CN108166953A - 射流割缝与co2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法 - Google Patents
射流割缝与co2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，具体包括如下步骤：从底抽巷或顶抽巷向煤层施工穿层措施孔；在措施孔进行径向的磨料射流割缝，形成扁平缝槽；向措施孔内放置CO2爆破管、注液管、返液管；用封孔器对措施孔进行封孔；通过注液管向措施孔内注入支撑剂和酸液，直至注满，并关闭返液管和注液管上的阀门；将CO2爆破管起爆；待现场安全后，打开注液管和返液管上的阀门对措施孔进行泄压，并取走CO2爆破管、注液管、返液管和高压胶囊封孔器；利用封孔管对措施孔封孔，并抽采瓦斯。本发明通过磨料射流割缝与CO2酸压爆破联作，形成技术的集成可快速大范围的降低煤岩应力和瓦斯压力，进而实现煤岩动力灾害防治。
Description
技术领域
本发明涉及射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法。
背景技术
随着开采深度的大幅增加，深部煤岩出现了高地应力、高瓦斯压力和低强度、低渗透性等复杂交织情况。在开采扰动下，内部集聚有大量能量的深部煤岩失稳破坏，发生伴有震动、变形、抛出以及声响、气浪等现象的兼具冲击和突出两种灾害特性的复合动力灾害。该类型煤岩动力灾害较冲击或突出单一灾害更难预测、更易发生，严重威胁了深部矿井的安全生产。
尽管煤岩复合动力灾害的发生机理处于未被彻底认识的阶段，但通过主动消减煤岩应力和瓦斯压力来防治灾害已成为大家的共识。对于不具备保护层开采这种最有效的区域性防治措施条件的单一煤层，以前单纯靠钻孔进行卸压和抽放的措施，不但工程量大，且由于煤岩透气性低而效果极差。
因此，目前常用的煤岩动力灾害防治方法是先采取水力冲孔、水力割缝、水力压裂或松动爆破等措施进行卸压增透，然后再抽采瓦斯。然而，水力冲孔、水力割缝等措施受设备能力、淹没射流等因素的制约，影响了其有效半径及治理效果。水力压裂、松动爆破等措施通过高压流体胀裂煤岩能在一定程度上将煤岩卸压并增加透气性，但因其裂缝扩展方向难易控制而无序扩展，造成卸压不均匀、产生应力集中而形成新的隐患，并且形成的裂隙于措施实施后的很短时间内在高地应力的作用下压实闭合，造成措施时效性差，效果也就大打折扣。同时，水力压裂设备庞大昂贵，操作危险复杂；松动爆破深孔装药困难，出现拒爆难以处理而造成新的隐患，且爆破震动大，可能引发突出等次生灾害。
发明内容
鉴于上述现有技术手段在煤岩动力灾害防治上的不足，本发明的目的是提供射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，快速大范围降低煤岩应力和瓦斯压力，进而实现煤岩动力灾害防治。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S100、从底抽巷或顶抽巷向煤层施工穿层措施孔；
S200、在措施孔的煤层段进行径向的磨料射流割缝，形成扁平缝槽；
S300、向措施孔内放置CO2爆破管、注液管、返液管，并将爆破引线引出孔外；
S400、用封孔器对措施孔进行封孔；
S500、通过注液管向措施孔内注入支撑剂和酸液，直至注满，并关闭返液管和注液管上的阀门；
S600、将CO2爆破管起爆；
S700、待现场安全后，打开注液管和返液管上的阀门对措施孔进行泄压，并取走CO2爆破管、注液管、返液管和高压胶囊封孔器；
S800、利用封孔管对措施孔封孔，并抽采瓦斯。
进一步，所述S100中，所述措施孔的开设位置需根据煤岩赋存及瓦斯大小情况进行综合确定。
进一步，所述措施孔需穿过岩层和煤层后再钻进0.5m。
进一步，所述S200中，在对措施孔的煤层段进行径向的磨料射流割缝前，需先在措施孔孔口安装防喷孔、防尘、防火的三防装置。
进一步，所述S400中，在利用封孔器对措施孔进行封孔时，封孔长度大于4m，封孔深度大于6m，并封至措施孔见煤处。
进一步，所述封孔器为高压胶囊封孔器。
进一步，所述S500中，所述酸液为含有盐酸和十二烷基硫酸钠的溶液。
进一步，所述酸液为由质量分数为10％的盐酸和质量分数为0.1％的十二烷基硫酸钠组成的溶液。
进一步，所述S500中，所述支撑剂为玻璃珠。
进一步，所述玻璃珠的粒径为0.5mm。
