一种顶板钻孔内多定向槽切割装置的制作方法
1.本技术属于定向水力致裂装置技术领域，具体而言涉及一种顶板钻孔内多定向槽切割装置。
背景技术：
2.对于具有冲击地压危险的区域，坚硬厚层顶板形成的采空区大面积悬顶是工作面煤体形成高应力集中的主要因素，坚硬厚层难冒顶板是导致冲击地压发生的主要因素之一，受应力集中影响，易发生冲击地压灾害，破坏巷道、损坏设备、严重时将造成人员伤亡等，给矿井安全生产带来隐患。定向水力致裂技术在处理采煤工作面坚硬厚层难以冒落顶板中被广泛应用，定向槽切割装置是该技术的核心部件，定向槽的形状与切割质量决定了定向水力致裂能否成功。
3.然而，现有定向槽切割装置一次只能切割一组定向槽，施工效率低，而且如果定向槽质量不合格，则会直接影响后续定向水力致裂的效果，设置导致无法成功压裂。
技术实现要素：
4.鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种顶板钻孔内多定向槽切割装置，用以解决现有技术中的上述问题。
5.本实用新型的目的是这样实现的：
6.一种顶板钻孔内多定向槽切割装置，包括：
7.导向装置，所述导向装置具有腔室，所述导向装置上设有与所述腔室连通的第一轴向孔和第二轴向孔，所述第一轴向孔和第二轴向孔均成对相对设置；
8.机身，所述机身活动设于所述导向装置的腔室内，且能够在所述腔室内沿所述导向装置的轴向做往复直线移动；
9.多个切割组件，多个所述切割组件沿所述机身的轴向上分散布置；所述切割组件具有两个刀片，两个所述刀片通过一刀轴呈剪切状态转动设于所述机身上，同一所述切割组件的两个所述刀片能够从一对所述第一轴向孔伸出和缩回所述腔室，所述刀轴的两端卡设于一对所述第二轴向孔内且能够在所述第二轴向孔内沿所述导向装置的轴向移动。
10.进一步地，所述切割组件的数量为3个，且相邻两个所述切割组件之间的距离相等。
11.进一步地，顶板钻孔内多定向槽切割装置还包括复位机构，所述复位机构设于所述导向装置和机身之间，被配置为使机身在所述导向装置内移动后复位。
12.进一步地，所述机身上设有径向布置的通孔，所述通孔供所述刀轴穿过；所述机身上还设有轴向布置的活动空间，所述通孔穿过所述活动空间，且所述刀片能够在所述活动空间的范围内转动。
13.进一步地，所述导向装置的腔室内设有引导机构，以在机身向所述腔室内部移动时，引导所述刀片从所述第一轴向孔伸出。
14.进一步地，所述导向装置的腔室内还设有中心限位机构，所述中心限位机构用于使所述机身与所述导向装置的腔室同轴设置。
15.进一步地，所述机身的第一端位于所述导向装置内，所述机身的第二端位于所述导向装置外，所述机身的第二端设有连接段，所述连接段可拆的与钻杆连接。
16.进一步地，所述复位机构包括弹簧，所述弹簧套设在位于所述导向装置外的所述机身上，并且所述弹簧的第一端与所述导向装置固定连接，所述弹簧的第二端与所述机身固定连接。
17.进一步地，所述机身上设有抵接部，所述抵接部凸出于所述机身的外周，所述弹簧的第二端与所述抵接部抵接。
18.进一步地，所述导向装置伸入钻孔的一端设置定向锥，所述定向锥为圆锥结构。
19.与现有技术相比，本实用新型提供的顶板钻孔内多定向槽切割装置，通过设置多组切割组件，可以同时切割多组定向槽，大幅度节省了施工时间。本实用新型的结构简单，成本低，预裂缝效果好，尤其适用于具有冲击地压危险的厚层坚硬顶板割缝压裂与冲击地压防治，具有广泛的应用前景。
附图说明
20.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型的顶板钻孔内多定向槽切割装置的第一状态下的结构示意图；
22.图2为本实用新型的顶板钻孔内多定向槽切割装置的第二状态下的结构示意图；
23.图3为本实用新型的顶板钻孔内多定向槽切割装置的导向装置的内部结构示意图；
24.图4为本实用新型的顶板钻孔内多定向槽切割装置的导向装置的局部结构示意图；
25.图5为本实用新型的顶板钻孔内多定向槽切割装置的机身的结构示意图；
