一种基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬岩体的装置

1.本发明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。

背景技术：

2.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。
3.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，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，存在诱发动力灾害的安全隐患，且仅对钻孔周围围岩的破坏程度较大，不易实现定向致裂。因此，针对现有技术中存在的问题，亟需一种新型的岩体致裂装置及方法，不仅具有较好的机动性、安全性，而且对裂纹扩展方向的可控性较高，相比于传统致裂方式，更容易形成有效的定向裂纹，提高了施工的效率。

技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬岩体的装置，解决了坚硬岩体阻碍工作面推进和顶板大面积垮落的问题。
5.本发明与以往的岩体致裂技术相比，将电脉冲致裂技术应用于矿下岩体致裂，在实现定向致裂的基础上，还具备了更好的机动性、可控性和安全性，大大提高了工作效率。
6.本发明提供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，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。
7.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可旋转特定角度后锁定角度不变，转动箱（27）两侧
有凸起嵌入旋转锁定装置，旋转锁定装置可带动转动箱旋转特定角度后将其固定。驾驶室内置有充放电控制箱，充电电压可在5kv~10kv间进行选择。根据《煤矿安全规程》，煤矿用电高压不超过10kv。
8.进一步地，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，可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，可从储水箱抽水，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。
9.进一步地，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。储能电容由多组电容并联而成，可通过调整联接方式调整储能电容的电容大小，电容的可调节范围为20μf~60μf；根据公式：可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，ew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%。
10.装置箱外侧固定有伸缩管，伸缩管为电驱动，可自由调节长度，最大伸长长度为10m。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，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。
11.进一步地，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。
12.放电致裂流程为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。电脉冲的能量可分为放电通道能量、冲击能量、辐射能、气泡脉动能。产生的冲击波能量主要来源于冲击能量与气泡脉动能。
13.本实施例提供了上述基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬岩体的方法，包括以下步骤：步骤一：在使用装置前，先通过对井下现场地应力的测量，确定岩体的应力状态，制定出明确的致裂方案，选出钻孔布置位置；步骤二：在选定的钻孔位置使用直径为45mm的高压水钻割一体钻头对岩体进行钻孔，施工至指定深度后停止钻孔，再启动高压水泵，向钻头输入高压水进行割缝，同时使钻杆后退，在钻孔两侧形成轴向裂缝，割缝至指定长度后，停止割缝，退出钻杆；
步骤三：通过液压泵a和液压泵b分别向a组液压缸和b组液压缸进行供油，使其液压立柱伸长，使得转动箱高度下降，卸下钻杠与钻头，在对a组液压缸和b组液压缸进行回油，使其液压立柱缩短，使得转动箱高度上升。
14.步骤四：通过旋转锁定装置将电极调整为竖直向上，使电极对准钻孔中心，通过调整伸缩管长度将电极运送至钻孔内指定位置，对充气式橡胶栓塞进行充气，使钻孔密封。
15.步骤五：启动高压水泵，向密封好的钻孔内进行注水，注满后关闭高压水泵，闭合出水口；步骤六：将储能电容调整到指定的电容大小，操作充放电控制箱，对储能电容进行充电，充电至指定电压后，关闭电源开关，打开电脉冲开关进行放电。其致裂原理为放电致裂流程为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将能量释放出来，完成电脉冲放电。电脉冲的能量可分为放电通道能量、冲击能量、辐射能、气泡脉动能。产生的冲击波能量主要来源于冲击能量与气泡脉动能。能量的破坏作用主要朝着开槽向内沿伸方向，只有少量能量作用于钻孔开槽的两边，因此可以达到有效的定向致裂。
