一种封孔、压裂和防退一体化装置

本技术涉及煤矿开采，具体的说，涉及一种封孔、压裂和防退一体化装置。

背景技术：

1、在煤矿井下进行水力压裂以坚顶卸压是一种常见的作业方式，旨在提高煤矿的安全性和生产效率。然而，传统的水力压裂具有诸多缺陷：

2、（1）分离的封孔和压裂设备：传统的水力压裂作业需要分别安装封孔和压裂设备，这不仅增加了作业时间，还增加了操作的复杂性。

3、（2）传统的水力压裂作业缺乏防后退功能：在高压作用下，压裂设备容易从孔中弹出，导致压裂失败，增加了作业的不确定性和安全风险。

4、（3）作业效率低下：由于需要额外的时间和步骤来确保装置的稳定性，传统的压裂作业效率较低。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种封孔、压裂和防退一体化装置，本实用新型将封孔、压裂和防退结构集合在一起，结构合理，显著提高了作业的便捷性和安全性，操作简单，成本低，作业效率高，适于推广使用。

2、为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种封孔、压裂和防退一体化装置，包括注水管，注水管的前端封堵，注水管上自前向后依次设置有触底弹性压缩结构、前置胶囊、后置胶囊、止回阀、胶囊充水管和防退开合骨架结构，前置胶囊和后置胶囊均同轴固定套装在注水管上，前置胶囊和后置胶囊通过连通管相连接，胶囊充水管的另一端连接在后置胶囊的后侧部，注水管上开设有若干个位于前置胶囊和后置胶囊之间的压裂孔。

4、触底弹性压缩结构包括触底保护罩，触底保护罩为两端封堵的圆筒结构，注水管的前端同轴贯穿触底保护罩的后侧板并伸入到触底保护罩中，注水管与触底保护罩的后侧板滑动连接，注水管的前端固定连接有第一顶压弹簧，第一顶压弹簧的前端顶压触底保护罩的前侧板，注水管的前端部外圆周上固定连接有位于触底保护罩中的若干块圆周阵列设置的限位挡板，限位挡板的外侧边与触底保护罩的内壁滑动接触。

5、防退开合骨架结构为雨伞骨架状结构，防退开合骨架结构包括圆环套，圆环套固定套装在注水管上，圆环套上铰接有若干根圆周阵列且向后外侧张开的支撑杆，每根支撑杆与注水管的外圆周之间均连接有一根第二顶压弹簧，每根支撑杆上均连接有一根拉绳。

6、防退开合骨架结构还包括拉环，注水管的外圆周上沿轴向固定设置有若干根圆周阵列的导筒，各根支撑杆分别与各根导筒一一前后对应，各根拉绳分别对应向后延伸穿过相应各根导筒，各根拉绳的后端均连接在拉环上。

7、本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体地说，本实用新型使用时，先按照预先设计爆破方案对煤层顶板进行爆破，然后，将注水管放入定向钻孔中，使注水管的前端伸入到定向钻孔的孔底，触底保护罩的前端与定向钻孔的孔底相接触，前置胶囊和后置胶囊分别到达压裂位置的前后侧，注水管的后端和拉环均位于定向钻孔的孔口处，接着，将注水管的后端通过快插管接头与外部的高压供水设备连接，高压供水设备工作将高压水泵入注水管中，由于止回阀的设置，高压水便先通过胶囊充水管充入到后置胶囊中，再通过连通管充入到前置胶囊中，使前置胶囊和后置胶囊膨胀至与定向钻孔的孔壁密封接触，进而封住定向钻孔，使得前置胶囊和后置胶囊之间的压裂位置形成密闭空间，同时，各根支撑杆在相应的第二顶压弹簧的支撑作用下向外展开，各根支撑杆的后端均顶压支撑在定向钻孔的孔壁岩石上，将注水管卡在定向钻孔中，能够防止在压裂过程中注水管向定向钻孔的孔口回退，保证压裂工作稳定可靠，完成封孔，当前置胶囊和后置胶囊充满水后，注水管中的高压水压力上升将止回阀打开，高压水便通过止回阀继续沿着注水管向前注水，高压水通过各个压裂孔喷出进入密闭空间，开始压裂，压裂完成后，高压供水设备停止工作，将注水管的后端与高压供水设备拆开，则前置胶囊和后置胶囊收缩恢复将内部的水挤出，使水通过注水管排出，前置胶囊和后置胶囊与定向钻孔孔壁分离，然后，向前推动注水管，触底保护罩的前端顶压定向钻孔的孔底，注水管的前端向前压缩第一顶压弹簧，则各根支撑杆的后端便与定向钻孔的孔壁发生相对滑动，与此同时，通过拉环向后拉动各根拉绳，将各根支撑杆向内收合，进而取出该封孔、压裂和防退一体化装置，以备下次压裂使用。

