[发明专利]煤矿井下液压定向切顶设备及其施工方法

说明书

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。

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；