16.步骤七：重复步骤五，直至达到预定的致裂效果，退出电极，施工结束。
17.本发明的有益效果：（1）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；（2）电脉冲致裂过程中无火花产生，不会引起瓦斯爆炸，施工更加安全；（3）在井下采用电脉冲致裂岩体，为井下岩体致裂提供了一种新的方式；（4）采用履带式底盘，移动方便。
附图说明
18.图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明液压系统立体结构图；图3是转动箱及其附属部分放大图；图4是图2的内部结构图；图5是电极与装置箱的放大剖面图；图6是施工时钻孔与电极的位置关系图；图7是钻孔切缝处的水平截面图；图8是电极结构的示意图；图9是图8的中心轴线剖面图；图10是不同尺寸的电极外壳空孔的示意图；（a）中空孔尺寸为2mm
×
10mm，（b）中空孔尺寸为5mm
×
10mm。
19.图中：1-履带式行走底盘，2-固定平台，3-储水箱，4-驾驶室，5-蓄电箱，6-后端固定铰支座，7-a组连杆，8-a组液压缸，9-b组连杆，10-输水管，11-b组液压缸，12-y型接头，13-钻杆，14-装置箱，15-伸缩管，16-充气式橡胶栓塞，17-电极结构，18-高压水钻割一体钻头，19-a组进油管，20-b组进油管，21-b组出油管，22-a组出油管，23-前端固定铰支座，24-液压泵b，25-水泵，26-液压泵a，27-转动箱，28-旋转锁定装置，29-钻机，30-输电口，31-电
线，32-高压水泵，33-限流保护电阻，34-储能电容，35-接地装置，36-气体间隙开关，37-电线收放盘，38-高压电极螺纹，39-固定螺母，40-聚丙烯绝缘套环，41-固定圆环，42-橡胶垫圈，43-电极外壳，44-高压电极尖端，45-电极外壳空孔，46-接地电极尖端，47-接地电极螺纹，48-出水口，49-水，50-岩体，51-割缝，52-钻孔。
具体实施方式
20.下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
21.实施例1：如图1-4，本发明提供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1，履带式行走底盘1上设置有固定平台2，所述固定平台2上安装有储水箱3、驾驶室4、蓄电箱5、输水管10、水泵25、液压系统、转动箱；液压系统包括固定在固定平台2上的液压泵a 24、液压泵b 26、后端固定铰支座6、前端固定铰支座23；液压系统还包括四根连杆与四根液压缸，两根a组连杆7下端与后端固定铰支座6用销钉连接，a组连杆7顶端通过y型接头12用销钉将其与b组连杆9底端和b组液压缸11顶端连接。
22.b组液压缸11底端与前端固定铰支座23用销钉连接，液压泵b 24通过b组进油管20与b组出油管21向b组液压缸11进行供油与回油，液压泵a 26以同样的方式向a组液压缸8进行供油与回油。a组液压缸8两端分别通过固定铰支座与a组连杆7中部和b组连杆9中部连接。旋转锁定装置28外部与b组连杆9顶端固定，旋转锁定装置28通电后可旋转特定角度后锁定角度不变，转动箱27两侧有凸起嵌入旋转锁定装置28，旋转锁定装置28可带动转动箱27旋转特定角度后将其固定。驾驶室4内置有充放电控制箱，充电电压可在5kv~10kv间进行选择。根据《煤矿安全规程》，煤矿用电高压不超过10kv。
23.进一步地，转动箱27内安装有输电口30、钻机29、钻杆13、钻杆贯穿转动箱，高压水泵32、输水管10。输电口30通过电线31与蓄电箱5相连，可通过电线31将电输送给钻机29与装置箱14；钻杆13顶部安装有高压水钻割一体钻头18，底部连接有输水管10，钻杆13中间为中空，输水管11与钻杆13底部连接；高压水泵22通过输水管与储水箱3连接，可从储水箱3抽水，再通过输水管11输送至钻杆13，再由钻杆13的中空区将水输送至高压水钻割一体钻头18和出水口38处。
24.进一步地，装置箱14固定在转动箱27外侧，装置箱14内安装有限流保护电阻33、储能电容34、接地装置35、气体间隙开关36、电线收放盘37、输水管10。装置箱14外侧固定有伸缩管15，伸缩管15为电驱动，可自由调节长度，最大伸长长度为10m。储能电容34由多组电容并联而成，可通过调整联接方式调整储能电容34的电容大小，电容的可调节范围为20μf~60μf；伸缩管15远离装置箱14的一端安装有充气式橡胶栓塞16，伸缩管15内部中空并安装有输水管11、电极结构17，在伸缩管15伸长和收缩过程中，通过电线收放盘37来收放电线31，来确保电极结构17正常放电，同时，装置箱14中预留了一定长度的输水管10。
25.进一步地，如图8~10所示，所述的电极结构17包括高压电极、接地电极、聚丙烯绝缘套环40、橡胶垫圈42、电极外壳43、固定螺母39和固定圆环41；高压电极上端设有螺纹38，高压电极中部通过固定螺母39与聚丙烯绝缘套环40连接固定，高压电极位于聚丙烯绝缘套环内40部，聚丙烯绝缘套环40固定在电极外壳43上部，聚丙烯绝缘套环40和电极外壳43通