本发明的有益效果是：将磨料射流割缝可控制缝槽位置、CO2爆破使用方便且震动小、支撑剂可延缓裂隙闭合以及酸化可增加煤岩的孔隙率、透气性等各自的优点有机结合起来防治煤岩动力灾害；磨料射流割缝在煤层内预设的位置形成了扁平缝槽,并使附近一定范围的煤岩卸压、释放瓦斯；CO2爆破产生的高压气体携带着混有支撑剂的酸液楔入磨料射流形成的缝槽，并驱使缝槽扩展、延伸而在钻孔周围发育成裂隙网络；难以压缩的酸液可将CO2爆破能量高效均匀地传递到煤岩上，增大爆破开裂区，使煤岩松动卸压；随爆生气体压入煤岩裂隙内的玻璃珠，支撑裂隙得以长时间保持；酸液中的十二烷基硫酸钠是一种表面活性剂，可提高酸液渗透能力，扩大酸液浸润范围；随爆生气体压入煤岩内的酸液溶解、溶蚀充填于煤岩天然裂隙而导致煤岩渗透率很低的碳酸盐类、硫化物类等矿物，优化煤岩孔隙结构，疏通渗流通道，进而提高渗透性及瓦斯抽采效果；本发明通过磨料射流割缝与CO2酸压爆破联作，形成技术的集成可快速大范围的降低煤岩应力和瓦斯压力，进而实现煤岩动力灾害防治；实验结果表明，本发明方法在减少1/2以上钻孔的前提下，有效地增大了煤体的卸压范围和煤层透气性，单个钻孔有效影响范围扩大3-5倍，防治工程时间减少1/3以上；且工艺简单，操作方便，安全可靠，低耗高效，具有广泛的实用性。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图；
图3为射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法实施流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
如图1、图3所示，射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，具体包括如下步骤：
S100、从底抽巷向煤层2施工措施孔3穿过岩层1和煤层2后再钻进0.5m，其中，措施孔3的开设位置需根据现场煤层2相对于底抽巷的位置、煤层2厚度及瓦斯含量、压力等情况，综合确定钻孔布置方案；
S200、在措施孔3孔口安装防喷孔、防尘、防火的三防装置，然后在措施孔3内煤层段按一定间距进行磨料射流割缝(磨料射流割缝为现有成熟技术，故不详细叙述)，形成扁平缝槽4；
S300、将返液管5送至措施孔3的孔底，再将一定数量(根据煤层厚度、瓦斯大小及爆破管容量确定)的CO2爆破管6首尾依次连接好，放置到措施孔3的煤层段并将爆破引线7引致孔外,放入注液管8，并在返液管5外露端安装上阀门和注液管8外露端安装上阀门，其中，CO2爆破管6安装前，应先将CO2爆破管6、返液管5和注液管8与酸液接触的金属物进行防腐处理；
S400、用高压胶囊封孔器9封孔，封孔长度不小于4m，封孔深度不小于6m并封至措施孔3见煤处，以防爆破时将封孔器9压出(胶囊封孔为现有成熟技术，故不详细叙述)；
S500、将粒径0.5mm玻璃珠的加入质量分数为10％的盐酸和质量分数为0.1％的十二烷基硫酸钠组成的溶液中并充分混合后，通过注液管8泵入措施孔3内，直至返液管5返出溶液时，关闭返液管5上的阀门和注液管8上的阀门，并关停注液泵；
S600、采用电力起爆系统将CO2爆破管6起爆；
S700、检查现场，确认安全后，打开注液管8上的阀门和返液管5上的阀门进行泄压，然后取回封孔器9、注液管8、返液管5、CO2爆破管6等装置；
S800、利用封孔管对措施孔3封孔并抽采瓦斯。
实施例2
如图2、图3所示，射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，具体包括如下步骤：
S100、从顶抽巷向煤层2施工措施孔3穿过岩层1和煤层2后再钻进0.5m，其中，措施孔3的开设位置需根据现场煤层2相对于顶抽巷的位置、煤层2厚度及瓦斯含量、压力等情况，综合确定钻孔布置方案；
S200、在措施孔3孔口安装防喷孔、防尘、防火的三防装置，然后在措施孔3内煤层段按一定间距进行磨料射流割缝(磨料射流割缝为现有成熟技术，故不详细叙述)，形成扁平缝槽4；
S300、将返液管5送至措施孔3的孔底，再将一定数量(根据煤层厚度、瓦斯大小及爆破管容量确定)的CO2爆破管6首尾依次连接好，放置到措施孔3的煤层段并将爆破引线7引致孔外,放入注液管8，并在返液管5外露端安装上阀门和注液管8外露端安装上阀门，其中，CO2爆破管6安装前，应先将CO2爆破管6、返液管5和注液管8与酸液接触的金属物进行防腐处理；
S400、用高压胶囊封孔器9封孔，封孔长度不小于4m，封孔深度不小于6m并封至措施孔3见煤处，以防爆破时将封孔器9压出(胶囊封孔为现有成熟技术，故不详细叙述)；
