CN117927237B - 固-液-气三相耦合介质聚能***装置定向切顶的方法 - Google Patents
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Abstract
一种固‑液‑气三相耦合介质聚能***装置定向切顶的方法，首先需要对工作面处岩石的碎胀系数测定；在测定岩石的碎胀系数后，再确定切顶高度；根据切顶高度与钻孔角度来确定钻孔深度；确定钻孔间距；结合钻孔深度、钻孔角度、钻孔间距来开设钻孔；钻孔开设后，确定每次需要***的切缝钻孔数量以及各个切缝钻孔所需要的装药量，即可进行固‑液‑气三相耦合介质聚能***装置的放置；在放置***装置时通过配套的卡榫进行连接，再调整聚能管的方向，使聚能孔对准切缝线方向；在起爆前需要对工作面的瓦斯浓度进行检测，确保安全后方可起爆。本发明减少***用量(至少20％以上)，降低***振动，减少有害爆生气体和粉尘，且能够提高定向破岩效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚能***方法，具体是一种固-液-气三相耦合介质聚能***装置定向切顶的方法，属于煤岩体聚能***技术领域。
背景技术
聚能***在矿区、隧道、地铁、国防地下工程等多种需要对岩石进行定向破裂的领域有广泛的应用。通过聚能***来实现顶板预裂是聚能***技术在煤矿的重要应用，是无煤柱自成巷的核心技术之一。
目前主要使用的为双向聚能拉伸***与聚能水压***，双向聚能***通过将能量聚集于两个方向来实现岩石的定向破裂，存在诸多***所带有的缺点，例如***产生的粉尘较大、***过程中会产生有毒有害气体、威力衰减明显等，施工环境恶劣，不利于工人身体健康。聚能水压***则通过添加水为耦合剂，***威力有所提升，也可以解决有害气体、噪音、粉尘等问题，但仍然存在***威力不足、岩石破裂后裂隙再闭合等问题。
实际定向切顶过程中会出现定向裂缝长度不足、***后裂缝闭合、聚能效果不够集中、振动大等问题，因此需要一种威力更大、***后裂缝不闭合利于顶板跨落、聚能效果更好、振动小，可以解决粉尘、噪音、有害气体等问题的同时，高强度固体粒子还可作为支撑剂维持爆生裂隙的张开状态，使其在围岩压力的作用下不闭合，减少切断的顶板与未切断顶板联系等问题的新式***方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种固-液-气三相耦合介质聚能***装置定向切顶的方法，聚能效果更好、切顶成型效果更好，能够大幅减少粉尘与有毒有害气体，避免瓦斯***，且在对岩石进行破坏之后，能够保持裂缝是张开状态，裂缝并不闭合，且该定向切顶形成的裂缝长度更远。
为了实现上述目的，本发明提供一种固-液-气三相耦合介质聚能***装置定向切顶的方法，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，切顶高度需要根据工作面采高、顶板下沉量以及底鼓量数据来确定，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；
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，钻孔间距包括坚硬顶板：400-500mm；中硬顶板：450-500mm；软弱顶板：500-600mm；复合顶板：450-600mm；
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，预设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***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***装置数量，根据需要调整固、液介质所需的量以及比例，(固体介质与液体介质比例为1/6-1/4)，确定后即可进行固-液-气三相耦合介质聚能***装置的放置；
⑦在放置固-液-气三相耦合介质聚能***装置时通过配套的卡榫进行连接，连接完毕后调整聚能管的方向，使聚能孔对准欲裂方向，并将引线从装置中引出，并使用炮泥封堵炮孔，根据需要将每次所需***的装置进行连接；
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***；瓦斯检查完毕后确认***工作面的人员全部撤离至安全范围内后，再引爆***装置，在***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***产生的能量，其中，利用吸收了大量能量的固体介质和液体介质直接冲击岩体，同时，利用***产生的高压气体进一步对岩体进行冲击，进一步利用***过程中形成的粒子状态固体介质、***过程中产生的高压气流所形成的气楔、***过程中产生的高压液体形成的液楔共同冲击作用于岩体，同步地，利用聚能***槽及聚能孔的聚能作用，将***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***能量沿聚能方向射出，并对岩石产生定向冲击，形成深度更深的定向裂隙；***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％。