过固定圆环41紧固连接；聚丙烯绝缘套环40与电极外壳43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47固定在电极外壳43下端；接地电极通过电极外壳43底部的螺纹拧入，再使用螺母39将其固定；高压电极、接地电极在电极外壳空孔45内相对装置，通过旋转下端的接地电极螺纹47，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-5mm；高压电极总长74mm，由上端、中端、下端三部分组成，上端为直径4mm、长度70mm圆柱，在该圆柱顶部车长度为25mm的m8大小的螺纹，加工为高压电极螺纹38上端；中端为直径5mm、长度2mm的圆柱，且其下部1mm的长度倒角为30
°
；下端为直径2mm、长度2mm的圆柱，在底部倒角为45
°
的尖端；接地电极由光滑圆柱和螺纹圆柱两部分组成；上半部分的光滑圆柱直径为2mm、长度3mm，且顶部倒角为45
°
的尖端；下半部分为m8的螺纹圆柱，长度为17mm；聚丙烯绝缘套环40直径为8mm、长度为95mm的圆柱；内置空腔直径为4mm；在距离上顶部35mm处，增加一个直径为12mm，长度为4mm的聚丙烯圆套环40，其作用为将其固定在电极外壳43上；电极外壳43的外观为圆柱形，内部为空心，电极从其中穿过，电极外壳由三段外径不同的圆柱组成，上部第一段圆柱与固定圆环41连接，中部第二段圆柱的内部设有橡胶垫圈，下部第三段圆柱外侧为光滑结构；电极外壳43的第一段圆柱设有外螺纹，用于连接固定圆环41；第一段圆柱顶部中心为台阶孔，台阶孔上孔与聚丙烯绝缘套环40连接；第二段圆柱内底部设有孔，用于放置橡胶垫圈42；在第三段圆柱底部中心设有内螺纹，用于固定接地电极，在其上方的圆柱面上设有电极外壳空孔45，将电极露出；固定圆环41内置螺纹，在固定圆环顶部钻取直径为8mm的圆孔，聚丙烯绝缘套环40从该圆孔穿过；所述电极外壳空孔45设有一个或多个，电极外壳空孔45的截面为矩形，尺寸大小为2mm
×
10mm、3mm
×
10mm或5mm
×
10mm；在电极外壳43的第三段圆柱底部钻取一个空孔或前后对称设置两个空孔或沿圆周均匀分布三个空孔；通过设置空孔的大小和位置来实现电极结构17的冲击波方向可控以及能量聚焦。
26.放电致裂流程为通过对储能电容34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31加载到负载电极结构17上，在高压电极尖端44与接地电极尖端46之间将能量释放出来，完成电脉冲放电。电脉冲的能量可分为放电通道能量、冲击能量、辐射能、气泡脉动能。产生的冲击波能量主要来源于冲击能量与气泡脉动能。
27.根据公式：可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，ew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%。
28.本实施例提供了上述基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬岩体的装置的使用方法，包括以下步骤：步骤一：在使用装置前，先通过对井下现场地应力的测量，确定岩体的应力状态，制定出明确的致裂方案，选出钻孔布置位置；步骤二：在选定的钻孔位置使用直径为45mm的高压水钻割一体钻头18对岩体进行
钻孔，施工至指定深度后停止钻孔，再启动高压水泵32，向钻头18输入高压水进行割缝，同时使钻杆13后退，在钻孔两侧形成轴向裂缝，割缝至指定长度后，停止割缝，退出钻杆13；步骤三：通过液压泵a 26和液压泵b 24分别向a组液压缸8和b组液压缸11进行供油，使其液压立柱伸长，使得转动箱27高度下降，卸下钻杠13与钻头18，在对a组液压缸8和b组液压缸11进行回油，使其液压立柱缩短，使得转动箱27高度上升。
29.步骤四：通过旋转锁定装置28将电极结构17调整为竖直向上，使电极结构17对准钻孔中心，通过调整伸缩管15长度将电极17运送至钻孔内指定位置，对充气式橡胶栓塞16进行充气，使钻孔密封。
30.步骤五：启动高压水泵32，向密封好的钻孔内进行注水，注满后关闭高压水泵32，闭合出水口38，如图5所示。
31.步骤六：将储能电容34调整到指定的电容大小，操作充放电控制箱，对储能电容34进行充电，充电至指定电压后，关闭电源开关，打开电脉冲开关进行放电。其致裂原理为放电致裂流程为通过对储能电容34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31加载到电极结构17上，在高压电极尖端44与接地电极尖端46将能量释放出来，完成电脉冲放电。电脉冲的能量可分为放电通道能量、冲击能量、辐射能、气泡脉动能。产生的冲击波能量主要来源于冲击能量与气泡脉动能。能量的破坏作用主要朝着开槽向内沿伸方向，只有少量能量作用于钻孔开槽的两边，因此可以达到有效的定向致裂。
32.步骤七：重复步骤五，直至达到预定的致裂效果，退出电极结构17，施工结束。
33.以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

