本發明屬于煤礦松軟煤層鉆孔的，具體的說，涉及一種煤礦井下松軟煤層高效膨脹割縫完孔裝置及方法。

背景技術：

1、目前，在對煤礦進行鉆孔的過程中，由于煤礦的煤層環境較為復雜，其鉆孔的難易程度及效率均不同。尤其在對松軟煤層鉆孔時，由于煤層基質密實度較低，在鉆孔的過程中，雖然孔洞較易成型，當時其強度較弱，在外界影響下和/或內部煤炭之間的擠壓下，孔洞經常會出現坍塌的情況，進而使得礦井的結構變得不穩定，為井下作業帶來不可預估的風險。因此，亟需一種針對松軟煤層的割縫鉆孔裝置及方法，用以在鉆孔的過程中，外脹孔洞的孔徑，提高孔洞的結構強度，避免孔洞出現坍塌的情況，防止所鉆取的孔洞影響礦井的自身強度，并且提高孔洞成型的效率。

技術實現思路

1、本發明提供一種煤礦井下松軟煤層高效膨脹割縫完孔裝置及方法，用以在鉆孔的過程中，外脹孔洞的孔徑，提高孔洞的結構強度，避免孔洞出現坍塌的情況，防止所鉆取的孔洞影響礦井的自身強度，并且提高孔洞成型的效率。

2、為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

3、一種煤礦井下松軟煤層高效膨脹割縫完孔裝置，包括同軸安裝于豎向安裝桿下端的液壓油缸，于所述液壓油缸的周向均勻地設置有多個外脹式割孔機構，各所述外脹式割孔機構通過第一鉸接桿和第二鉸接桿分別與液壓油缸的油缸體和油缸桿連接，于豎向安裝桿上轉動連接有液壓油分配器，所述液壓油分配器通過豎向安裝桿分別與液壓油缸和各個外脹式割孔機構連通。

4、進一步的，所述外脹式割孔機構包括擴孔件，所述擴孔件靠近液壓油缸的一端安裝有液壓外脹組件，所述液壓外脹組件分別與第一鉸接桿的端部和第二鉸接桿的端部鉸接，于所述油缸體上沿其周向均勻地固定有多個第一鉸接耳，于油缸桿上套裝固定有連接套，于所述連接套上沿其周向均勻地固定有多個第二鉸接耳，第一鉸接桿與相對應的第一鉸接耳鉸接，第二鉸接桿與相對應的第二鉸接耳鉸接。

5、進一步的，所述擴孔件包括與液壓外脹組件連接的二級擴孔板，于所述二級擴孔板的下端和上端分別連接有一級過渡板和二級過渡板，所述一級過渡板和二級過渡板相互遠離的一端分別固定有一級擴孔板和三級擴孔板，所述一級擴孔板、二級擴孔板及三級擴孔板距液壓油缸的距離遞增，于所述二級擴孔板的一側通過豎向軸連接有割孔刀，于割孔刀的上下兩端分別連接有扭簧，各扭簧的另一端與二級擴孔板連接；當割孔刀向外扭轉并與二級擴孔板的切線的角度為30°時，割孔刀抵接于二級擴孔板的相應側的外沿上，當割孔刀向內扭轉并與二級擴孔板的切線的角度為45°時，割孔刀抵接于二級擴孔板的相應側的內沿上。

6、進一步的，于所述外脹式割孔機構的下端構造有外脹式鉆頭，于所述外脹式鉆頭的外周壁上構造有旋挖槽或者旋挖葉片，所述旋挖槽或者旋挖葉片沿外脹式鉆頭的軸線螺旋延伸，外脹式鉆頭包括沿液壓油缸的周向均勻設置的多個瓣狀鉆頭本體，各所述瓣狀鉆頭本體的上端與相對應的一級擴孔板的下端固定連接。

7、進一步的，于所述擴孔件內構造有壓裂通道，于所述一級過渡板和二級過渡板靠近鉆孔內壁的一端端面上分別開設有多個第一壓裂孔和多個第二壓裂孔，各所述第一壓裂孔和各第二壓裂孔均與壓裂通道連通，且壓裂通道與壓裂分配器連通。

8、進一步的，所述壓裂分配器包括固定套裝于豎向安裝桿外的環形座，于所述環形座外轉動連接有封閉環，所述環形座與封閉環的軸線重合，于環形座與封閉環之間形成壓裂分配腔，于封閉環上連接有進口接頭，于環形座的下端面上沿其周向均勻地連接有多根壓裂橡膠管，各所述壓裂橡膠管連通壓裂腔與相對應的壓裂通道，且壓裂橡膠管的中部固定于豎向安裝桿的外周壁上。

