CN108278940A - 高应力巷道围岩液相等离子体爆破卸压方法 - Google Patents

Abstract

一种高应力巷道围岩液相等离子体爆破卸压方法，适用于深部高应力巷道围岩的应力释放与巷道支护。本发明通过在电解质溶液中实施强放电后激发产生的高温、高压、高密度液相离子等体集群对卸压孔周围岩石的冲击波扩张作用，在巷道浅部围岩内部形成爆扩空腔及裂隙区，使得巷道浅部的高应力得以释放并转移到卸压孔底以远的深部围岩中，从而达到降价巷道浅部围岩的应力水平，保持巷道围岩稳定以及提高巷道支护质量的目的。与传统以工业炸药为能源的爆破卸压相比，本发明的最大优势在于极大的降低、消除了使实施卸压爆破位置巷道围岩遭受破坏、甚至垮塌的危险，同时也具有不产生粉尘、无炮烟、不产生有毒有害气体、无抛掷、噪音小、成本等显著优势。

Description

高应力巷道围岩液相等离子体爆破卸压方法

技术领域

本发明涉及高应力巷道液相等离子体爆破卸压方法，适用于高应力巷道围岩稳定性控制与支护，属于高应力巷道围岩稳定性控制与巷道支护实践中非常重要的辅助手段。

背景技术

高应力巷道在围岩变形控制与支护过程中，传统的做法一般是先开挖卸压槽，或者采取爆破卸压的手段改善巷道围岩的应力状态，然后再实施锚杆或其他支护手段来控制围岩的变形。开挖卸压槽工程量比较大、费时费力，现场已很少采用。而采用爆破的方法改善巷道的高应力状态是目前较为常用的手段之一。

当在巷道一侧巷帮布置炮孔实施爆破卸压时，对于单个炮孔来讲，当装药在巷帮岩体内部爆炸时，将形成以爆点为中心的由近及远的不同区域，分别为压缩区、裂隙区和弹性振动区。空腔以及裂隙区的形成为巷道围岩应力状态的改善的关键。

但是实践中卸压爆破在带来巷道围岩应力状态改善的同时，几乎不可避免地造成实施爆破区段巷道帮部围岩、有时甚至波及巷道顶部围岩的破坏、坍塌，进而又增加了巷道支护的难度和成本。

此外，卸压爆破实施过程中还会产生大量烟尘、有毒有害气体和爆炸噪声等其他有害效应，其中最严重、最不能接受的就是对巷道围岩造成的破坏。因此说卸压爆破对爆破参数设计、实施过程的控制以及操作人员的技术水平要求很高，这也是爆破卸压这种措施难以大面积推广的主要原因。

传统的以工业炸药为能源的爆破卸压方法最大的问题是炸药爆炸的能量难以精确控制，爆破后会造成实施卸压爆破区段巷道的破坏，包括巷道帮部围岩以及顶部围岩的破坏，有时甚至是区段巷道的大面积垮塌；另外爆破过程中还会产生大量的粉尘、有毒有害气体，以及很高的爆炸噪声，所以通常在爆破后要有15-20min左右时间的排除炮烟时间，否则会危及作业人员的健康和安全。因此，在高应力巷道围岩支护实践中，探索更加有效的降低巷道围岩应力状态的技术措施，以提高巷道围岩稳定的持续时间和支护质量，已成为目前矿业工程技术人员一直在努力突破的关键问题之一。

发明内容

技术问题：本发的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种高应力巷道围岩液相等离子体爆破卸压方法，在实现高应力巷道围岩应力释放、转移，改善巷道围岩应力状态目标的同时，使所提供的爆破能量的大小可控，从而极大地减少、或杜绝传统爆破的有害效应。

技术方案：本发明的高应力巷道围岩液相等离子体爆破卸压方法，包括如下步骤：

1)对欲实施卸压爆破的巷道进行检查和清理准备工作，按照设计的位置、角度、卸压孔直径和深度在巷道帮部一侧、两侧、或巷道的底板施钻，钻凿卸压孔；

2)用木棍把与卸压孔直径和深度相当的塑料袋轻轻送入卸压孔中，塑料袋的开口端置于卸压炮孔口外；

3)将连接于电解质溶液储液罐的橡胶软管插入卸压孔里的塑料袋中，打开输液阀门，向卸压孔中的塑料袋内注入电解质溶液，待液面距离孔口60-80cm时，停止注液并收回软管；