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-5mm；高压电极总长74mm，由上端、中端、下端三部分组成，上端为直径4mm、长度70mm圆柱，在该圆柱顶部车长度为25mm的m8大小的螺纹，加工为高压电极螺纹上端；中端为直径5mm、长度2mm的圆柱，且其下部1mm的长度倒角为30
°
；下端为直径2mm、长度2mm的圆柱，在底部倒角为45
°
的尖端；接地电极由光滑圆柱和螺纹圆柱两部分组成；上半部分的光滑圆柱直径为2mm、长度3mm，且顶部倒角为45
°
的尖端；下半部分为m8的螺纹圆柱，长度为17mm；聚丙烯绝缘套环直径为8mm、长度为95mm的圆柱；内置空腔直径为4mm；在距离上顶部35mm处，增加一个直径为12mm，长度为4mm的聚丙烯圆套环，其作用为将其固定在电极外壳上；电极外壳的外观为圆柱形，内部为空心，电极从其中穿过，电极外壳由三段外径不同的圆柱组成，上部第一段圆柱与固定圆环连接，中部第二段圆柱的内部设有橡胶垫圈，下部第三段圆柱外侧为光滑结构；电极外壳的第一段圆柱设有外螺纹，用于连接固定圆环；第一段圆柱顶部中心为台阶孔，台阶孔上孔与聚丙烯绝缘套环连接；第二段圆柱内底部设有孔，用于放置橡胶垫圈；在第三段圆柱底部中心设有内螺纹，用于固定接地电极，在其上方的圆柱面上设有电极外壳空孔，将电极露出；固定圆环内置螺纹，在固定圆环顶部钻取直径为8mm的圆孔，聚丙烯绝缘套环从该圆孔穿过；所述电极外壳空孔设有一个或多个，电极外壳空孔的截面为矩形，尺寸大小为2mm
×
10mm、3mm
×
10mm或5mm
×
10mm；在电极外壳的第三段圆柱底部钻取一个空孔或前后对称设置两个空孔或沿圆周均匀分布三个空孔；通过设置空孔的大小和位置来实现电极结构的冲击波方向可控以及能量聚焦。6.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：旋转锁定装置包含锁定模组以及多个卡合件，卡合件可转动地耦接至锁定模组，锁定模组是通过与这些卡合件卡合和分离，从而完成卡合件相对于锁定模组的静止和旋转；旋转锁定装置能将转动箱保持在不同的倾斜角度以用于各种工况。7.一种权利要求1~6任一项所述的基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬岩体的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：在使用装置前，先通过对井下现场地应力的测量，确定岩体的应力状态，制定出明确的致裂方案，选出钻孔布置位置；步骤二：在选定的钻孔位置使用直径为45mm的高压水钻割一体钻头对岩体进行钻孔，
施工至指定深度后停止钻孔，再启动高压水泵，向钻头输入高压水进行割缝，同时使钻杆后退，在钻孔两侧形成轴向裂缝，割缝至指定长度后，停止割缝，退出钻杆；步骤三：通过液压泵a和液压泵b分别向a组液压缸和b组液压缸进行输油，使a组液压缸和b组液压缸伸长，使得转动箱高度下降，卸下钻杠与钻头，在对a组液压缸和b组液压缸进行放油油，使a组液压缸和b组液压缸缩短，使得转动箱高度上升；步骤四：通过旋转锁定装置将电极调整为竖直向上，使电极对准钻孔中心，通过调整伸缩管长度将电极运送至钻孔内指定位置，对充气式橡胶栓塞进行充气，使钻孔密封；步骤五：启动高压水泵，向密封好的钻孔内进行注水，注满后关闭高压水泵，闭合出水口；步骤六：将储能电容调整到指定的电容大小，操作充放电控制箱，对储能电容进行充电，充电至指定电压后，关闭电源开关，打开电脉冲开关进行放电；步骤七：重复步骤五，直至达到预定的致裂效果，退出电极，施工结束。8.根据权利要求7所述的基于液电效应的井下电脉冲致裂坚硬岩体的方法，其特征在于：步骤六中，放电致裂流程为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将能量释放出来，完成电脉冲放电；产生的冲击波能量主要来源于冲击能量与气泡脉动能；能量的破坏作用主要朝着开槽向内沿伸方向，只有少量能量作用于钻孔开槽的两边，因此可以达到有效的定向致裂。

技术总结

本发明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。