9、進一步的，所述液壓外脹組件包括相互活動裝配的外脹連接件和外脹運動件，所述外脹運動件和外脹連接件沿液壓油缸的徑向向外依次設置，外脹運動件與擴孔件連接，外脹連接件的上下兩端分別與第一鉸接桿和第二鉸接桿鉸接，于外脹運動件和外脹連接件之間形成有液壓驅動腔，于所述液壓驅動腔內安裝有多根硬質彈簧，各所述硬質彈簧的兩端沿液壓油缸的徑向分別與外脹運動件和外脹連接件連接，于外脹連接件上連接有液壓膠管，所述液壓膠管連通液壓驅動腔和液壓油分配器。

10、進一步的，所述液壓油分配器包括轉動套裝于豎向安裝桿外的分配套，于所述分配套內形成有相互獨立的第一腔室、第二腔室及第三腔室，于分配套上構造有分別與第一腔室、第二腔室及第三腔室連通的第一接頭、第二接頭及第三接頭，于所述第一接頭、第二接頭及第三接頭上分別安裝有第一控制閥、第二控制閥及第三控制閥，所述第一腔室和第二腔室分別與液壓油缸的第一腔體和第二腔體連通，于液壓油缸的上部構造有分配體，于所述分配體內構造有液壓腔體，所述液壓腔體與各液壓外脹組件連通。

11、進一步的，所述豎向安裝桿的上端與液壓馬達的輸出軸同軸連接，所述液壓馬達與孔壁錨固機構連接，所述孔壁錨固機構包括上端構造有牽拉耳的裝配筒，于所述裝配筒的外周壁上沿其周向均勻活動連接有多根錨固桿，各所述錨固桿沿裝配筒的徑向向外延伸，于錨固桿的兩端分別構造有第一活塞和錨固頭，所述第一活塞將裝配筒的內腔分隔為第一動力腔和第二動力腔，于裝配筒的上端構造有第一液壓接頭和第二液壓接頭，所述第一液壓接頭和第二液壓接頭分別與各第一動力腔和各第二動力腔連通。

12、本發明還公開了一種利用上述的煤礦井下松軟煤層高效膨脹割縫完孔裝置的方法，包括如下步驟：

13、步驟1.首先將豎向安裝桿下放至礦井的下端處；

14、步驟2.驅動豎向安裝桿旋轉的同時，控制液壓油缸動作，使得與之連接的多個外脹式割孔機構逐漸向外運動；

15、步驟3.驅動豎向安裝桿持續向下運動，外脹式割孔機構逐漸通過孔洞并向下運動，且外脹式割孔機構持續地對煤層進行割縫、擴孔；

16、步驟4.當割縫、擴孔完畢后，將豎向安裝桿回收，使得整個裝置離開礦井。

17、本發明由于采用了上述的結構，其與現有技術相比，所取得的技術進步在于：本發明通過驅動豎向安裝桿旋轉的同時，驅動豎向安裝桿下降，使其通過液壓油缸帶動多個外脹式割孔機構旋轉；并且將液壓油通過液壓油分配器分配給液壓油缸和各個外脹式割孔機構，當液壓油進入液壓油缸時，液壓油缸做伸展或者回縮運動；即液壓油缸伸展時，各個外脹式割孔機構逐漸朝向液壓油缸運動，液壓油缸回縮時，各個外脹式割孔機構逐漸背向液壓油缸運動。這樣，在對松軟煤層進行向下鉆進時，驅動液壓油缸回縮，使得各個外脹式割孔機構在向下運動的過程中，外脹在所鉆取的孔洞周壁上，進而將孔洞附近的煤炭進行外脹擠密，使得孔洞的孔徑增大，同時提高了孔壁的密實度，進而確保得到預定孔徑的孔洞，同時提高了孔洞的穩定性。在鉆孔完畢后，驅動液壓油缸伸展，外脹式割孔機構脫離孔洞內壁，以便于將外脹式割孔機構移出礦井。當液壓油進入各個外脹式割孔機構時，外脹式割孔機構在液壓油的驅動下，進而二次外脹，進而實現對孔洞進行二次擠密的目的；本發明可間歇式地將液壓油注入、排出外脹式割孔機構，同時控制豎向安裝桿間歇式地沿孔洞的周向旋轉預定角度，使得外脹式割孔機構對孔洞的周壁進行徑向夯實，進一步地提高孔洞周圍煤炭的密實度，增強孔洞的穩定性。綜上可知，本發明在鉆孔的過程中，能夠有效地外脹孔洞的孔徑，提高了孔洞的結構強度，避免了孔洞出現坍塌的情況，防止了所鉆取的孔洞影響礦井的自身強度，并且提高了孔洞成型的效率。