26.图6为本实用新型的顶板钻孔内多定向槽切割装置的切割组件的结构示意图。
27.附图标记：
28.1-导向装置；11-第一轴向孔；12-第二轴向孔；13-引导机构；14-中心限位机构；
29.2-机身；21-通孔；22-活动空间；23-连接段；24-抵接部
30.3-切割组件；31-刀片；32-刀轴；
31.4-复位机构；
32.5-定向锥。
具体实施方式
33.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.为便于对本技术实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本技术实施例的限定。
35.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
37.实施例1
38.本实用新型的一个具体实施例，如图1至图6所示，公开了一种顶板钻孔内多定向槽切割装置，包括：
39.导向装置1，所述导向装置1具有腔室，所述导向装置1上设有与所述腔室连通的第一轴向孔11和第二轴向孔12，所述第一轴向孔11和第二轴向孔12均成对相对设置；
40.机身2，所述机身2活动设于所述导向装置1的腔室内，且能够在所述腔室内沿所述导向装置1的轴向做往复直线移动；
41.多个切割组件3，多个所述切割组件3沿所述机身2的轴向上分散布置；所述切割组件3具有两个刀片31，两个所述刀片31通过一刀轴32呈剪切状态转动设于所述机身2上，同一所述切割组件3的两个所述刀片31能够从一对所述第一轴向孔11伸出和缩回所述腔室，所述刀轴32的两端卡设于一对所述第二轴向孔12内且能够在所述第二轴向孔12内沿所述导向装置1的轴向移动。机身2在所述导向装置1的腔室内移动的距离等于第二轴向孔12的纵向长度。
42.其中，所述切割组件3具有第一状态和第二状态，第一状态为刀片31伸出所述腔室的状态，如图1所述，此状态下，刀片31由第一轴向孔11伸出腔室，直接抵靠在待切割的钻孔孔壁上；第二状态为刀片31位于所述腔室内的状态，如图2所示，可以是切割前伸入钻孔内时或者完成切割后要取出切割装置时的状态。
43.本实施例中，所述机身2的第一端以及机身2的大部分位于所述导向装置1内，所述机身2的第二端位于所述导向装置1的外部，所述机身2的第二端设有连接段23，所述连接段23可拆的与钻杆连接。实施时，利用钻机的钻杆驱动机身2移动以及驱动第一状态下切割装置旋转。
44.在其中一种可选实施方式中，连接段23上设有外螺纹，与钻杆螺纹连接。
45.本实施例中，切割组件3的数量为多个，示例性的，所述切割组件3的数量为3个，且相邻两个所述切割组件3之间的距离相等。
46.在其中一种可选实施方式中，每组切割组件3的刀片31长度相同，所有切割组件3的刀片31长度的可以相同，也可以不完全相同。优选的，沿着机身2的第一端至第二端方向上，每组切割组件3的刀片31长度依次变短，使得钻孔内的多个定向槽的槽深不同，具体钻孔深部的定向槽的槽深更深，靠近钻孔孔口的定向槽的槽深更浅，使得后续水力致裂时，靠近钻孔孔底的致裂裂隙长度大于靠近孔口的致裂裂隙长度，从而可实现坚硬顶板的不同深
度层位的定向分层或切割，靠近有效降低冲击矿压危险。
47.本实施例中，导向装置1为空心管状结构，机身2为圆杆结构。如图5所示，所述机身2上设有径向布置的通孔21，通孔21的中心线与机身2的轴线垂直，所述通孔21供所述刀轴32穿过；所述机身2上还设有轴向布置的活动空间22，所述通孔21穿过所述活动空间22，且所述刀片31能够在所述活动空间22的范围内转动。活动空间22为径向贯穿机身2的通孔，刀片31的转动连接端安装于活动空间22内。当刀片31缩回至导向装置1的腔室内时，刀片31与导向装置1的腔室内壁始终接触，当机身2在导向装置1内相对于导向装置1向钻孔孔底方向移动时，刀片31沿导向装置1的腔室内壁滑动，当刀片31滑动至第一轴向孔11时，在引导机构13的引导下由第一轴向孔11伸出至腔室外，直至达到第一状态。
