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专利号: 2020108650107
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种临空巷道回采工作面坚硬顶板地面脉冲切顶方法,包括钻孔触探仪和电脉冲装置(4),所述钻孔触探仪包括输送杆(8)、升降器(7)、探头(9)、探针(10)、手压泵(6)和数据采集仪(12),所述输送杆(8)为伸缩式杆件,输送杆(8)的下端与升降器(7)连接,其外径小于待探测的钻孔(23)的内径;所述升降器(7)固定安装在沿空巷道(5)内,升降器(7)为可升降式结构,且俯仰角度可调节,从而不仅可以调整输送杆(8)进入钻孔(23)的深度,也可以调节输送杆(8)的角度以适应不同角度的钻孔(23);所述探头(9)安装在输送杆(8)的上端,其顶端周身均匀的设置有四个径向安装孔(24),其内部还设置有连通到四个径向安装孔(24)的油道(27),油道(27)的进油口(28)设置在探头(9)的表面;探针(10)的数量四个,四个探针(10)分别安装在四个径向安装孔(24)中,且两两成对的分布在x轴和y轴方向上;探针(10)的里端外侧安装有活塞环(25),并通过活塞环(25)与径向安装孔(24)滑动密封配合,探针(10)的长度小于径向安装孔(24)的深度,且其里端还通过拉簧(26)与径向安装孔(24)的孔底连接;探针(10)顶端的外部设置在压力传感器;在探头(9)上设置有检测探针(10)伸出长度的位移传感器;所述手压泵(6)设置在沿空巷道(5)内,且通过油路(13)与探头(9)上的进油口(28)连接;所述数据采集仪(12)通过电缆(11)与位移传感器和压力传感器连接;

所述电脉冲装置(4)包括推杆(18)、操作台(16)、冲击波产生器(17)、封孔器(19)和控制器(14),所述推杆(18)为柔性可折弯杆件,其一端与操作台(16)连接;所述操作台(16)设置在地面上,操作台(16)用于控制推杆(18)收缩长度的调节;所述冲击波产生器(17)的尺寸小于待作业的L形钻孔(2)的内径,其安装在推杆(18)的另一端,其外部相对的两侧固定嵌设有呈V字形的聚能罩(15),聚能罩(15)的里端与冲击波产生器(17)的出口相连通;所述封孔器(19)为筒式结构,其套设在推杆(18)的外部,并与L形钻孔(2)的孔口相配合,用于建立推杆(18)与L形钻孔(2)的孔口之间的密封连接;封孔器(19)上设置有连通到其内腔中的注水口(20);控制器(14)与操作台(16)和冲击波产生器(17)连接;

其特征在于,还包括如下步骤:

S1:在巷道(5)的顶部开设一个竖向延伸的钻孔(23),钻孔(23)的孔底延伸到坚硬岩层(3)中;

S2:利用钻孔触探仪对钻孔(23)进行探测;通过调节升降器(7)将输送杆(8)放进钻孔(23)的内部,并将探头(9)输送到钻孔(23)内的待测位置;启动手压泵(6)工作通过油路(13)和油道(27)向径向安装孔(24)中供油,油液同时推动四个活塞环(25)向外侧移动,进而推动x轴方向上的两个探针(10)分别沿x轴正、负两个方向同时伸出,推动y轴方向上的两个探针(10)分别沿y轴正、负两个方向同时伸出;探针(10)缓慢伸出后,其端部逐渐与坚硬岩层(3)接触并压紧,直至深入到坚硬岩层(3)中;数据采集仪(12)利用压力传感器和位移传感器进行信号的实时采集,并根据采集的信号分析钻孔(23)内压力和位移的信息数据,同时对信息数据进行记录和存储;断开手压泵(6)和油路(13)之间的连接,在拉簧(26)的作用下,探针(10)回缩到探头(9)内部,再通过调节升降器(7)带动输送杆(8)回缩,使探头(9)回缩至下一探测深度;依次获得不同深度的坚硬岩层(3)受压情况和位移信息数据,直至完成整个钻孔(23)的探测过程;

