CN102562067A - 利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法 - Google Patents

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郭启文
林萌
史小卫
王晓彬
张彦起
张文勇
白新华
付江伟
孙明闯
李凯星
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Abstract

本发明涉及一种利用脉冲冲击岩层，使岩层产生大量裂缝释放岩层应力的利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法，直接从地面向目标层布置钻孔，利用电脉冲装置放电形成的脉冲以重复高能冲击波的形式通过射孔作用于岩层，使岩层产生大量裂隙，或使原始裂隙不断扩大，形成卸压带，实现释放冲击地压应力的效果，本发明避免了井下实施措施空间有限的限制，同时作业效率高，成本低，能耗少，安全系数高。

Description

利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法
技术领域
本发明涉及一种利用脉冲冲击岩层，使岩层产生大量裂缝释放岩层应力，从而实现治理冲击地压的方法。
背景技术
冲击地压是采矿过程中卸压失衡所造成。煤层上覆的坚硬岩石大面积悬顶不落，垮落时巨大的冲击力造成采掘空间被破坏，因此防治冲击地压必须从均衡卸压抓起。
传统防治冲击地压的方法有岩层注水软化、顶板钻孔爆破垮落和开采保护层。岩层注水软化是通过水的物理化学作用改变冲击煤层的物理力学性质，降低煤层的冲击倾向性和应力状态；钻孔卸压是利用钻孔方法消除或减缓冲击地压危险的一种解危措施。钻孔卸压的实质是利用高应力条件下煤层中积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤体，使煤层卸压、释放能量，消除冲击危险；开采保护层是在进行多层开采时，先开采没有冲击危险的煤层(保护层)，目的是解放有冲击危险的煤层，从而降低冲击地压的潜在危险性。常用治理冲击地压的技术有开采保护层、顶板注水软化、钻孔卸压和钻孔爆破等手段，这些方法都是从井下采取措施进行释放集中应力的。然而，井下实施的措施需要做大量工程，并且受井下空间、作业条件的限制，不能取得良好的治理效果。
发明内容
本发明的目的在于克服传统防治地压冲击方法的不足，而提供一种利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法，直接从地面向目标层布置钻孔，利用电脉冲装置放电形成的脉冲以重复高能冲击波的形式通过射孔作用于岩层，使岩层产生大量裂隙，或使原始裂隙不断扩大，形成卸压带，实现释放冲击地压应力的效果，作业效率高，成本低，能耗少，安全系数高。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法，其特征在于：操作步骤如下：
步骤1：从地面开始钻井，钻至稳定基岩层，停止钻井，下入地面套管固井；
步骤2：自稳定基岩层钻井，钻至进入煤层底板结束钻井，下入竖井套管固井；
步骤3：用射孔枪分别在煤层和煤层顶板岩层段向竖井套管四周射孔，使在煤层和煤层顶板岩层段的套管四周被穿透，形成多个孔；
步骤4：对煤层进行脉冲作业：首先，对煤层中的竖井套管进行分段，每一段为一个煤层射孔段，每一个煤层射孔段的长度是根据煤层的厚度、煤性以及裂隙发育程度而定；然后，将电脉冲装置下入至最下端煤层射孔段，自下而上，通过地面控制柜装置控制其在每个煤层射孔段进行放电，放电次数根据每个煤层射孔段中煤的硬度、煤层裂隙发育程度而定，放电形成的脉冲以重复高能冲击波的形式通过孔作用于煤层，使煤层产生大量裂缝，或使煤层原始裂缝不断扩大，形成煤层卸压带；
步骤5：对煤层顶板岩层段进行脉冲作业：首先，用河砂充填竖井套管至煤层顶板岩层段；其次，对煤层顶板岩层段中的竖井套管进行分段，每一段为一个煤层顶板岩层射孔段，每一个煤层顶板岩层射孔段的长度是根据煤层顶板岩层段岩石的岩性和岩石裂隙发育程度而定；然后，将电脉冲装置下入至最下端煤层顶板岩层射孔段，自下而上，通过地面控制柜装置控制其在每个煤层顶板岩层射孔段进行放电，放电次数根据该段岩层的岩性和岩石裂隙发育程度而定，放电形成的脉冲以重复高能冲击波的形式通过射孔作用于煤层顶板岩层，使煤层顶板岩层产生大量裂缝，或使煤层顶板岩层原始裂缝不断扩大，形成煤层顶板岩层卸压带。
所述的地面套管的内径是244.5mm，竖井套管的内径是139.7mm。
所述的电脉冲装置的放电电压、电流和放电频率是通过地面控制柜装进行调节和控制。
本发明所带来的有益效果：
1、本发明是从地面井下入电脉冲装置，利用电脉冲法智力井下冲击地压，避免了井下实施措施空间有限的限制，并且作业过程中安全性高。
2、电脉冲作业效率高，消耗能源少，投入成本低。
3、本发明现场作业工程量小，占用场地时间短。
说明书附图
图1是利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法对煤层进行脉冲作业的示意图。
图2是利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法对目标岩层进行脉冲作业的示意图。
具体实施方式
如图1所示，、一种利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法，其特征在于：操作步骤如下：
步骤1：从地面开始钻井，钻至稳定基岩层10，停止钻井，下入地面套管1固井；
步骤2：自稳定基岩层10钻井，钻至进入煤层底板结束钻井，下入竖井套管2固井；
步骤3：用射孔枪分别在煤层3和煤层顶板岩层段4向竖井套管2四周射孔，使在煤层3和煤层顶板岩层段4的套管2四周被穿透，形成多个孔5；
步骤4：对煤层3进行脉冲作业：首先，对煤层3中的竖井套管2进行分段，每一段为一个煤层射孔段，每一个煤层射孔段的长度是根据煤层3的厚度、煤性以及裂隙发育程度而定；然后，将电脉冲装置6下入至最下端煤层射孔段，自下而上，通过地面控制柜装置控制其在每个煤层射孔段进行放电，放电次数根据每个煤层射孔段中煤的硬度、煤层裂隙发育程度而定，放电形成的脉冲以重复高能冲击波的形式通过孔5作用于煤层3，使煤层3产生大量裂缝，或使煤层原始裂缝不断扩大，形成煤层卸压带7；
步骤5：对煤层顶板岩层段4进行脉冲作业：如图2所示，首先，用河砂8充填竖井套管2至煤层顶板岩层段4；其次，对煤层顶板岩层段4中的竖井套管2进行分段，每一段为一个煤层顶板岩层射孔段，每一个煤层顶板岩层射孔段的长度是根据煤层顶板岩层段4岩石的岩性和岩石裂隙发育程度而定；然后，将电脉冲装置6下入至最下端煤层顶板岩层射孔段，自下而上，通过地面控制柜装置控制其在每个煤层顶板岩层射孔段进行放电，放电次数根据该段岩层的岩性和岩石裂隙发育程度而定，放电形成的脉冲以重复高能冲击波的形式通过射孔5作用于煤层顶板岩层4，使煤层顶板岩层4产生大量裂缝，或使煤层顶板岩层4原始裂缝不断扩大，形成煤层顶板岩层卸压带9。
所述的地面套管1的内径是244.5mm，竖井套管2的内径是139.7mm。
所述的电脉冲装置6的放电电压、电流和放电频率是通过地面控制柜装进行调节和控制。