48.为了使刀片31顺利伸出腔室，所述导向装置1的腔室内设有引导机构13，以在机身2向所述腔室内部移动时，引导所述刀片31从所述第一轴向孔11伸出。也就是说，当机身2由第二状态向第一状态转变过程中，刀片31沿导向装置1的腔室内壁向第一轴向孔11方向滑动，当刀片31滑动至第一轴向孔11时，在引导机构13的引导下由第一轴向孔11伸出至腔室外，直至达到第一状态。
49.在其中一种可选实施方式中，所述导向装置1的腔室内还设有中心限位机构14，所述中心限位机构14用于使所述机身2与所述导向装置1的腔室同轴设置。通过设置中心限位机构14使得机身2能在导向装置1的腔室内同轴移动，防止因不同轴而影响机身2的顺利移动，确保切割装置的工作稳定性。
50.本实施例中，顶板钻孔内多定向槽切割装置还包括复位机构4，所述复位机构4设于所述导向装置1和机身2之间，被配置为使机身2在所述导向装置1内移动后复位，通过设置复位机构4使切割组件由第一状态恢复至第二状态。
51.在其中一种可选实施方式中，所述复位机构4包括弹簧，所述弹簧套设在位于所述导向装置1外的所述机身2上，并且所述弹簧的第一端与所述导向装置1固定连接，所述弹簧的第二端与所述机身2固定连接，弹簧能够使处于极限伸开位置的导向装置1和机身2之间保持连接。所述机身2上设有抵接部24，所述抵接部24凸出于所述机身2的外周，所述弹簧的第二端与所述抵接部24抵接。机身2在钻机钻杆的驱动下在所述导向装置1内向钻孔孔底方向移动时，弹簧在抵接部24的阻挡作用下会压缩，储存弹性势能，当刀片31伸出腔室至第一状态后，刀片展开，在此状态下进行定向槽的切割；完成切割后，钻机钻杆远离钻孔孔底方向移动，由于第一状态下弹簧储存有弹性势能，失去钻机钻杆的驱动力后，机身2会在弹簧弹力作用下反向移动，带动刀片31缩回至导向装置1的腔室内，复位至第二状态。
52.本实施例中，顶板钻孔内多定向槽切割装置在钻孔内进行定向槽切割时，钻机通过钻杆驱动机身2转动，钻机产生的转矩使整个切割装置一起旋转，伸出腔室的刀片31在旋转过程中对钻孔的孔壁进行切割，在钻孔的孔壁上形成环形切槽。由于施工过程中，切割装置在钻孔内旋转，因此，为了提高切割装置在钻孔内的转动灵活性，所述导向装置1伸入钻孔的一端设置定向锥5，所述定向锥5为圆锥结构，圆锥结构的尖刺端能够抵在甚至插入钻孔的孔底岩壁中，起到转动的作用。
53.使用时，多定向槽切割装置与标准矿用钻机配合使用，将机身2的连接段23与钻杆连接，此时切割装置的刀片31收缩在导向装置1的腔室内，即刀片组件为第二状态；启动钻机，由钻机产生的推力通过钻杆传递给槽切割装置的机身，驱动槽切割装置整体向钻孔的
孔底方向移动，当槽切割装置置入钻孔后且导向装置1前端的定向锥5抵靠在钻孔的孔底时，作用于导向装置1前端的轴向压力与转矩使机身2在导向装置1的腔室内向里端移动，此过程中，刀片31沿导向装置1的腔室内壁向里滑动，当刀片31滑动至第一轴向孔11时，在引导机构13的引导下由第一轴向孔11伸出至导向装置1的腔室外，刀片逐渐展开至第一状态，刀片切入钻孔的岩石孔壁中；钻机继续工作，钻机产生的转矩使整个多定向槽切割装置连同刀片一起旋转，并沿机身轴向向前移动一定的距离，该距离决定了定向槽的宽度，当机身的轴向运动停止后，应保持其继续旋转大约一分钟，以使岩屑能够从已产生的预裂缝中完全排出来；钻进终止后，逐渐降低轴向压力，在弹簧的作用下使机身2在所述导向装置1的腔室内向后移动，同时刀片31从所述第一轴向孔11收缩到导向装置1的腔室内部，刀片组件恢复到初始的第二状态，这样切割装置就可以轻松地从钻孔中取出。钻孔内形成的定向槽，其横断面的形状与楔子类似，当压入高压液体后，就会在楔尖端形成拉应力集中，楔角越小，末端越尖锐，应力集中越高。拉应力使岩石材料破裂，并使预裂缝产生扩展，易于高压液体压裂坚硬顶板，达到防治冲击地压的目的。
