground pressure based on fracturing ring |
| CN113153299A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-07-23 | 四川川煤华荣能源有限责任公司 | 微波定向切顶卸压沿空留巷方法 |
-
2021
- 2021-12-03 CN CN202111470734.2A patent/CN114198100B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1208365A (en) * | 1967-05-08 | 1970-10-14 | Gluckauf Gunther Klerner Masch | Compressed air injection apparatus for breaking hard minerals |
| US3700169A (en) * | 1970-10-20 | 1972-10-24 | Environment One Corp | Process and appratus for the production of hydroelectric pulsed liquids jets |
| US20100025116A1 (en) * | 2006-08-10 | 2010-02-04 | Richard Hutton | Steerable rotary directional drilling tool for drilling boreholes |
| CN106225587A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-12-14 | 郭远军 | 一种能重复利用的定向气体爆破器及其制造方法 |
| US20190316454A1 (en) * | 2017-05-10 | 2019-10-17 | China University Of Mining And Technology | Stress-transfer method in tunnel with high ground pressure based on fracturing ring |
| CN109339786A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-02-15 | 太原理工大学 | 一种预制裂缝定向水力压裂起裂方法 |
| CN110273684A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-09-24 | 太原理工大学 | 等离子体u式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法 |
| CN113153299A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-07-23 | 四川川煤华荣能源有限责任公司 | 微波定向切顶卸压沿空留巷方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 冯子军等: "煤的热解破裂过程——孔裂隙演化的显微CT细观特征", 《煤炭学报》, pages 103 - 108 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114198100B (zh) | 2023-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA3044307C (en) | Stress-transfer method in tunnel with high ground pressure based on fracturing ring | |
| CN101718191B (zh) | 一种水力割缝定向致裂方法 | |
| CN110793403B (zh) | 一种新型高效二氧化碳相变致裂器 | |
| US5168940A (en) | Profile melting-drill process and device | |
| US20100170675A1 (en) | Downhole cable gripping/shearing device | |
| WO2010102546A1 (zh) | 定向开采石料的方法及其使用的膨胀头元件 | |
| CN105156085A (zh) | 煤矿井下煤层树状钻孔复合压裂均匀增透的方法 | |
| CN110344805B (zh) | 一种井下钻孔定向压裂装置及方法 | |
| BR112015005660B1 (pt) | unidade de expansão para expandir um tubular em um furo de poço, âncora de topo, e, método para expandir um tubular em um furo de poço | |
| CN104763427B (zh) | 一种超临界co2预裂煤矿厚硬难垮顶板的方法 | |
| CN111042792A (zh) | 一种钻孔深部纵向切缝装置及方法 | |
| CN104453710A (zh) | 一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备 | |
| US11946374B2 (en) | Omni-directional horizontally orientaed deflecting tool for coiled tubing | |
| CN110344827B (zh) | 等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法和装置 | |
| CN106285674A (zh) | 冲击性软煤层巷道迎头释放地压能量的方法 | |
| CN114198100A (zh) | 一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备 | |
| CN113153299A (zh) | 微波定向切顶卸压沿空留巷方法 | |
| CN115726781A (zh) | 一种原位钻割裂弱化岩体装备及作业方法 | |
| CN114198102B (zh) | 一种岩石钻孔高温热破裂环向定向预裂设备 | |
| CN214464159U (zh) | 煤矿护壁式钻孔与相变致裂的装置 | |
| CN104712251A (zh) | 扩底钻头及使用该扩底钻头进行混凝土结构后锚固的方法 | |
| CN110939441A (zh) | 一种具有止飞器的二氧化碳相变致裂器 | |
| CN115263305A (zh) | 一种冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法 | |
| CN105464589A (zh) | 用于软煤岩降阻散热仿生钻进方法及钻杆 | |
| CN213063513U (zh) | 一种套管取芯钻进装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |