CN105240044B - 一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，包括：钻孔；导管壁上开设有至少一个用于引导爆炸能量传播方向的引导孔；在导管内壁的底端，按自底向上顺序安装至少一个内部已安装有起爆装置的药包；引导孔与其中一个药包位于同一导管部位；各药包起爆装置通过导线串联后，将导线引出到导管外部；向钻孔内注水至孔口；将已固定好药包和水泥炮的导管缓慢、平稳地插入已注满水的钻孔内；引爆各药包，利用药包爆破能量和破坏、地震效应，在引导孔的引导作用下，在特定区域煤体内按一定延伸方向产生裂隙，进而形成抽瓦斯通道；定期启动抽气设备，通过抽瓦斯通道向外部抽取瓦斯，降低瓦斯突出风险。具有适用范围广、施工成本低和施工方便优点。

Description

一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法

技术领域

本发明涉及一种煤与瓦斯突出的防治方法，具体涉及一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法。

背景技术

在井下采掘过程中，煤与岩石常常一瞬间被从煤体中抛出，并伴随喷出大量瓦斯，该种现象称为煤与瓦斯突出，简称为"突出"。煤与瓦斯突出事故不仅会造成采掘工作面和通风系统的破坏，同时大量煤与瓦斯以极快的速度喷出，还可能会充塞巷道，造成人员窒息和瓦斯爆炸，危及井下作业人员的生命安全。因此，如何有效防治煤与瓦斯突出，具有重要现实意义。

现有技术中，防治煤与瓦斯突出的方法主要有：开采解放层、震动放炮、瓦斯抽放、水力冲孔、金属骨架支护、煤层注水、采用不同直径的超前钻孔和拦挡等。其中，开采解放层是最有效的常用措施。开采解放层是指：在多煤层矿井中，首先开采无瓦斯突出的煤层或突出危险性较小的煤层，释放瓦斯含量较高突出危险性较大邻近煤层中的瓦斯，借此消除邻近煤层瓦斯突出的危险。其中，首先开采的危险性较小的煤层称为保护层或解放层；后开采的煤层为被保护层或被解放层。一般情况下，解放层的解放范围(解放层与被解放层的垂距)不超过80米。

开采解放层的方法主要具有以下局限性：(1)解放层的解放范围有限；(2)仅适用于相邻煤层之间危险性差异较大的特定煤层，使用范围具有一定的局限性；(3)具有施工成本高、施工不方便的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，用以解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，包括以下步骤：

S1，确定具有瓦斯突出倾向的煤体位置坐标，得到需要被防治的特定区域煤体；

S2，在所述特定区域煤体内钻孔；

S3，导管壁上开设有至少一个用于引导爆炸能量传播方向的引导孔；在导管内壁的底端，按自底向上顺序安装至少一个内部已安装有起爆装置的药包；并且，引导孔与其中的药包位于导管同一部位，以利于形成定向裂隙；各药包的起爆装置通过导线串联后，将导线引出到导管外部，再在导管口位置堵塞水炮泥；

S4，向钻孔内注水至孔口；然后将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平稳地插入已注满水的钻孔内；

或者，首先将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平稳地插入空钻孔内；然后再向空钻孔内注满水；

S5，将引出到导管外部的导线接入发爆器，启动发爆器，引爆导管内的各个药包，各个药包爆炸，利用药包爆破能量和破坏、地震效应，在引导孔的引导作用下，在特定区域煤体内按一定延伸方向产生裂隙，进而形成抽瓦斯通道；导管顶端开口壁完整无损；

S6，若爆破导致导管冲出钻孔，将其重新插进钻孔复位，将抽气设备的进气口与导管顶端开口通过管路连通；定期启动该抽气设备，通过抽瓦斯通道向外部抽取瓦斯，降低瓦斯突出风险。

优选的，S1具体为：通过查阅地质资料，结合采矿和掘进现场，确定采煤面或者掘进面的地应力变化情况，最终确定具有瓦斯突出倾向的煤体位置坐标。

优选的，S2具体为：

在老顶来压之前、地应力尚未加大时，提前在特定区域煤体内钻孔；并且，钻孔时，利用所采煤层上下顺槽或者准备巷道钻孔。

优选的，S3中，所述导管采用钢塑管或者塑料管。

优选的，S3中，沿导管轴向方向，每隔预设距离开设一组平行的引导孔集；每一个引导孔集包括四个位于同一导管截面的引导孔，该四个引导孔均匀开设在导管周向方向，分别为第1引导孔、第2引导孔、第3引导孔和第4引导孔；并且，第1引导孔和第2引导孔的连线为垂直方向，第3引导孔和第4引导孔的连线为水平方向。

优选的，S3具体为：

导管长度为10-20米，在导管底部7米内，自导管底端向上，每隔100厘米开设一组平行的引导孔集，共开设4组平行的引导孔集；每一组平行的引导孔集包括6个引导孔集，相邻引导孔集之间的轴向距离为20厘米；每一个引导孔的直径为6～8毫米；

在每一组平行的引导孔集的导管内壁位置，均固定一个药包。

优选的，设钻孔直径为d_钻，导管的管径为d_管，则满足以下关系式：

d_钻-d_管≥20毫米。

优选的，导管的顶端开口处用水炮泥堵塞的长度为100厘米。

优选的，S5中，启动发爆器，引爆导管内的各个药包，各个药包爆炸具体为：

各起爆装置通电，各个药包同时爆炸；或者

每一个起爆装置内还嵌入已设定延时时间的延时装置；

同时向各起爆装置通电，基于延时装置的延时作用，使各药包按照自管底向上的顺序反向起爆。

优选的，S5中，所述起爆装置为毫秒瞬发电雷管；采用电起爆方式起爆。

本发明提供的利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，具有以下优点：

(1)充分利用已有的巷道和设备，利用地应力在时间、空间的变化规律，在地应力没有变大前，钻眼、爆破和抽气，减低瓦斯突出风险；具有施工方便、经济成本低的优点；

(2)通过在导管开设引导孔，可以引导爆炸能量传播方向，形成所需方向的煤体裂隙，由于引导孔的能量汇聚作用，进一步提高了裂隙产生的深度，提高爆破质量；

(3)只需一次爆破形成瓦斯抽取通道，后续过程中，只需定时抽取瓦斯即可，进一步简化了施工程序，提高了该工艺的实用性；

(4)抽出的瓦斯可送入瓦斯罐，或直接供给城市、工厂作为工业、民用燃料和化工原料，增加能源、减低温室气体排放；

(5)具有适用范围广的优点。

附图说明

图1为煤体周围顺槽和钻孔布置图；

图2为导管结构示意图；

图3为图2中C区域的局部放大图；

图4为图1沿A-A的截面图；

图5为固定药包后导管的结构示意图；

图6为抽取瓦斯系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

本发明提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，通过顶板来压前，煤与瓦斯突出危险较低的时间段，进行钻孔、注水、安装导管和安装起爆装置，对煤体引爆后形成瓦斯抽排通道，通过不断抽取瓦斯，降低瓦斯压力，减少瓦斯突出危险，从而提高作业人员安全性。

具体包括以下步骤：

S1，确定具有瓦斯突出倾向的煤体位置坐标，得到需要被防治的特定区域煤体；

本步骤具体为：通过查阅地质资料，结合采矿和掘进现场，确定采煤面或者掘进面的地应力变化情况，最终确定具有瓦斯突出倾向的煤体位置坐标。

S2，在所述特定区域煤体内钻孔；

本步骤具体为：在老顶来压之前、地应力尚未加大时，提前在特定区域煤体内钻孔；并且，钻孔时，利用所采煤层上下顺槽或者准备巷道钻孔，钻孔的参数，例如直径、眼深、倾角等，根据采区实际情况，结合现有设备型号、配置等确定。

如图1所示，为煤体周围顺槽和钻孔布置图；其中，1-第1工作面；2-运输顺槽；3-回风顺槽；4-配巷；5-联络巷；6-回风巷；7-皮带巷；8-钻孔；10-第2工作面。图1中箭头方向即为作业时的钻孔施工方向。由此可见，本发明在钻孔时，充分利用已有的巷道和设备，具有钻孔施工简单方便的优点。图1中共开设有四条钻孔，通过后续步骤，通过四条钻孔形成四条瓦斯抽取通道，然后开动抽气设备抽出瓦斯，降低瓦斯浓度，从而保证在第2工作面采煤作业时的安全性。

S3，导管壁上开设有至少一个用于引导爆炸能量传播方向的引导孔；引导孔实质为一种聚能结构。在导管内壁的底端，按自底向上顺序安装至少一个内部已安装有起爆装置的药包；并且，引导孔与其中一个药包位于导管同一部位，以利于形成定向裂隙；各药包的起爆装置通过导线串联后，将导线引出到导管外部，再在导管口位置堵塞水炮泥；

如图5所示，为固定药包后导管的结构示意图；其中，52为药包，51为串联各药包的起爆装置的导线，也可称为起爆网络。

其中，导管的材质和结构根据现场情况确定，可以采用钢塑管或者塑料管，具有重量轻、便于安装的优点。

药包和药量等参数，按照实际具体情况确定。

引导孔优选采用以下布设方式：沿导管轴向方向，每隔预设距离开设一组平行的引导孔集；每一个引导孔集包括四个位于同一导管截面的引导孔，该四个引导孔均匀开设在导管周向方向，可参考图4，分别为第1引导孔、第2引导孔、第3引导孔和第4引导孔；并且，第1引导孔和第2引导孔的连线为垂直方向，第3引导孔和第4引导孔的连线为水平方向。通过该种布置方式，可引导裂缝向上下以及左右方向延伸，形成所需的煤体裂隙。

作为一种具体示例，当钻孔参数如下时：直径：89毫米；眼深：14米；倾角15度。

导管长度选定为10-20米，如图2所示，为导管结构示意图；导管长度为14米，其中，20-导管；21-引导孔；在导管底部7米内，自导管底端向上，每隔100厘米开设一组平行的引导孔集，共开设4组平行的引导孔集；每一组平行的引导孔集包括6个引导孔集，相邻引导孔集之间的轴向距离为20厘米；每一个引导孔的直径为6～8毫米；对应的，共向导管内安装4个药包；其中，药包为直径76mm乳化药卷，每个药包质量1kg。

参考图3，为图2中C区域的局部放大图，如图4所示，为图1沿A-A的截面图；在图4中，导管的直径为8厘米，并且，41代表第1引导孔；42代表第2引导孔，43代表第3引导孔，44代表第4引导孔。

需要强调的是，本发明图2、图3和图4中所标注数字的单位均为毫米。

设钻孔直径为d_钻，导管的管径为d_管，则满足以下关系式：

d_钻-d_管≥20毫米。

导管的顶端开口处用水炮泥堵塞的长度为100厘米。

S4，向钻孔内注水至孔口；然后将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平稳地插入已注满水的钻孔内；

或者，首先将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平稳地插入空钻孔内；然后再向空钻孔内注满水；

上述两种方式注水时，注水不需要额外加压，普通灌注即可。

实际应用中，优先选用先向钻孔内注水至孔口，再将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平稳地插入已注满水的钻孔内；此时，相邻药包之间被水间隔，水的主要作用是传递爆炸应力，而且作为一种惰性介质，有利于提高安全；该种方式的安全性更高。

S5，将引出到导管外部的导线接入发爆器，启动发爆器，引爆导管内的各个药包，各个药包爆炸，利用药包爆破能量和破坏、地震效应，在引导孔的引导作用下，在特定区域煤体内按一定延伸方向产生裂隙，进而形成抽瓦斯通道；导管顶端开口壁完整无损；

其中，药包可采用以下两种方式引爆：

(1)第一种

各起爆装置通电，各个药包同时爆炸。

(2)第二种

每一个起爆装置内还嵌入已设定延时时间的延时装置；

同时向各起爆装置通电，基于延时装置的延时作用，使各药包按自管底向上顺序反向起爆。延时时间根据实际需要设定，可以为毫秒级延时时间。

另外，本发明中，起爆装置可采用毫秒瞬发电雷管；采用电起爆方式起爆。

S6，若爆破导致导管冲出钻孔，将其重新插进钻孔复位，将抽气设备的进气口与导管顶端开口通过管路连通；定期启动该抽气设备，通过抽瓦斯通道向外部抽取瓦斯，降低瓦斯突出风险。其中，管路可以采用软管，如图6所示，为抽取瓦斯系统的结构示意图，其中，9为抽气设备；61即为连通各个导管顶端开口的软管。各软管构成了导管回路。