4)将连接电容器的同轴电缆的放电电极插入卸压孔的电解质溶液中，然后移动预装在同轴电缆上的环状橡胶塞至卸压孔口部，并将环状橡胶塞缓慢推入卸压孔孔口段，使环状橡胶塞置于塑料袋内，完成卸压孔的封堵，以使液相等离子体集群的爆破作用被限制在卸压孔内，所有电容器、同轴电缆和放电电极均使用符合煤矿安全标准的防爆电容器、同轴电缆和放电电极；

5)打开电容器放电开关，电容器放电，强电解质溶液在放电电极发出的强大电能作用下产生高密度液相等离子体，并在放电瞬间形成高温、高压等离子集群冲击波，冲击波作用于卸压孔内的周壁岩石上，形成爆扩空腔和裂隙区，完成一个卸压孔内高应力巷道围岩的液相等离子体卸压爆破作业。

若卸压孔内的围岩强度较高时，电解质溶液液面距离孔口的距离取小值，围岩强度较低时，电解质溶液液面距离孔口的距离取大值，具体取值根据现场实际情况确定液面到孔口的距离。

所述的电解质溶液事先配置好并装入储液罐运至工作面，采用氯化钠作为电解质溶液，浓度按需要调配，按照氯化钠溶液重量0.05％～1％的比例加入硫酸铜，充分搅拌，形成强电解质溶液。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明克服了以工业炸药为能源的传统卸压爆破所带来的有害效应，提供一种全新的、安全的、绿色的以高温、高压、高密度液相等离子体群冲击波为能源的卸压爆破技术，在实现高应力巷道围岩应力释放、转移，改善巷道围岩应力状态目标的同时，使所提供的爆破能量的大小可控，并极大地减少、甚至杜绝了传统爆破的有害效应。通过在巷道底板实施液相等离子体爆破卸压作业，能降低巷道底板的应力水平，实现控制巷道底鼓的目的。利用高温、高压、高密度液相等离子体集群的冲击波作用，在巷道浅部围岩内部形成爆扩空腔和裂隙区，达到释放巷道浅部围岩中的高应力，降低巷道围岩的应力水平，和改善巷道围岩的应力状态，为巷道围岩的长时间稳定、提高巷道支护的质量以及提交巷道围岩稳定性控制的效率创造条件。与传统的以工业炸药为能源的爆破卸压措施相比，本发明具有如下显著优势：

1)液相等离子体卸压爆破几乎不会对实施卸压区段的巷道围岩(包括巷道的两帮和顶部)造成破坏，消除了传统卸压爆破破坏巷道的风险；

2)液相等离子体卸压爆破由于是高密度液相流体的高温、高压冲击波作用，所以更有利于在卸压孔周围岩石中形成较大范围的裂隙区，从而使得围岩应力水平降低的效果比传统卸压爆破更显著；

3)液相等离子体卸压爆破噪声极低，同时爆破过程中不产生粉尘和有毒有害气体，也没有炮烟，所以省去了传统方法的排除炮烟时间，既有利于爆破作业人员的安全和健康，也有利于缩短作业时间和提高效率。因此也被称为绿色岩石爆破卸压方法；

4)产生高密度等离子体所用的原材料来源广泛、价格便宜，使用后对环境无污染；

5)在配置多条同轴电缆和放电电极的情况下，能实现多个卸压孔同时实施卸压爆破作业，有利于提高作业效率；

6)实施爆破作业所用的电容器、同轴电缆及放电电极可重复使用，大大降低了作业成本。

7)液相等离子体爆破卸压的操作程序简单、安全，有利于推广使用。

附图说明

图1是本发明的高应力巷道围岩液相等离子体爆破卸压方法示意图。

图中：1-巷道围岩；2-卸压孔；3-塑料袋；4-电解质溶液；5-放电电极；6-环状橡胶塞，长度60cm；7-电容器；8-同轴电缆；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的高应力巷道围岩液相等离子体爆破卸压方法，具体步骤如下：

