[发明专利]一种井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置及方法

权利要求书

1.一种井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置，其特征在于：包括在煤层（4）中施工的电脉冲钻孔（1），电脉冲钻孔（1）内设置钻杆（8），钻杆（8）前端安装有电脉冲装置（5），所述电脉冲装置（5）通过绝缘电缆与电容（12）连接，钻杆（8）中部设置封孔器（9），所述封孔器（9）上穿有注浆管（17），注浆管（17）一端伸入电脉冲钻孔（1）底部，注浆管（17）另一端与通过注浆泵（18）与吸料管（19）连接，吸料管（19）与导电离子溶液桶（20）或浆液搅拌桶（21）连接。

2.根据权利要求1所述的井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置，其特征在于：所述电脉冲钻孔（1）穿过陷落柱区域0.5-1.0m。

3.根据权利要求1所述的井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置，其特征在于：所述煤层（4）中还施工有第一定向钻孔（2）和第二定向钻孔（3），第一定向钻孔（2）和第二定向钻孔（3）平行于电脉冲钻孔（1），平行间距为5-10m，电脉冲钻孔（1）、第一定向钻孔（2）和第二定向钻孔（3）形成三角形的布孔方式。

4.根据权利要求1所述的井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置，其特征在于：所述绝缘电缆在电脉冲钻孔（1）的部分外侧套有绝缘电缆护管（10）。

5.根据权利要求1所述的井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置，其特征在于：所述注浆管（17）上设置有液体压力传感器（15）和阀门（16）。

6.根据权利要求1所述的井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置，其特征在于：所述绝缘电缆上设置有电容放电开关（11）。

7.一种如权利要求1所述的井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，

S100：在煤层（4）中施工电脉冲钻孔（1）、第一定向钻孔（2）和第二定向钻孔（3），其中电脉冲钻孔（1）穿过陷落柱区域；

S200：将电脉冲装置（5）与封孔器（9）通过钻杆（8）连接，将电脉冲装置（5）送至到电脉冲钻孔（1）内的陷落柱区域，再将注浆管（17）穿过封孔器（9）伸入电脉冲钻孔（1）底部，使用封孔器（9）对电脉冲钻孔（1）进行封堵密封；

S300：完成电脉冲钻孔（1）封堵后，将吸料管（19）放入导电离子溶液桶（20）中，启动注浆泵（18），开启注浆泵（18）与注浆管（17）之间连接的阀门（16），将导电离子溶液注入电脉冲放电装置（5）周围的陷落柱裂隙中；

S400：闭合电容充电开关（13），对电容器（12）进行充电，待充电结束后，断开电容器（13）的充电开关，停止充电，闭合电容放电开关（11），通过电脉冲放电装置（5）中的电容放电正极（7）和电容放电负极（6）进行电脉冲击穿，电脉冲释放的能量会在导电离子溶液中产生冲击波，作用于陷落柱区域中，致使产生新的裂隙以及延伸裂隙；

S500：重复进行上述S300-S400的操作，进行多次电脉冲对陷落柱区域冲击致裂，致使产生丰富的裂隙，待第一定向钻孔（2）和第二定向钻孔（3）中出现导电离子溶液，停止电脉冲对陷落柱区域冲击致裂；

S600：完成电脉冲对陷落柱区域冲击致裂后，将吸料管（19）放入提前配置好的浆液搅拌桶（21）中，启动注浆泵（18），开启注浆泵（18）与注浆管（17）之间连接的阀门（16）；将浆液经过注浆管（17）注入陷落柱裂隙中，然后退出电脉冲装置（5）、封孔器（9）、注浆管（17），完成注浆。

8.根据权利要求7所述的井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置的使用方法，其特征在于：所述步骤S300中，导电离子溶液注入电脉冲放电装置（5）周围的陷落柱裂隙后，观察液体压力传感器（15）的变化，调节注浆泵（18）压力，使裂隙中导电离子溶液保持5-10MPa的压力。

9.根据权利要求7所述的井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置的使用方法，其特征在于：所述步骤S400中，电脉冲放电装置（5）高压脉冲发生频率为10-60Hz，电压范围为30-400kV。

10.根据权利要求7所述的井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置的使用方法，其特征在于：所述步骤S600中，将浆液注入陷落柱裂隙后，观察第一定向钻孔（2）和第二定向钻孔（3）出现浆液后便停止注浆，随后进行保压10-20min。