S3:数据采集仪(12)根据获得的钻孔(23)内压力和位移的信息数据,分析出坚硬岩层(3)的压力情况,并通过与其连接的显示装置进行压力情况的显示;结合压力情况判断出坚硬岩层(3)对巷道(5)围岩的压力;

S4:在回采工作面两侧的煤柱(22)正上方均开设L形钻孔(2),开设L形钻孔(2)时先开设其竖直段,再开设其水平段,L形钻孔(2)的竖直段从地面向下延伸至煤柱(22)正上方坚硬岩层(3)的1/2位置处,L形钻孔(2)的水平段沿着工作面推进方向一直延伸至需切顶的坚硬岩层(3)边界,在开设L形钻孔(2)的竖直段过程中通过操作台(16)控制推杆(18)远离操作台(16)的一端进入到L形钻孔(2)的竖直段的底部,在开设L形钻孔(2)的水平段过程中利用辅助杆件将推杆(18)远离操作台(16)的一端带入L形钻孔(2)的水平段的底部;

S5:利用封孔器(19)封住L形钻孔(2)的孔口,以封住作业段,并通过连接在注水口(20)上的水路进行注水作业;L形钻孔(2)中注满水后,接通电源,冲击波通过冲击波产生器(17)进行能量的释放,通过冲击波产生器(17)上部安装的聚能罩(15)将能量聚集瞬时释放,聚能罩(15)进口尺寸小,出口尺寸大,且由进口向出口的尺寸逐渐向外部张开,能确保冲击波能量可靠稳定的作用于坚硬岩层(3);冲击波沿着聚能罩(15)方向定向致裂坚硬岩层(3),冲击波能量释放的瞬间对坚硬岩层(3)产生撕裂作用,扩散的冲击波结合L形钻孔(2)中的水形成电液效应,对坚硬岩层(3)进行压缩式破坏,在冲击波重复作业过程中,坚硬岩层(3)会产生裂隙,通过注水口(20)持续低压注水,并保持恒定的水压,水沿着冲击波产生的裂隙进入到坚硬岩层(3)深部,利用水将冲击波进一步耦合到坚硬岩层(3)中,水既能充当冲击波的传播介质,又能起到保护冲击波产生器(17)的作用,重复进行多次冲击作业直至坚硬岩层(3)裂隙扩展到坚硬岩层(3)的上下边界,即完成该作业点的作业,接着通过操作台(16)收缩推杆(18)带动冲击波产生器(17)退至水平段中下一作业点的位置,重复上一个作业点的作业方式,直至整个水平段上的作业点全部完成致裂作业;控制器(14)通过冲击波产生器(17)能获得冲击波的实时延伸距离,进而获得致裂面(1)的形状并在显示器上进行显示;

S6:通过控制器(14)上连接的显示器观察冲击波致裂范围,并观察在下一邻近作业点作业过程中水压的变化情况,结合水压的变化情况判断下一邻近作业点的致裂裂隙是否与上一个作业点的致裂范围贯通,在两个相邻作业点的致裂面(1)相通时,即完成该作业点的致裂作业,并继续进行下一作业点的致裂作业,直至整个工作面推进方向上坚硬岩层(3)两侧同时致裂切断,形成位于回采工作面两侧的两个致裂面(1),随着工作面的推进,坚硬岩层(3)随着垮落步距及时垮落至采空区(21),完成了坚硬岩层(3)顶板切顶工作。

2.根据权利要求1所述的一种临空巷道回采工作面坚硬顶板地面脉冲切顶方法,其特征在于,所述L形钻孔(2)的孔径大于冲击波产生器(17)的外径,L形钻孔(2)孔径为75mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种临空巷道回采工作面坚硬顶板地面脉冲切顶方法,其特征在于,所述探头(9)直径54mm,探针(10)直径5mm。