本发明在装填***时，可以根据装药管长度或者钻孔深度进行调整***的装入数量，并且根据需要将***与固-液介质承装袋交错放置，通常每两到三根***装填完毕后就装填一组固-液介质承装袋，***固定在***中，通过引线与***连接，并从聚能孔中引出。
本发明的固-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-液混合式即将固体介质与液体介质装入同一个固-液介质承装袋中进行混合，固-液混合式承装方式操作简单，借助******时产生的冲击使固、液介质充分混合；而固-液分离式即将固体介质与液体介质分别承装，固-液分离式的这种承装方式操作相对复杂一些，但固体介质的分布更加均匀，并且固体介质与液体介质的比例调节要更加灵活。
本发明的液体介质为水或者加入无机盐的盐水；固体介质为高强度的成颗粒状的固体材料；固体介质强度越大，***时的动态冲击能力越大，维护裂缝不闭合能力越强，考虑到成本，固体介质强度不低于70MPa。
本发明的固-液-气三相耦合介质聚能***装置还包括聚能***管、连接卡榫、引线、***、固-液介质承装袋，***固定在***中，引线的一端与***连接，另一端并从聚能孔中引出连接***，通过将***、***、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***的功能，并使用连接卡榫进行固定与连接，借助***与引线控制起爆的顺序与时间，来实现装置的实际使用。
本发明的聚能***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。
本发明的聚能孔为轴对称形状的聚能孔(如圆形孔、椭圆型孔、菱形孔、正六边形孔等)，且每个聚能孔的最长对称轴方向与刻线方向一致。选择轴对称型聚能孔的目的为与刻线相配合，辅助聚能管沿刻线方向线性释放能量。所述内腔的长轴与短轴的比例在16：9至4：3之间。这样能保证管壁厚度的控制，且在***时使得能量更好的聚集在聚能方向；所述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，处于该范围内在***时使得能量更好的聚集在聚能方向，聚能管的材质具有阻燃抗静电的性能，进而保证与***接触时的安全。
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，保证连接后与装药管外侧轮廓保持一直，不会凸起导致放入钻孔时造成干涉。
与现有技术相比，本发明使用的聚能***装置为固-液-气三相耦合介质聚能***装置，该装置通过加入特殊的固体耦合剂与液体耦合剂，实现了更高效的***效果，并通过使用椭圆型内腔的聚能***管加强聚能效果，用以实现全新的定向切顶方式。固-液-气三相耦合介质聚能***利用固-液-气三相耦合介质进行能量传递，特别是高强度固体粒子的加入可显著提高***威力，据现场试验可比传统***减少22％以上的***用量。与传统聚能***主要依靠爆轰波和高能气体破岩作用外相比，该技术增加了“高速粒子冲击(固体介质产生)+高压水射流(液体介质产生)”破岩作用，与传统聚能水压***相比，该技术增加了“高速粒子冲击(固体介质产生)”破岩作用，此外，固体粒子还可以维持裂缝破裂的状态。本发明的固-液-气三相耦合介质聚能***装置通过加入固体耦合剂而区别于传统的双向拉张聚能***和聚能水压***，加入固体介质与液体介质后，二者与钻孔以及装置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，对***产生的能量以及***生成的振动波的传递效率更高，对四周产生冲击，对比聚能水压***威力可提升至十几倍。本发明除了常规***的爆轰波和高压气体的气楔作用外，还有高强度固体粒子的动态冲击作用以及吸收了大量能量的高压液体水射流的液楔作用对岩石进行冲击，四重作用共同破裂坏煤岩体岩石，此外，高强度固体粒子介质可以在裂缝内作为支撑剂维持裂隙的张开状态，本发明借助聚能***管的聚能作用，将无序的能量转化为有序，能量被导向聚能方向，沿聚能方向射出，能量更加集中，利用率更高，聚能后由于聚能***管仅在聚能方向发生断裂而不破碎，进一步保护了其他方向的围岩不受冲击且受力均匀，岩体完整的同时为定向裂隙的拉张破坏提供能量。本发明可大幅度降低***用量(据现场试验结果可降低22％以上)，减小***振动，聚能效果更好、切顶成型效果更好，能够大幅减少粉尘与有毒有害气体，避免瓦斯***，且在对岩石进行破坏之后，能够保持裂隙是张开状态，裂隙并不闭合，且该定向切顶形成的裂缝长度更远。
附图说明
图1为本发明固-液混合式固-液-气三相耦合介质聚能***装置结构示意图；
图2为本发明固-液分离式(固体介质靠近***)固-液-气三相耦合介质聚能***装置结构示意图；
图3为本发明固-液分离式(液体介质靠近***)固-液-气三相耦合介质聚能***装置结构示意图；
图4为钻孔结构示意图；
图5为图4的A-A剖视图；
