1.一种固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置定向切顶的方法,其特征在于,包括以下步骤:①在进行定向切顶作业时,首先需要对工作面处岩石的碎胀系数K进行测定;
②在测定岩石的碎胀系数后,再确定切顶高度,确定切顶高度采用以下公式:
H=(M‑ΔH1‑ΔH2)/(K‑1)
式中:H为切顶高度;
M为采高;
ΔH1为顶板下沉量;
ΔH2为底鼓量;
K为碎胀系数;
③根据切顶高度与钻孔角度来确定钻孔深度,即:
L=H/cosα
式中:L为切顶高度;
α为钻孔角度,即钻孔与竖直方向的夹角;
④确定钻孔间距;
⑤结合钻孔深度、钻孔角度、钻孔间距来开设钻孔,在巷道顶板岩层中根据预设切顶线用钻机打出一排切缝钻孔,切顶线位于巷道靠近工作面一侧,并且自竖直方向向工作面方向倾斜,通过定向切顶将长臂梁切断为短臂梁,减轻顶板压力,保护巷道顶板的完整稳定;
⑥当钻孔开设完毕后,应确定每次需要爆破的切缝钻孔数量以及各个切缝钻孔所需要的装药量,并根据装药量确定使用的固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置数量,根据需要调整固、液介质所需的量以及比例,确定后即可进行固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置的放置;
⑦在放置时通过配套的卡榫将一个或者多个固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置进行连接,连接完毕后调整聚能管的方向,使聚能孔对准切缝线方向,并将引线从装置中引出,并使用炮泥封堵炮孔;
⑧在起爆前需要对工作面的瓦斯浓度进行检测,若瓦斯浓度超标则不允许爆破;瓦斯检查完毕后确认爆破工作面的人员全部撤离至安全范围内后,再引爆爆破装置,在爆破过程中,利用加入的固体介质和液体介质,并结合钻孔空隙内的空气共同作为耦合介质,形成固‑液‑气三相耦合介质,通过固‑液‑气三相耦合介质共同加强爆破产生的能量,其中,利用高强度固体粒子介质的高速动态冲击作用、液体介质所形成的高压流体水射流的液楔作用、炸药的爆轰波作用和高压气流的气楔作用共同致裂煤岩体,同时,利用爆炸产生的高压气体进一步对岩体进行冲击促进裂缝扩展,利用固体粒子维持裂缝的破裂状态不闭合;同步地,利用聚能爆破槽及聚能孔的聚能作用,将爆破过程中无序的能量转化整合为有序的能量并集中作用于聚能方向,促使加强后的爆破能量沿聚能方向射出,并对岩石产生定向冲击,形成长度更深的定向裂缝;爆破完成后使用钻孔窥视仪检查切缝钻孔破裂情况,并计算切缝率,若高于75%,则后续参考此次的参数继续进行,否则重复上述步骤直至切缝率到达75%。
2.根据权利要求1所述的一种固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置定向切顶的方法,其特征在于,固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置中的炸药在装填时根据装药管长度或者钻孔深度能够进行调整装入数量,并且根据需要与固‑液介质承装袋交错放置,通常每两到三根炸药装填完毕后装填一组固‑液介质承装袋。
3.根据权利要求1或2所述的一种固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置定向切顶的方法,其特征在于,固‑液介质承装袋在承装方式上分为固‑液混合式和固‑液分离式;固‑液介质比例1/6‑1/4。
4.根据权利要求3所述的一种固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置定向切顶的方法,其特征在于,液体介质为水、加入无机盐的盐水或者硅酸钠中的一种;固体介质为高强度的成颗粒状的固体材料,固体介质强度应高于70MPa。
5.根据权利要求3所述的一种固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置定向切顶的方法,其特征在于,固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置还包括聚能爆破管、连接卡榫、引线、雷管、固‑液介质承装袋,雷管固定在炸药中,引线的一端与雷管连接,另一端从聚能孔中引出连接起爆器,通过将炸药、雷管、承装有固体介质与液体介质的固‑液介质承装袋设置在聚能管的内部来实现聚能爆破的功能,并使用连接卡榫进行固定与连接,借助雷管与引线控制起爆的顺序与时间,来实现装置的实际使用。
6.根据权利要求3所述的一种固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置定向切顶的方法,其特征在于,聚能爆破管包括聚能管体和聚能结构,所述聚能管体外表面的横截面为圆形,聚能管体内腔的横截面为椭圆形,所述聚能结构为两个,两个聚能结构对称设置在椭圆形内腔两侧,且两个聚能结构均处于椭圆形内腔的长轴上,使椭圆形内腔的长轴为聚能方向;
所述聚能管体的管壁厚度从椭圆形内腔的长轴向其短轴逐渐增大,并在椭圆形内腔的短轴方向上厚度最大;所述聚能结构由多个聚能孔组成,多个聚能孔等间距呈直线排列,且该直线与聚能管体的轴线平行。
7.根据权利要求6所述的一种固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置定向切顶的方法,其特征在于,所述聚能孔为轴对称形状的聚能孔,且每个聚能孔的最长对称轴方向与刻线方向一致,所述内腔的长轴与短轴的比例在16:9至4:3之间;每个聚能孔的最长对称轴长度为聚能管体外表面圆形直径的1/7~1/11,相邻聚能孔之间的距离为聚能孔最长对称轴长度的3‑5倍,所述聚能管体外表面圆形直径比炮孔直径小6‑8mm,聚能管的材质具有阻燃抗静电的性能。
8.根据权利要求3所述的一种固‑液‑气三相耦合介质聚能爆破装置定向切顶的方法,其特征在于,连接卡榫为工字形结构,上下用于和装药管连接的部分边缘为圆弧状。