CN101644156B - 煤岩体水力爆破致裂弱化方法 - Google Patents

煤岩体水力爆破致裂弱化方法 Download PDF

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Abstract

一种煤岩体水力爆破致裂弱化方法，采用水力爆破致裂使煤岩体的结构发生改变，先在煤层内打钻孔，在孔中放入水胶炸药；然后进行封孔和注水，注水到设定压力，以不产生水压裂缝为准，停止注水，引爆炸药进行水压爆破，使钻孔围岩破裂，在钻孔周边产生大量的裂隙；然后进行水力致裂，在裂隙水压力的作用下，沿爆生裂隙扩展，形成数目较多的水压裂隙。既可有效的弱化煤岩体的强度，也可以降低弱化区域的围岩应力，又可提高煤层的透气性；是煤矿改善顶煤的冒放性、防治冲击矿压、防治煤与瓦斯突出、提高瓦斯抽采效率的有效技术途径。其工艺简单，施工方便，安全可靠，易操作，控制性好。

Description

煤岩体水力爆破致裂弱化方法
技术领域
本发明涉及水力致裂弱化方法，尤其是一种煤岩体水力爆破致裂弱化的方法。
背景技术
在煤炭开采过程中，采用放顶煤采煤法，如遇到坚硬顶煤时，便会难以放出顶煤，必须采取松动上覆煤的措施才能使顶煤放出，目前的处理方法一种是直接钻眼，然后装炸药爆破，以此使放顶煤或顶板松动，但该方法对弱化顶煤或顶板效果较差，若药量控制不当，易造成安全隐患；其次是单纯采用水力致裂法，该方法需要注入的水压非常大，不易控制孔内裂隙的扩展，且水力致裂的大裂缝数目少，操作要求比较高，控制不好易产生危险；在煤岩体水力致裂弱化时，需要掌握圆孔水压裂缝的起裂、扩展和失稳扩展三阶段的裂缝扩展方向和长度及其与时间的关系。根据水压裂缝扩展的模拟实验结果，水力致裂弱化主要形成水压主裂缝和翼型分支裂隙，水力致裂的大裂缝数目少。如何改善坚硬厚顶煤冒放性、处理坚硬顶板、煤岩体强度弱化防治冲击矿压、改善煤层透气性和防治煤与瓦斯突出等的有效技术途径，对于保障煤矿的安全高效生产具有重要的理论和现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种工艺简单，操作方便，控制性好，安全可靠，效果好的煤岩体水力爆破致裂弱化方法。
本发明的煤岩体水力爆破致裂弱化方法：包括用钻机向预开采的煤岩体打水力致裂弱化的钻孔，在钻孔内放入水胶炸药，并将引线引至钻孔外；
a、用封孔器或水泥砂浆将钻孔孔口封住后，向钻孔内注水，当注水到设定压力时，停止注水；
b、引爆水胶炸药进行水压爆破，在爆生压力作用下，使钻孔周边产生大量的裂隙；
c、注入高压水，使钻孔周边的裂隙进一步扩展，形成水压裂隙。
所述的钻孔的深度不小于5m；所述的注水压力不小于8MPa；要求爆生裂隙的长度大于3～5倍的钻孔直径。
有益效果：在坚硬煤体弱化中，能改善顶煤冒放性和降低冲击矿压危险性，提高煤层致裂裂隙的范围，便于瓦斯抽采及防治煤与瓦斯突出，以达到较为理想的技术效果。采用水力爆破致裂使煤岩体的结构产生改变，以增加水压裂缝数目，并提高了煤层的透气性，有效弱化了煤岩体的强度，降低了弱化区域的围岩应力，能有效解决水力致裂的大裂缝数目少的问题，是煤矿改善顶煤的冒放性、防治冲击矿压、防治煤与瓦斯突出、提高瓦斯抽采效率的有效技术途径，对防止上覆顶板大面积悬着而产生的冲击矿压具有重要意义。其工艺简单，控制性好，施工方便，安全可靠，效果好，具有广泛的实用性。
附图说明
附图是本发明的井下煤层水力爆破致裂弱化实例结构示意图
图中1：1-砂岩，2-煤层，3-钻孔，4-水胶炸药，5-引线，6-封孔器，7-高压注水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施作进一步描述：
实施例一：某矿煤层的平均厚度为4m，煤层2的硬度为f＝3，为近水平煤层2，上覆岩层为坚硬的砂岩1，其平均厚度25m，在煤矿井下采煤工作面煤层2内，采用钻机朝顶板打水力致裂弱化钻孔3，钻孔3的深度为20m，孔径为60mm。孔的间距约为15m，在孔中放入水胶炸药4，装药量为40g。并将引线5引至钻孔外，之后采用封孔器6或水泥砂浆将钻孔孔口封住，然后通过高压注水管7向钻孔内注入高压水，以不产生水压裂缝为准，停止注水，引爆水胶4炸药进行水压爆破，在爆生压力作用下，使钻孔3围岩破裂，在钻孔3周边产生大量的裂隙，要求爆生裂隙的长度大于3～5倍的钻孔3直径；然后注入约10MPa的高压水，进行水力致裂，在裂隙水压力的作用下，沿爆生裂隙扩展，形成数目较多的水压裂隙，以此达到了弱化煤岩体的目的，冒落的破碎顶板能够填满采空区。
实施例二：某煤矿层的平均厚度为9m，煤层2的硬度为f＝4，为近水平煤层，采放比为1∶2，在煤矿井下采煤工作面的煤层2内，采用钻机朝顶板打钻孔3，钻孔3的深度为50m，孔径为60mm，孔的间距为15m。在孔中放入水胶炸药4，装药量为60g，并将引线5引至钻孔外，之后采用封孔器6或水泥砂浆将钻孔孔口封住，然后通过高压注水管7向钻孔内注入高压水，以不产生水压裂缝为准，停止注水，引爆水胶炸药4进行水压爆破，在爆生压力作用下，使钻孔围岩破裂，在钻孔周边产生大量的裂隙，要求爆生裂隙的长度大于3～5倍的钻孔直径；然后注入约15MPa的高压水，进行水力致裂，在裂隙水压力的作用下，沿爆生裂隙扩展，形成数目较多的水压裂隙，以达到了弱化煤岩体的要求，可以顺利放出顶煤以及冒落的破碎顶板能够填满采空区。

Claims (2)

1.一种煤岩体水力爆破致裂弱化方法，包括用钻机向预开采的煤岩体打水力致裂弱化的钻孔(3)，在钻孔(3)内放入水胶炸药(4)，并将引线(5)引至钻孔(3)外，其特征在于：
a、用封孔器(6)或水泥砂浆将钻孔(3)孔口封住后，向钻孔(3)内注水，当注水到设定压力时，停止注水；
b、引爆水胶炸药(4)进行水压爆破，在爆生压力作用下，使钻孔(3)周边产生大量的裂隙；
c、注入压力不小于8MPa的高压水，使钻孔(3)周边的裂隙进一步扩展，形成水压裂隙，使爆生裂隙的长度大于3～5倍的钻孔直径。
2.根据权利要求1所述的煤岩体水力爆破致裂弱化方法，其特征在于：所述的钻孔(3)的深度不小于5m。
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