图6为多组装置连接效果图；
图7为多钻孔装置连接效果示意图；
图8为切顶效果示意图；
图9为图8的B-B剖视图；
图10为本发明的三相耦合介质聚能***原理图，其中(a)为聚能***管内腔受力分布图，(b)为定向破岩原理图；
图11为本发明聚能***管的结构示意图；
图12为图9的左视图；
图13为本发明中线式聚能结构的示意图；
图14为本发明中点线组合式聚能结构的示意图。
图中：1、固-液介质承装袋，2、***，3、聚能***管，3.1、聚能管体，3.2、聚能孔，4、炮泥，5、***，6、引线，7、固-液混合介质，8、气体介质-空气，9、液体介质，10、固体粒子，11、钻孔，12、***，13、聚能槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种固-液-气三相耦合介质聚能***装置定向切顶的方法，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，关于碎胀系数的测定也是本领域技术人员所熟知的现有技术；
②在测定岩石的碎胀系数后，再确定切顶高度，本发明的切顶高度是根据工作面采高、顶板下沉量以及底鼓量数据来确定的，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；
③根据切顶高度与钻孔9的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，钻孔间距包括坚硬顶板：400-500mm；中硬顶板：450-500mm；软弱顶板：500-600mm；复合顶板：450-600mm；
⑤结合钻孔深度、钻孔角度、钻孔间距来开设钻孔11，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11，如图4和图5所示，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11开设完毕后，应确定每次需要***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***装置数量，图1为本发明固-液混合式固-液-气三相耦合介质聚能***装置的结构示意图，图2为本发明固-液分离式(固体介质靠近***)固-液-气三相耦合介质聚能***装置结构示意图；图3为本发明固-液分离式(液体介质靠近***)固-液-气三相耦合介质聚能***装置结构示意图；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***装置的放置；
⑦在放置固-液-气三相耦合介质聚能***装置时，通过配套的卡榫将多个聚能***管3进行同轴连接，多个固-液-气三相耦合介质聚能***装置连接效果如图6所示，连接完毕后调整聚能***管的方向，使聚能孔3.2对准切缝线方向，并将引线6从装置中引出，并使用炮泥4封堵炮孔，根据需要将每次所需***的装置进行连接，多组钻孔装填该装置后其连接效果如图7所示。
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***；瓦斯检查完毕后确认***工作面的人员全部撤离至安全范围内后，再通过***12引爆***装置，在***过程中，利用加入的固体介质和液体介质，并结合钻孔11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***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、***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***产生的高压气体进一步促进裂缝扩展，利用固体粒子维持裂缝的破裂状态不闭合。固-液-气三相耦合介质聚能***利用固-液-气三相耦合介质进行能量传递，特别是高强度固体粒子的加入可显著提高***威力，据现场试验可比传统***减少22％以上的***用量。与传统聚能***主要依靠爆轰波和高能气体破岩作用外相比，该技术增加了“高速粒子冲击(固体介质产生)+高压水射流(液体介质产生)”破岩作用，与传统聚能水压***相比，该技术增加了“高速粒子冲击(固体介质产生)”破岩作用，此外，固体粒子还可以维持裂缝破裂的状态。同步地，利用聚能***槽及聚能孔的聚能作用，将***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***能量沿聚能方向射出，并对岩石产生定向冲击；***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％。
本发明在装填***2时，根据装药管长度或者钻孔深度能够进行调整装入数量，并且根据需要将***2与固-液介质承装袋1交错放置，通常每两到三根***装填完毕后装填一组固-液介质承装袋1，***5固定在***2中，通过引线6与***5连接，并从聚能孔3.2中引出。
