一种基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬岩体的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬顶的装置，包括履带式行走底盘、储水箱、驾驶室、蓄电箱、输水管、水泵、液压系统、转动箱；液压系统可通过旋转锁定装置控制转动箱到指定的角度；转动箱内有输电口、钻机、钻杆、高压水泵、输水管；固定在转动箱外侧的装置箱内装有限流保护电阻、储能电容、接地装置、气体间隙开关、电线收放盘、输水管；装置箱外侧有伸缩管，伸缩管远离装置箱的一端安装有充气式橡胶栓塞，伸缩管内部中空并装有输水管、电极结构；本发明专利技术将钻孔装置与电脉冲致裂装置安装在一台装置上，实现了井下电脉冲致裂岩体“钻孔—割缝—注液—放电”的一体化，使岩体致裂更加高效；电脉冲致裂过程中无火花产生，施工更加安全。工更加安全。工更加安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬岩体的装置


[0001]本专利技术涉及一种基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬岩体的装置，属于岩体致裂领域。

技术介绍

[0002]在煤矿开采过程中，随着工作面的不断向前推进，会发生坚硬岩体出现在工作面前方和采空区遗留顶板长度不断增大的情况，不仅阻碍了工作面的继续推进，而且会受到上覆岩层及远地岩层的冲击矿压，很容易诱发顶板垮冒事故，因此需要对工作面前方坚硬岩体和采空区上覆岩体进行预先致裂，改造岩体结构并弱化岩体强度，形成利于岩体破坏的弱面，诱导岩体在矿山压力作用下及时断裂、破碎，加快工作面的推进及顶板事故的发生。一般地，在井下遇到需要致裂强度较大的岩体时，通常采用高压水力压裂或深孔爆破等方式对岩体进行致裂。
[0003]然而这些传统致裂方式都存在着一定缺陷，例如，高压水力压裂是通过水压使裂纹起裂和扩展，封孔难度大，同时，容易受到岩体原生裂隙的影响，使裂纹的整体扩展方向发生偏转，从而无法达到预定的致裂效果；深孔爆破则需要填充大量的烈性炸药，容易在钻孔内部形成较强的冲击波，对内部岩层造成较大的应力扰动，存在诱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬顶的装置，其特征在于：包括履带式行走底盘，履带式行走底盘上设置有固定平台，所述固定平台上安装有储水箱、驾驶室、蓄电箱、输水管、水泵、液压系统、转动箱；液压系统包括固定在固定平台上的液压泵A、液压泵B、后端固定铰支座、前端固定铰支座；液压系统还包括四根连杆与四根液压缸，两根A组连杆下端与后端固定铰支座用销钉连接，A组连杆顶端通过Y型接头用销钉将其与B组连杆底端和B组液压缸顶端连接；B组液压缸底端与前端固定铰支座用销钉连接，液压泵B通过B组进油管与B组出油管向B组液压缸进行供油与放油，液压泵A以同样的方式向A组液压缸进行供油与放油；A组液压缸两端分别通过固定铰支座与A组连杆中部和B组连杆中部连接；旋转锁定装置外部与B组连杆顶端固定，旋转锁定装置通电后能旋转特定角度后锁定角度不变，转动箱两侧有凸起嵌入旋转锁定装置，液压系统通过旋转锁定装置控制转动箱到指定的角度；转动箱内安装有输电口、钻机、钻杆、高压水泵、输水管；钻杆贯穿转动箱，输电口通过电线与蓄电箱相连，通过电线将电输送给钻机与装置箱；钻杆顶部安装有高压水钻割一体钻头，底部连接有输水管，钻杆中间为空心结构，输水管与钻杆底部连接；高压水泵通过输水管与储水箱连接，从储水箱抽水，再通过输水管输送至钻杆，再由钻杆的中空区将水输送至高压水钻割一体钻头和出水口处；装置箱固定在转动箱外侧，装置箱内安装有限流保护电阻、储能电容、接地装置、气体间隙开关、电线收放盘、输水管；装置箱外侧固定有伸缩管，伸缩管为电驱动，能自由调节长度；伸缩管远离装置箱的一端安装有充气式橡胶栓塞，伸缩管内部中空并安装有输水管、电极结构；电极结构包括高压电极、固定螺母、聚丙烯绝缘套环、固定圆环、橡胶垫圈、电极外壳、电极外壳空孔、接地电极；其中，高压电极穿过聚丙烯绝缘套环的内置空腔，用固定螺母通过高压电极螺纹将其与聚丙烯绝缘套环固定住；然后将聚丙烯绝缘套环置于电极外壳的内置空腔里；用固定圆环将聚丙烯绝缘套环和电极外壳固定；接地电极通过电极外壳的接地端，再使用固定螺母通过接地电极螺纹将其固定；通过对储能电容存储能量，当充电完成后，触发开关的瞬间，高压脉冲经传电线加载到负载电极上，在高压电极尖端与接地电极尖端之间将能量释放出来，完成电脉冲放电。2.根据权利要求1所述的基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬顶的装置，其特征在于：伸缩管的最大伸长长度为10m；在伸缩管伸长和收缩过程中，通过电线收放盘来收放电线，来确保电极正常放电，同时，装置箱中预留了一定长度的输水管。3.根据权利要求1所述的基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬顶的装置，其特征在于：驾驶室内置有充放电控制箱，充电电压为5kV~10kV。4.根据权利要求1所述的基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬顶的装置，其特征在于：储能电容由多组电容并联而成，通过调整联接方式调整储能电容的电容大小，电容的调节范围为20μF~60μF；根据公式：
计算出电脉冲在冲击一次时所释放能量的范围为250kJ~3000kJ，式中：E为储存在电容器内的初始能量，E
w
为冲击波能量，C储能电容的电容量，U为充电电压，为初始能量转换为冲击波能量的效率，的取值范围为10%—30%。5.根据权利要求1所述的基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬顶的装置，其特征在于：所述的电极结构包括高压电极、接地电极、聚丙烯绝缘套环、橡胶垫圈、电极外壳、固定螺母和固定圆环；高压电极上端设有螺纹，高压电极中部通过固定螺母与聚丙烯绝缘套环连接固定，高压电极位于聚丙烯绝缘套环内部，聚丙烯绝缘套环固定在电极外壳上部，聚丙烯绝缘套环和电极外壳通过固定圆环紧固连接；聚丙烯绝缘套环与电极外壳接触处套有一橡胶垫圈；增加二者接触的紧密性；接地电极通过螺纹固定在电极外壳下端；接地电极通过电极外壳底部的螺纹拧入，再使用螺母将其固定；高压电极、接地电极在电极外壳空孔内相对装置，通过旋转接地电极下端螺纹，使接地电极与高压电极之间的距离可调，两电极距离设置为1mm
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭军，米鑫程，冯国瑞，李健，刘晋琦，白锦文，郭坦，文晓泽，朱林俊，郭星辰，于露杨，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：