54.与现有技术相比，本实施例提供的顶板钻孔内多定向槽切割装置至少可实现以下有益效果之一：
55.1、通过设置多组切割组件，实现了坚硬顶板内多组定向槽的同时切割，从而大幅度提高定向槽成槽质量，提高压裂效果而且多组定向槽能够提高压裂效果。
56.2、结构简单，可重复利用，比传统切割装置采用单刀片的切割方式，磨损少，操作工艺简单占用人员设备少，劳动效率高。
57.以上所述的具体实施方式，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术的具体实施方式而已，并不用于限定本技术的保护范围，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
技术特征：
1.一种顶板钻孔内多定向槽切割装置，其特征在于，包括：导向装置，所述导向装置具有腔室，所述导向装置上设有与所述腔室连通的第一轴向孔和第二轴向孔，所述第一轴向孔和第二轴向孔均成对相对设置；机身，所述机身活动设于所述导向装置的腔室内，且能够在所述腔室内沿所述导向装置的轴向做往复直线移动；多个切割组件，多个所述切割组件沿所述机身的轴向上分散布置；所述切割组件具有两个刀片，两个所述刀片通过一刀轴呈剪切状态转动设于所述机身上，同一所述切割组件的两个所述刀片能够从一对所述第一轴向孔伸出和缩回所述腔室，所述刀轴的两端卡设于一对所述第二轴向孔内且能够在所述第二轴向孔内沿所述导向装置的轴向移动。2.根据权利要求1所述的顶板钻孔内多定向槽切割装置，其特征在于，所述切割组件的数量为3个，且相邻两个所述切割组件之间的距离相等。3.根据权利要求1所述的顶板钻孔内多定向槽切割装置，其特征在于，还包括复位机构，所述复位机构设于所述导向装置和机身之间，被配置为使机身在所述导向装置内移动后复位。4.根据权利要求1所述的顶板钻孔内多定向槽切割装置，其特征在于，所述机身上设有径向布置的通孔，所述通孔供所述刀轴穿过；所述机身上还设有轴向布置的活动空间，所述通孔穿过所述活动空间，且所述刀片能够在所述活动空间的范围内转动。5.根据权利要求1所述的顶板钻孔内多定向槽切割装置，其特征在于，所述导向装置的腔室内设有引导机构，以在机身向所述腔室内部移动时，引导所述刀片从所述第一轴向孔伸出。6.根据权利要求1所述的顶板钻孔内多定向槽切割装置，其特征在于，所述导向装置的腔室内还设有中心限位机构，所述中心限位机构用于使所述机身与所述导向装置的腔室同轴设置。7.根据权利要求1所述的顶板钻孔内多定向槽切割装置，其特征在于，所述机身的第一端位于所述导向装置内，所述机身的第二端位于所述导向装置外，所述机身的第二端设有连接段，所述连接段可拆的与钻杆连接。8.根据权利要求3所述的顶板钻孔内多定向槽切割装置，其特征在于，所述复位机构包括弹簧，所述弹簧套设在位于所述导向装置外的所述机身上，并且所述弹簧的第一端与所述导向装置固定连接，所述弹簧的第二端与所述机身固定连接。9.根据权利要求8所述的顶板钻孔内多定向槽切割装置，其特征在于，所述机身上设有抵接部，所述抵接部凸出于所述机身的外周，所述弹簧的第二端与所述抵接部抵接。10.根据权利要求1至9任一项所述的顶板钻孔内多定向槽切割装置，其特征在于，所述导向装置伸入钻孔的一端设置定向锥，所述定向锥为圆锥结构。
技术总结
本申请涉及一种顶板钻孔内多定向槽切割装置，包括导向装置、机身和切割组件；导向装置具有腔室，导向装置上设有与腔室连通的第一轴向孔和第二轴向孔，第一轴向孔和第二轴向孔均成对相对设置；机身活动设于导向装置的腔室内，且能够在腔室内沿导向装置的轴向做往复直线移动；多个切割组件沿机身的轴向上分散布置；切割组件具有两个刀片，两个刀片通过一刀轴呈剪切状态转动设于机身上，同一切割组件的两个刀片能够从一对第一轴向孔伸出和缩回腔室，刀轴的两端卡设于一对第二轴向孔内且能够在第二轴向孔内沿导向装置的轴向移动。本实用新型的结构简单、成本低，可以同时切割多组定向槽，大幅度节省了施工时间。大幅度节省了施工时间。大幅度节省了施工时间。