本发明的固-液介质承装袋1在承装方式上分为固-液混合式和固-液分离式，固-液混合式即将固体介质与液体介质装入同一个固-液介质承装袋1中进行混合成为固-液混合介质7，此种承装方式操作简单，借助******时产生的冲击使固、液介质充分混合，固-液介质比例1/6-1/4。固-液分离式即将固体介质与液体介质分别承装，此种承装方式操作相对复杂一些，但固体介质的分布更加均匀，并且固体介质与液体介质的比例调节要更加灵活。
本发明的液体介质为水或者加入无机盐的盐水；固体介质为高强度的成颗粒状的固体材料。本发明在材料选取上有多种选择，从最简单的水或者加入无机盐的盐水，到加入其他对岩石破裂起辅助作用的成分或者辅助减轻***产生的有害因素的成分，例如加入硅酸钠后既可以促进***产生的硝化物完全反应生成无害气体，也可以对岩石起到一定的腐蚀作用，加强对岩石的破坏效果。加入液体介质的主要目的为借助液体提高***能量的转递，液体介质比起气体介质不宜压缩、密度更大，传播能量时损耗更小。液体介质还可以更好吸收***后产生的热量，避免产生由于热量过大产生明火导致的其他隐患。此外液体介质还可以吸收***产生的粉尘以及有毒有害气体，可以减小震动，改善工作环境，提高工作效率。
本发明的固体介质为高强度(固体介质强度越大，***时的动态冲击能力越大，维护裂缝不闭合能力越强，考虑到成本，抗压强度不低于70MPa)的成颗粒状的固体材料，固体介质主要的作用为以下两点：在***过程中借助***的***获得大量的能量，对岩石产生高速冲击，打击在岩石上后使岩石破坏产生裂缝；在岩石破坏后楔入爆生裂缝中，作为支撑剂维持爆生裂缝的张开状态，使其在围岩压力的作用下也不会闭合，不同钻孔之间生成的定向裂缝之间联通效果更好，最终形成更加连续的切缝面。
本发明的三相耦合介质聚能***原理图如图10所示，加入固体介质与液体介质后，二者与钻孔以及装置空隙内的气体介质-空气8共同作为耦合介质，形成固-液-气三相耦合介质，对***产生的能量以及***生成的振动波的传递效率更高，对四周产生冲击，对比传统的聚能***或聚能水压***威力大大提升。借助聚能管的聚能作用，将无序的能量转化为有序，能量被导向聚能方向，沿聚能方向射出，能量更加集中，利用率更高。聚能后由于聚能管仅在聚能方向发生断裂而不破碎，进一步保护了其他方向的围岩不受冲击且受力均匀，岩体完整的同时为定向裂缝的拉张破坏提供能量。***时除了常规***的爆轰波和高压气体的气楔作用外，还有高强度固体粒子的动态冲击作用以及吸收了大量能量的高压液体水射流的液楔作用，四重作用共同致裂煤岩体，形成定向拉张裂缝。
本发明的固-液-气三相耦合介质聚能***装置还包括聚能***管3、连接卡榫、***2、引线6、***5、固-液介质承装袋1，***5固定在***2中，引线6的一端与***5连接，另一端并从聚能孔3.2中引出连接***12，通过将***2、***5、承装有固体介质与液体介质的固-液介质承装袋1设置在聚能管的内部来实现聚能***的功能，并使用连接卡榫进行固定与连接，借助***5与引线6控制起爆的顺序与时间，来实现装置的实际使用。
本发明的聚能***管3包括聚能管体3.1和聚能结构，所述聚能管体3.1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3.1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3.2组成，多个聚能孔3.2等间距呈直线排列，且该直线与聚能管体3.1的轴线平行。
这种聚能孔是一种“点”式聚能，***时产生的能量通过这些小孔以“点”的形式聚能冲击岩体。聚能的方式还可以在管壁上开设聚能槽13，聚能槽13是“线”式聚能，***时产生的能量通过管壁上的槽以“直线”的形式聚能冲击岩体。此外，在管壁上还可以开设“聚能孔+管壁开槽”，实现“点-线”组合式聚能，吸纳“点”式聚能集中程度高和“线”式加工方便的优势。根据实际试验效果，“点式”聚能效果最佳，因此选用聚能孔方式定向。
本发明聚能***管的材料为阻燃、抗静电的材料，如PVC材料；在聚能管体3.1的内腔长轴方向为聚能方向，并且在管体内外进行刻线，聚能孔3.2沿刻线方向均匀排布在管壁上；；在聚能管体3.1的两端均带有T型凹槽，与连接卡榫适配连接。所述聚能孔为轴对称形状的聚能孔(如圆形孔、椭圆型孔、菱形孔、正六边形孔等)，且每个聚能孔的最长对称轴方向与刻线方向一致。选择轴对称型聚能孔的目的为与刻线相配合，辅助聚能管沿刻线方向线性释放能量。所述内腔的长轴与短轴的比例在16：9至4：3之间。这样能保证管壁厚度的控制，且在***时使得能量更好的聚集在聚能方向；所述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，处于该范围内在***时使得能量更好的聚集在聚能方向。
本发明的连接卡榫为“工”字形结构，上下用于和装药管连接的部分边缘为圆弧状，保证连接后与装药管外侧轮廓保持一直，不会凸起导致放入钻孔时造成干涉；连接时从T型槽侧面对齐后滑入，直至全部嵌入其中；卡榫与T型槽连接后更便于调整装药管位置，在放置时可以保证结构更加稳定不易滑动，并且在取出时更加轻松，例如发现哑炮后取出时，不需要与***接触即可将整组装置取出，安全性更高。在朝向向下的钻孔中放置时也可以避免调整过程中由于重力导致下方聚能管与上方聚能管脱离的情况发生。
