[发明专利]基于水力切割技术的煤层顶板定向致裂方法

权利要求书

1.基于水力切割技术的煤层顶板定向致裂方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）在巷道或采场空间向顶板施工钻孔；钻孔的长度、数量、间距和角度参数根据具体工程需求进行设计；

（2）在钻孔下方的底板上布置水砂流发生装置、推杆装置和射流水回收装置，推杆装置上夹持有空心钻杆，空心钻杆的上端设有定向切缝喷头，推杆装置的空心钻杆下端通过高压软管与水砂流发生装置连接，射流水回收装置设置在钻孔的孔口处，射流水回收装置通过回流管与水砂流发生装置连接；

（3）启动推杆装置，推杆装置将推杆沿钻孔的长度方向移动，同时启动水砂流发生装置，高压水通过高压软管、空心钻杆后由定向切缝喷头向钻孔的孔壁喷出，定向切缝喷头喷出的高压射流水对钻孔的孔壁进行直线水切割，形成孔内切缝；

（4）第一根空心钻杆被推到推杆装置的最上部时，暂停推杆装置和水砂流发生装置，将高压软管与该根空心钻杆下端分离，在该根空心钻杆的下端接上第二根空心钻杆，再将高压软管连接到第二根空心钻杆的下端，然后再次启动推杆装置和水砂流发生装置，空心钻杆和定向切缝喷头沿钻孔长度方向向上继续移动，同时定向切缝喷头喷出的高压射流水对钻孔的孔壁进行直线水切割；

（5）重复循环步骤（4）的操作，直到定向切缝喷头向上移动到钻孔的最顶部后停止；

（6）切割完成后，将空心钻杆逐根退出钻孔，然后将钻孔的孔口密封，最后向钻孔内灌注静态膨胀剂，静态膨胀剂的膨胀能力使孔内切缝继续向外扩展，从而使裂隙深度继续增加；

射流水回收装置包括回收漏斗，回收漏斗将钻孔的孔口罩住并通过挂钩挂接到支护顶板的金属网上，回收漏斗的最低端通过管接头与回流管的进口连接，回收漏斗上开设有用于穿过空心钻杆的豁口；豁口整体呈矩形结构，回收漏斗在豁口的左右两侧分别设有一条导向条板，两条导向条板的相对侧面之间均设有一条导槽，两条导槽平行且相对设置，两条导槽内插设有一块将豁口上半部封堵的挡板，挡板的下端和豁口的下端相对且均为半圆形结构，挡板上表面与豁口两侧的回收漏斗的内壁平滑过渡。

2.根据权利要求1所述的基于水力切割技术的煤层顶板定向致裂方法，其特征在于：水砂流发生装置包括高速水砂混合桶和高压泵，高压泵的进水口通过低压管路与高速水砂混合桶连接，高压泵的出水口与高压软管的进水口连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于水力切割技术的煤层顶板定向致裂方法，其特征在于：推杆装置包括斜撑伸缩杆、下支板、上支板、矩形框架、导杆、气缸、上气动夹具和下气动夹具，矩形框架的长度方向沿竖向设置，上支板和下支板分别固定设置矩形框架的顶部和底部，导杆设有两根，气缸和两根导杆均平行于矩形框架的长度方向，气缸设置在矩形框架内部，上气动夹具固定设置在上支板下表面并位于矩形框架上端部前侧，两根导杆上端与上支板下表面固定连接，两根导杆下端与下支板上表面固定连接，两根导杆分别位于矩形框架左右两侧，下气动夹具位于矩形框架前侧且滑动连接在两根导杆上，气缸的活塞杆通过连接件与下气动夹具后侧连接，上气动夹具和下气动夹具上下对应设置，上支板上表面设有位于上气动夹具的夹持部正上方的导套，导套上下通透，下气动夹具夹持住空心钻杆下端部，空心钻杆上部穿过导套；斜撑伸缩杆设有三根，三根斜撑伸缩杆沿上支板的外圆均匀间隔布置，三根斜撑伸缩杆的上端均铰接在上支板的外圆上，斜撑伸缩杆下端支撑在底板上，通过调节斜撑伸缩杆的长度来调整空心钻杆与钻孔的中心线重合。

4.根据权利要求3所述的基于水力切割技术的煤层顶板定向致裂方法，其特征在于：步骤（4）中空心钻杆向上移动是通过气缸的活塞杆驱动下气动夹具沿两根导杆向上移动，被下气动夹具夹持住的空心钻杆也沿导套向上移动；当气缸的活塞杆向上移动到极限时，气缸停止，启动上气动夹具将该根空心钻杆夹持住，然后下气动夹具松开，气缸驱动下气动夹具沿导杆向下移动，与此同时，操作者将下一根空心钻杆的上端与被上气动夹具夹持住的空心钻杆下端同轴向连接，气缸的活塞杆向下移动到极限位置时停止，启动下气动夹具将接上去的空心钻杆的下端部夹持住，接着上气动夹具松开，启动气缸，气缸的活塞杆驱动下气动夹具沿两根导杆向上移动；按照这种操作方式进行循环操作，使定向切缝喷头在钻孔内持续向上移动，对孔壁进行直线水切割形成孔内切缝。