8、本实用新型具有以下有益效果：

9、（1）一体化设计：集成封孔、压裂及防后退功能的设计，显著提高了作业的便捷性和安全性。

10、（2）提升作业效率：简化了作业流程，减少了装置安装和拆卸的时间，从而提高了整体作业效率。

11、（3）降低成本：减少了因设备失效导致的重复作业和维护成本，降低了整体作业成本。

12、（4）增强作业适应性：适用于各种不同的煤矿井下条件，提高了装置的通用性和适应性。

13、综上所述，本实用新型将封孔、压裂和防退结构集合在一起，结构合理，显著提高了作业的便捷性和安全性，操作简单，成本低，作业效率高，适于推广使用。

技术特征：

1.一种封孔、压裂和防退一体化装置，其特征在于：包括注水管，注水管的前端封堵，注水管上自前向后依次设置有触底弹性压缩结构、前置胶囊、后置胶囊、止回阀、胶囊充水管和防退开合骨架结构，前置胶囊和后置胶囊均同轴固定套装在注水管上，前置胶囊和后置胶囊通过连通管相连接，胶囊充水管的另一端连接在后置胶囊的后侧部，注水管上开设有若干个位于前置胶囊和后置胶囊之间的压裂孔。

2.根据权利要求1所述的封孔、压裂和防退一体化装置，其特征在于：触底弹性压缩结构包括触底保护罩，触底保护罩为两端封堵的圆筒结构，注水管的前端同轴贯穿触底保护罩的后侧板并伸入到触底保护罩中，注水管与触底保护罩的后侧板滑动连接，注水管的前端固定连接有第一顶压弹簧，第一顶压弹簧的前端顶压触底保护罩的前侧板，注水管的前端部外圆周上固定连接有位于触底保护罩中的若干块圆周阵列设置的限位挡板，限位挡板的外侧边与触底保护罩的内壁滑动接触。

3.根据权利要求1所述的封孔、压裂和防退一体化装置，其特征在于：防退开合骨架结构为雨伞骨架状结构，防退开合骨架结构包括圆环套，圆环套固定套装在注水管上，圆环套上铰接有若干根圆周阵列且向后外侧张开的支撑杆，每根支撑杆与注水管的外圆周之间均连接有一根第二顶压弹簧，每根支撑杆上均连接有一根拉绳。

4.根据权利要求3所述的封孔、压裂和防退一体化装置，其特征在于：防退开合骨架结构还包括拉环，注水管的外圆周上沿轴向固定设置有若干根圆周阵列的导筒，各根支撑杆分别与各根导筒一一前后对应，各根拉绳分别对应向后延伸穿过相应各根导筒，各根拉绳的后端均连接在拉环上。

技术总结一种封孔、压裂和防退一体化装置，包括注水管，注水管的前端封堵，注水管上自前向后依次设置有触底弹性压缩结构、前置胶囊、后置胶囊、止回阀、胶囊充水管和防退开合骨架结构，前置胶囊和后置胶囊均同轴固定套装在注水管上，前置胶囊和后置胶囊通过连通管相连接，胶囊充水管的另一端连接在后置胶囊的后侧部，注水管上开设有若干个位于前置胶囊和后置胶囊之间的压裂孔。本技术将封孔、压裂和防退结构集合在一起，结构合理，显著提高了作业的便捷性和安全性，操作简单，成本低，作业效率高，适于推广使用。技术研发人员：刘俊,王龙耀,李沛,韩月强,韩超,苗榕,张勃阳,蔺海晓受保护的技术使用者：河南理工大学技术研发日：20231226技术公布日：2024/7/15