1)对欲实施卸压爆破的巷道进行检查和清理准备工作，按照设计的位置、角度、炮孔直径和深度在巷道帮部一侧、或两侧、或巷道的底板上施钻，钻凿卸压炮孔；

2)用木棍把与炮孔直径和深度相当的塑料袋轻轻送入卸压孔2中，塑料袋3的开口端置于卸压孔口外；

3)将连接于电解质储液罐的橡胶软管插入炮孔2里的塑料袋3中，打开输液阀门，向炮孔中的塑料袋内注入电解质溶液4，待液面距离孔口60-80cm时，停止注液并收回软管；若卸压孔内的围岩强度较高时，电解质溶液液面距离孔口的距离取小值，围岩强度较低时，电解质溶液液面距离孔口的距离取大值，根据现场实际情况确定液面到孔口的距离；

所述的电解质溶液4事先配置好并装入储液罐运至工作面，采用氯化钠电解质溶液，浓度按需要调配，并按照氯化钠溶液重量的0.05％～1％的比例加入硫酸铜，充分搅拌，形成强电解质溶液。

4)将连接防爆电容器7的同轴电缆8的放电电极5插入卸压孔内的电解质溶液4中，然后移动预装在同轴电缆上的环状橡胶塞6至卸压孔口部，并将环状橡胶塞6缓慢推入卸压孔2孔口段，使环状橡胶塞6置于塑料袋3内，完成卸压孔的封堵，以使液相等离子集群的爆破作用被限制在卸压孔内；所有电容器、同轴电缆和放电电极均使用符合煤矿安全标准的防爆电容器、同轴电缆和放电电极，使用环境应符合煤矿安全标准的要求，具有防爆性能；

5)安放电极的作业人员撤离至安全地点，电容器组操作人员打开电容器7放电开关，电容器7放电，强电解质溶液4在放电电极5发出的强大电能作用下产生高密度液相等离子体，并在放电瞬间形成高温高压离子集群冲击波，冲击波作用于卸压孔2内周壁的岩石上，形成爆扩空腔和裂隙区，完成一个卸压孔2内高应力巷道围岩液相等离子爆破卸压作业。

重复上述步骤，在欲实施卸压爆破的巷道两帮、底板钻凿成排卸压孔，并逐孔或一次多孔实施液相等离子体卸压爆破，从而实现区段高应力巷道帮部、底板的应力的大面积释放，即卸压，为巷道的有效支护提供有利条件。

Claims (3)

1.一种高应力巷道围岩液相等离子体爆破卸压方法，其特征在于包括如下步骤：

1）对欲实施卸压爆破的巷道进行检查和清理准备工作，按照设计的位置、角度、卸压孔直径和深度在巷道帮部一侧、两侧、或巷道的底板施钻，钻凿卸压孔；

2）用木棍把与卸压孔直径和深度相当的塑料袋轻轻送入卸压孔中，塑料袋的开口端置于卸压炮孔口外；

3）将连接于电解质溶液储液罐的橡胶软管插入卸压孔里的塑料袋中，打开输液阀门，向卸压孔中的塑料袋内注入电解质溶液，待液面距离孔口60-80cm时，停止注液并收回软管；

4）将连接电容器的同轴电缆的放电电极插入卸压孔的电解质溶液中，然后移动预装在同轴电缆上的环状橡胶塞至卸压孔口部，并将环状橡胶塞缓慢推入卸压孔孔口段，使环状橡胶塞置于塑料袋内，完成卸压孔的封堵，以使液相等离子体集群的爆破作用被限制在卸压孔内，所有电容器、同轴电缆和放电电极均使用符合煤矿安全标准的防爆电容器、同轴电缆和放电电极；

5）打开电容器放电开关，电容器放电，强电解质溶液在放电电极发出的强大电能作用下产生高密度液相等离子体，并在放电瞬间形成高温、高压等离子集群冲击波，冲击波作用于卸压孔内的周壁岩石上，形成爆扩空腔和裂隙区，完成一个卸压孔内高应力巷道围岩的液相等离子体卸压爆破作业。

2.根据权利要求1所述的一种高应力巷道围岩液相等离子体爆破卸压方法，其特征在于：若卸压孔内的围岩强度较高时，电解质溶液液面距离孔口的距离取小值，围岩强度较低时，电解质溶液液面距离孔口的距离取大值，具体取值根据现场实际情况确定液面到孔口的距离。

3.根据权利要求1所述的一种高应力巷道围岩液相等离子体爆破卸压方法，其特征在于：所述的电解质溶液事先配置好并装入储液罐运至工作面，采用氯化钠作为电解质溶液，浓度按需要调配，按照氯化钠溶液重量0.05%～1%的比例加入硫酸铜，充分搅拌，形成强电解质溶液。