煤矿采空区顶板致裂放顶设备及方法

技术领域

本发明涉及顶板致裂技术领域，具体是煤矿采空区顶板致裂放顶设备及方法。

背景技术

随着井下采煤工作面的不断推进，采空区遗留顶板长度及悬顶面积越来越大，此时需不断加强煤柱的强度，否则则容易因应力集中进而产生顶板垮落情况，但是其改善效果也并不明显，因此常常会选择主动致裂放顶的方式，其中，通过向煤矿采空区的顶板施加钻孔，并通过钻孔来对顶板进行压裂，从而能够达到主动放顶的目的，但是目前的致裂设备往往需要以较大的增压设备来为压裂液提供压力，进而实现利用压裂液使得顶板产生裂隙，并且，在此情况下，还需配置孔口封堵设备等，较为繁琐且反复利用率低。

因此，有必要提供煤矿采空区顶板致裂放顶设备及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：煤矿采空区顶板致裂放顶设备，包括外管、封堵盘、封堵环以及集中压裂组件，其中，所述外管的顶部采用弯管连接有所述集中压裂组件，所述集中压裂组件能够接收来自于外管中的流体并向钻孔的某一方向进行密封式供给，所述弯管的顶部采用连接杆可相对转动的连接有封堵盘，所述集中压裂组件的下方还设置有可相对转动连接于外管上的封堵环，所述封堵环与封堵盘之间能够构成密封空间，所述封堵环可沿外管的长度方向进行移动。

进一步，作为优选，利用所述外管能够供给第一压裂液从而进行范围性压裂并保压，所述第一压裂液中含有支撑颗粒；

所述外管中还可相对转动的间隙嵌入有内管，利用内管能够注入第二压裂液。

进一步，作为优选，所述第二压裂液中包括融化颗粒，所述融化颗粒能够缓慢融化，并与第一压裂液和/或第二压裂液结合并膨胀。

进一步，作为优选，所述外管上开设有多个呈圆周分布的阀口，所述阀口位于封堵环的上方，所述内管上固定有对应于阀口的封堵块。

进一步，作为优选，所述集中压裂组件包括集中压裂头、孔体以及封堵件，其中，所述集中压裂头为空腔结构，其一端与外管相连通，另一端开设有孔体，所述集中压裂头的四周还固定有用于密封于钻孔内壁的三角状的封堵件。

进一步，作为优选，所述封堵件靠近于钻孔内壁一侧为可膨胀材质，所述封堵件的内部装入有封堵液，所述集中压裂头的两侧密封滑动连接有塞体，所述塞体相互远离的一侧与集中压裂头之间构成调节空间，所述调节空间中充入有封堵液并与相邻的封堵件相连通。

进一步，作为优选，所述封堵环的下方采用连接件连接有动力座，所述动力座的内侧设置有爬行轮，所述爬行轮能够爬行于外管上。

煤矿采空区顶板致裂放顶方法，包括如下步骤：

S1.向钻孔中下入外管至指定位置，内管、封堵盘、封堵环、动力座以及集中压裂组件随之同步下入；

S2.通过动力座上的爬行轮来调节封堵环与封堵盘之间的间距；

S3.利用外管供给第一压裂液进行范围性压裂并保压，且所述第一压裂液中含有支撑颗粒；

S4.利用外管对已压裂部分进行抽吸，将部分第一压裂液抽出；

S5.利用内管注入第二压裂液，第二压裂液中包括融化颗粒，所述融化颗粒能够缓慢融化，并与第一压裂液和/或第二压裂液结合并膨胀。

S3中，当利用集中压裂组件进行方向性压裂时，转动所述内管使得封堵块封堵所述阀口。

S4中，利用外管对已压裂部分进行抽吸时，转动所述内管使得封堵块解除封堵所述阀口。

与现有技术相比，本发明提供了煤矿采空区顶板致裂放顶设备及方法，具备以下有益效果：

本发明实施例中，将封堵盘与外管进行相连，使得当外管进行竖向位置调节时，封堵盘也随之移动调节，另外封堵环可沿外管的长度方向进行移动，从而调节密封空间的大小；进而使得密封空间的大小可调，密封空间的位置可调，并且调节方式简单高效，无需在钻孔孔口处再配置封头结构；

本发明实施例中，第一压裂液中含有的支撑颗粒能够有效的支撑第一压裂液在顶板中所产生的缝隙，保证后续压裂液的顺利输送，之后可利用外管对已压裂部分进行抽吸，将部分第一压裂液抽出，如此，注入第二压裂液时则无需太高的液压要求，并且也能够为第二压裂液的流动让出空间，使得第二压裂液能够顺利进入至缝隙中，进而使得融化颗粒能够顺着缝隙进入至顶板深处，从而与第一压裂液和/或第二压裂液结合并膨胀，利用膨胀作用来提高压裂效果。

附图说明

图1为煤矿采空区顶板致裂放顶设备的结构示意图；

图2为煤矿采空区顶板致裂放顶设备中集中压裂组件的结构示意图；

图3为煤矿采空区顶板致裂放顶设备中外管和内管的结构示意图；

图中：1、外管；2、内管；3、封堵盘；4、连接杆；5、阀口；6、封堵环；7、动力座；8、连接件；9、集中压裂组件；10、爬行轮；11、封堵块；91、集中压裂头；92、孔体；93、封堵件；94、塞体。