综上所述，本发明提供的利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，具有以下优点：

(1)充分利用已有的巷道和设备，利用地应力在时间、空间的变化规律，在地应力没有变大前，钻眼、爆破和抽气，减低瓦斯突出风险；具有施工方便、经济成本低的优点；

(2)通过在导管开设引导孔，可以引导爆炸能量传播方向，形成所需方向的煤体裂隙，由于引导孔的能量汇聚作用，进一步提高了裂隙产生的深度，提高爆破质量；

(3)只需一次爆破形成瓦斯抽取通道，后续过程中，只需定时抽取瓦斯即可，进一步简化了施工程序，提高了该工艺的实用性；

(4)抽出的瓦斯可送入瓦斯罐，或直接供给城市、工厂作为工业、民用燃料和化工原料，增加能源、减低温室气体排放；

(5)具有适用范围广的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，确定具有瓦斯突出倾向的煤体位置坐标，得到需要被防治的特定区域煤体；

S2，在所述特定区域煤体内钻孔；

S3，导管壁上开设有至少一个用于引导爆炸能量传播方向的引导孔；在导管内壁的底端，按自底向上顺序安装至少一个内部已安装有起爆装置的药包；并且，引导孔与其中的药包位于导管同一部位，以利于形成定向裂隙；各药包的起爆装置通过导线串联后，将导线引出到导管外部，再在导管口位置堵塞水炮泥；

S4，向钻孔内注水至孔口；然后将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平稳地插入已注满水的钻孔内；

或者，首先将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平稳地插入空钻孔内；然后再向空钻孔内注满水；

S5，将引出到导管外部的导线接入发爆器，启动发爆器，引爆导管内的各个药包，各个药包爆炸，利用药包爆破能量和破坏、地震效应，在引导孔的引导作用下，在特定区域煤体内按一定延伸方向产生裂隙，进而形成抽瓦斯通道；导管顶端开口壁完整无损；

S6，若爆破导致导管冲出钻孔，将其重新插进钻孔复位，将抽气设备的进气口与导管顶端开口通过管路连通；定期启动该抽气设备，通过抽瓦斯通道向外部抽取瓦斯，降低瓦斯突出风险；

S2具体为：

在老顶来压之前、地应力尚未加大时，提前在特定区域煤体内钻孔；并且，钻孔时，利用所采煤层上下顺槽或者准备巷道钻孔；

S3中，沿导管轴向方向，每隔预设距离开设一组平行的引导孔集；每一个引导孔集包括四个位于同一导管截面的引导孔，该四个引导孔均匀开设在导管周向方向，分别为第1引导孔、第2引导孔、第3引导孔和第4引导孔；并且，第1引导孔和第2引导孔的连线为垂直方向，第3引导孔和第4引导孔的连线为水平方向；

S3具体为：

导管长度为10-20米，在导管底部7米内，自导管底端向上，每隔100厘米开设一组平行的引导孔集，共开设4组平行的引导孔集；每一组平行的引导孔集包括6个引导孔集，相邻引导孔集之间的轴向距离为20厘米；每一个引导孔的直径为6～8毫米；

在每一组平行的引导孔集的导管内壁位置，均固定一个药包；

设钻孔直径为d_钻，导管的管径为d_管，则满足以下关系式：

d_钻-d_管≥20毫米；

S5中，启动发爆器，引爆导管内的各个药包，各个药包爆炸具体为：

各起爆装置通电，各个药包同时爆炸；或者

每一个起爆装置内还嵌入已设定延时时间的延时装置；

同时向各起爆装置通电，基于延时装置的延时作用，使各药包按照自管底向上的顺序反向起爆。

2.根据权利要求1所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，其特征在于，S1具体为：通过查阅地质资料，结合采矿和掘进现场，确定采煤面或者掘进面的地应力变化情况，最终确定具有瓦斯突出倾向的煤体位置坐标。

3.根据权利要求1所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，其特征在于，S3中，所述导管采用钢塑管或者塑料管。

4.根据权利要求1所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，其特征在于，导管的顶端开口处用水炮泥堵塞的长度为100厘米。

5.根据权利要求1所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，其特征在于，S5中，所述起爆装置为毫秒瞬发电雷管；采用电起爆方式起爆。