S500、将粒径0.5mm玻璃珠的加入质量分数为10％的盐酸和质量分数为0.1％的十二烷基硫酸钠组成的溶液中并充分混合后，通过注液管8泵入措施孔3内，直至返液管5返出溶液时，关闭返液管5上的阀门和注液管8上的阀门，并关停注液泵；
S600、采用电力起爆系统将CO2爆破管6起爆；
S700、检查现场，确认安全后，打开注液管8上的阀门和返液管5上的阀门进行泄压，然后取回封孔器9、注液管8、返液管5、CO2爆破管6等装置；
S800、利用封孔管对措施孔3封孔并抽采瓦斯。
本发明所述的射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，通过磨料射流割缝在煤层2内预设的位置形成了扁平缝槽4，CO2爆破管6产生的高压气体携带着混有支撑剂的酸液楔入磨料射流形成的扁平缝槽4，并驱使扁平缝槽4扩展、延伸而在措施孔3周围发育成裂隙网络；随爆生气体压入煤岩裂隙内的玻璃珠，支撑裂隙得以长时间保持；酸液中的十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，可提高酸液渗透能力，扩大酸液浸润范围，压入煤层2裂隙内的酸液溶解、溶蚀裂缝附近因其充填于煤层2中的大量天然裂缝、裂隙而导致煤岩渗透率很低的碳酸盐类、硫化物类等矿物，优化煤岩孔隙结构，疏通渗流通道，进而提高煤岩渗透性及瓦斯抽采效果，另外，本发明通过磨料射流割缝与CO2酸压爆破联作，形成技术的集成可极大地降低煤岩应力和瓦斯压力，进而实现冲击地压及瓦斯突出等煤岩动力灾害的治理。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S100、从底抽巷或顶抽巷向煤层(2)施工穿层措施孔(3)；
S200、在措施孔(3)的煤层段进行径向的磨料射流割缝，形成扁平缝槽(4)；
S300、向措施孔(3)内放置CO2爆破管(6)、注液管(8)、返液管(5)，并将爆破引线(7)引出孔外；
S400、用封孔器(9)对措施孔(3)进行封孔；
S500、通过注液管(8)向措施孔(3)内注入支撑剂和酸液，直至注满，并关闭返液管(5)和注液管(8)上的阀门；
S600、将CO2爆破管(6)起爆；
S700、待现场安全后，打开注液管(8)和返液管(5)上的阀门对措施孔(3)进行泄压，并取走CO2爆破管(6)、注液管(8)、返液管(5)和高压胶囊封孔器(9)；
S800、利用封孔管对措施孔(3)封孔，并抽采瓦斯。
2.根据权利要求1所述射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，所述S100中，所述措施孔(3)的开设位置需根据煤岩赋存及瓦斯大小情况进行综合确定。
3.根据权利要求2所述射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，所述措施孔(3)需穿过岩层(1)和煤层(2)后再钻进0.5m。
4.根据权利要求1所述射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，所述S200中，在对措施孔(3)的煤层段进行径向的磨料射流割缝前，需先在措施孔(3)孔口安装防喷孔、防尘、防火的三防装置。
5.根据权利要求1所述射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，所述S400中，在利用封孔器(9)对措施孔(3)进行封孔时，封孔长度大于4m，封孔深度大于6m，并封至措施孔(3)见煤处。
6.根据权利要求5所述射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，所述封孔器(9)为高压胶囊封孔器。
7.根据权利要求1所述射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，所述S500中，所述酸液为含有盐酸和十二烷基硫酸钠的溶液。
8.根据权利要求7所述射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，所述酸液为由质量分数为10％的盐酸和质量分数为0.1％的十二烷基硫酸钠组成的溶液。
9.根据权利要求1所述射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，所述S500中，所述支撑剂为玻璃珠。
10.根据权利要求9所述射流割缝与CO2酸压爆破联作煤岩动力灾害防治方法，其特征在于，所述玻璃珠的粒径为0.5mm。
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