具体实施方式

实施例：请参阅图1～3，本发明实施例中，煤矿采空区顶板致裂放顶设备，包括外管1、封堵盘3、封堵环6以及集中压裂组件9，其中，所述外管1的顶部采用弯管连接有所述集中压裂组件9，所述集中压裂组件9能够接收来自于外管1中的流体并向钻孔的某一方向进行密封式供给，如此则能够实现集中式压裂，保证了压裂的效果，以及可以选择性的压裂，使得压裂变得可控；

所述弯管的顶部采用连接杆4可相对转动的连接有封堵盘3，需要特别注意的是，本实施例中，将封堵盘3与外管1进行相连，因此，当外管1进行竖向位置调节时，封堵盘3也随之移动调节，另外，所述集中压裂组件9的下方还设置有可相对转动连接于外管1上的封堵环6，所述封堵环6与封堵盘3之间能够构成密封空间，所述封堵环6可沿外管1的长度方向进行移动，从而调节密封空间的大小；因此，本实施例中，密封空间的大小可调，密封空间的位置可调，并且调节方式简单高效，无需在钻孔孔口处再配置封头结构。

较佳的，封堵盘3和封堵环4的外周侧均间隔开设有容置槽，用于容置密封囊，通过密封囊的膨胀能够提升其密封性。

本实施例中，利用所述外管1能够供给第一压裂液从而进行范围性压裂并保压，所述第一压裂液中含有支撑颗粒；

所述外管1中还可相对转动的间隙嵌入有内管2，利用内管2能够注入第二压裂液。

作为较佳的实施例，所述第二压裂液中包括融化颗粒，所述融化颗粒能够缓慢融化，并与第一压裂液和/或第二压裂液结合并膨胀。

其中，第一压裂液中含有的支撑颗粒能够有效的支撑第一压裂液在顶板中所产生的缝隙，保证后续压裂液的顺利输送；

而第二压裂液主要用于输送融化颗粒，使其能够顺着缝隙进入至顶板深处；

融化颗粒实际包括包裹体和位于包裹体中的结合液，其中，包裹体可缓慢融化于第一压裂液或第二压裂液中，之后结合液则被释放出，从而与第一压裂液和/或第二压裂液结合并膨胀，利用膨胀作用来提高压裂效果；

需要注意的是，在实施时，先利用外管1对已压裂部分进行抽吸，将部分第一压裂液抽出，如此，注入第二压裂液时则无需太高的液压要求，并且也能够为第二压裂液的流动让出空间，使得第二压裂液能够顺利进入至缝隙中，进而使得融化颗粒能够顺着缝隙进入至顶板深处。

本实施例中，所述外管1上开设有多个呈圆周分布的阀口5，所述阀口5位于封堵环6的上方，所述内管2上固定有对应于阀口5的封堵块11。

如此，在实施时，还可实现非集中压裂的方式，具体而言，利用外管1供给第一压裂液时，通过转动所述内管2使得封堵块11解除封堵所述阀口，进而使得压裂液可自阀口处排出；

同理，当利用集中压裂组件9进行方向性压裂时，转动所述内管2使得封堵块11封堵所述阀口；

本实施例中，所述集中压裂组件9包括集中压裂头91、孔体92以及封堵件93，其中，所述集中压裂头91为空腔结构，其一端与外管1相连通，另一端开设有孔体92，所述集中压裂头91的四周还固定有用于密封于钻孔内壁的三角状的封堵件93。

作为较佳的实施例，所述封堵件93靠近于钻孔内壁一侧为可膨胀材质，所述封堵件93的内部装入有封堵液，所述集中压裂头91的两侧密封滑动连接有塞体94，所述塞体94相互远离的一侧与集中压裂头91之间构成调节空间，所述调节空间中充入有封堵液并与相邻的封堵件93相连通。

本实施例中，所述封堵环6的下方采用连接件8连接有动力座7，所述动力座7的内侧设置有爬行轮10，所述爬行轮10能够爬行于外管1上。

煤矿采空区顶板致裂放顶方法，包括如下步骤：

S1.向钻孔中下入外管1至指定位置，内管2、封堵盘4、封堵环6、动力座7以及集中压裂组件9随之同步下入；

S2.通过动力座7上的爬行轮10来调节封堵环6与封堵盘3之间的间距；

S3.利用外管1供给第一压裂液进行范围性压裂并保压，且所述第一压裂液中含有支撑颗粒；

S4.利用外管1对已压裂部分进行抽吸，将部分第一压裂液抽出；

S5.利用内管2注入第二压裂液，第二压裂液中包括融化颗粒，所述融化颗粒能够缓慢融化，并与第一压裂液和/或第二压裂液结合并膨胀。

S3中，当利用集中压裂组件9进行方向性压裂时，转动所述内管2使得封堵块11封堵所述阀口。

S4中，利用外管1对已压裂部分进行抽吸时，转动所述内管2使得封堵块11解除封堵所述阀口。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。