Claims (3)

1.一种利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法，其特征在于：操作步骤如下：
步骤1：从地面开始钻井，钻至稳定基岩层（10），停止钻井，下入地面套管（1）固井；
步骤2：自稳定基岩层（10）钻井，钻至进入煤层底板结束钻井，下入竖井套管（2）固井；
步骤3：用射孔枪分别在煤层（3）和煤层顶板岩层段（4）向竖井套管（2）四周射孔，使在煤层（3）和煤层顶板岩层段（4）的套管（2）四周被穿透，形成多个孔（5）；
步骤4：对煤层（3）进行脉冲作业：首先，对煤层（3）中的竖井套管（2）进行分段，每一段为一个煤层射孔段，每一个煤层射孔段的长度是根据煤层（3）的厚度、煤性以及裂隙发育程度而定；然后，将电脉冲装置（6）下入至最下端煤层射孔段，自下而上，通过地面控制柜装置控制其在每个煤层射孔段进行放电，放电次数根据每个煤层射孔段中煤的硬度、煤层裂隙发育程度而定，放电形成的脉冲以重复高能冲击波的形式通过孔（5）作用于煤层（3），使煤层（3）产生大量裂缝，或使煤层原始裂缝不断扩大，形成煤层卸压带（7）；
步骤5：对煤层顶板岩层段（4）进行脉冲作业：首先，用河砂（8）充填竖井套管（2）至煤层顶板岩层段（4）；其次，对煤层顶板岩层段（4）中的竖井套管（2）进行分段，每一段为一个煤层顶板岩层射孔段，每一个煤层顶板岩层射孔段的长度是根据煤层顶板岩层段（4）岩石的岩性和岩石裂隙发育程度而定；然后，将电脉冲装置（6）下入至最下端煤层顶板岩层射孔段，自下而上，通过地面控制柜装置控制其在每个煤层顶板岩层射孔段进行放电，放电次数根据该段岩层的岩性和岩石裂隙发育程度而定，放电形成的脉冲以重复高能冲击波的形式通过射孔（5）作用于煤层顶板岩层（4），使煤层顶板岩层（4）产生大量裂缝，或使煤层顶板岩层（4）原始裂缝不断扩大，形成煤层顶板岩层卸压带（9）。
2.根据权利要求1所述的利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法，其特征在于：地面套管（1）的内径是244.5mm，竖井套管（2）的内径是139.7mm。
3.根据权利要求1所述的利用脉冲致裂实现治理冲击地压的方法，其特征在于：电脉冲装置（6）的放电电压、电流和放电频率是通过地面控制柜装进行调节和控制。
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