综上，本发明的固体介质为高强度(抗压强度大于70MPa)的颗粒状固体材料，固体介质的主要作用为以下两点：(1)在***过程中借助***的***获得大量的能量，对岩石产生高速冲击，打击在岩石上后使岩石破坏产生裂缝；(2)在岩石破坏后楔入爆生裂缝中，作为支撑剂维持爆生裂隙的张开状态，使其在围岩压力的作用下不闭合，不同钻孔之间生成的裂缝之间联通效果更好。
本发明的液体介质在材料选取上有多种选择，从最简单的水或者加入无机盐的盐水，到加入其他对岩石破裂其辅助作用的成分或者辅助减轻***产生的有害因素的成分，例如加入硅酸钠后既可以促进***产生的硝化物完全反应生成无害气体，也可以对岩石起到一定的腐蚀作用，加强对岩石的破坏效果。加入液体介质的主要目的为借助液体提高***能量的转递，液体介质比起气体介质不易压缩、密度更大，传播能量时损耗更小。液体介质还可以更好吸收***后产生的热量，避免产生由于热量过大产生明火导致的其他隐患。此外液体介质还可以吸收***产生的粉尘以及有毒有害气体，可以减小震动，改善工作环境，提高工作效率。
本发明充分发挥了“爆轰波(***产生)+高速粒子冲击(固体介质产生)+高压水射流(液体介质产生)+高能气体致裂(***产生)”的四重作用，通过固-液介质提高***威力，相对于传统***威力更大，大幅度降低装药量，进而降低经济成本；减少***振动，降低***对周围物体的扰动作用，区域范围小，从而使后期支护更加简单方便。
Claims (8)
1.一种固-液-气三相耦合介质聚能***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***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***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***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***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***；瓦斯检查完毕后确认***工作面的人员全部撤离至安全范围内后，再引爆***装置，在***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***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、***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***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***槽及聚能孔的聚能作用，将***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***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；***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***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***装置中的***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***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***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***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***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***装置还包括聚能***管、连接卡榫、引线、***、固-液介质承装袋，***固定在***中，引线的一端与***连接，另一端从聚能孔中引出连接***，通过将***、***、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***的功能，并使用连接卡榫进行固定与连接，借助***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***装置定向切顶的方法，其特征在于，聚能***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***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***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。
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