CN111271065A - 一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法，属安全开采技术领域。在巷道的两帮的支护层外设置若干钻孔，在钻孔内放入气体致裂设备，调试好致裂设备的参数后，对煤岩体进行不同层次的分组爆破，形成煤岩体弱结构层，吸收冲击矿压释放的能量，防治冲击矿压。能有效致裂煤岩体实现煤岩体的弱结构层，吸收冲击矿压能量。在有效保护巷道支护层的前提下，能减弱冲击矿压破坏程度，对于冲击矿压的防治具有重要意义，而且气体爆破致裂煤岩体安全可靠，方便简单，无污染，在煤矿具有很高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下巷道掘进与安全开采技术领域，特别是气体致裂在煤矿井下巷道掘进与工作面实现弱结构应用的一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法。
背景技术
随着开采深度的增加，冲击矿压矿井数量将会逐渐增多，冲击矿压一旦发生，将会对矿井造成巨大的损失，对矿工的的生命造成极大的威胁。冲击矿压是在煤矿的开采过程中，由于采动影响使巷道及工作面原有的力学平衡受到破坏，其弹性能发生迅猛释放的动力现象。严重时会波及地面建筑物。因此，冲击矿压问题已成为煤矿掘进与开采、威胁矿井安全的一大技术难题。
冲击矿压发生次数随煤层开采深度增加，呈现非线性增长关系，冲击矿压防治技术的有效性，直接决定了冲击矿压的灾害性能否被有效降低。特别是在一些严重冲击矿压矿井，尽管采取了多种防治技术，还是没能消除冲击矿压这一灾害。
大部分煤矿煤层坚硬或者煤层上有完整的坚硬顶板，由于煤岩体的强度大、硬度高，煤岩体完整，容易积聚大量弹性能，影响巷道掘进与工作面的开采，同时对巷道的稳定性也构成威胁。巷道煤岩体一旦突然垮落，大量的弹性能突然释放，震动强烈，导致煤岩体冲击矿压的发生，对附近巷道或工作面也构成了极大的威胁。
气体致裂技术是一种用于煤炭掘进与开采的新型爆破设备，与传统的火药爆破技术不同，气体致裂发生一系列的物理爆破而非化学爆破。对煤矿的安全、高效掘进与开采有重要的意义。应用气体致裂技术控制坚硬顶板与两帮和气体致裂弱化技术实现弱结构层，吸收冲击矿压能量，应用于控制和防治冲击矿压，对冲击矿压矿井的安全开采、巷道支护和冲击矿压防治具有重要意义。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法，基于液态二氧化碳致裂或液态氮气致裂煤岩体实现弱结构层，使煤岩体破裂成为弱结构层，吸收冲击矿压能量，从而减弱冲击矿压能量对巷道两帮及顶板的威胁，防止冲击矿压的发生。
技术方案：本发明的一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法，包括如下步骤：
a.用钻机间隔距离分别从巷道左右两帮向煤岩体指定位置打若干个气体致裂钻孔，孔深不小于20m，气体致裂钻孔深度为巷道两帮距底板1.5～2.0m处，钻孔开孔与巷道帮部煤壁垂直，左帮与右帮的气体致裂钻孔位置对称或不对称；
b.向钻孔指定位置安装气体致裂装置，依次按顺序对若干气体致裂钻孔实施煤岩体气体爆破致裂，实现煤岩体破裂，使若干个气体致裂钻孔产生若干个致裂后弱结构层，实现巷道两帮煤岩体破裂，从而形成巷道防冲弱结构。
所述的若干气体致裂钻孔孔口之间的间隔距离为3～5m。
所述的若干个气体致裂钻孔垂直巷道两帮打入。
所述的若干气体致裂钻孔的钻孔直径为70～90mm。
所述的气体致裂装置送至气体致裂钻孔孔底位置。
有益效果：本发明采用吸收冲击矿压能量，防治冲击矿压的方法，利用二氧化碳致裂设备、氮气致裂设备致裂煤岩体，使煤岩体破裂成为弱结构层，吸收冲击矿压能量，从而减弱冲击矿压能量对巷道两帮及顶板的威胁，防止冲击矿压的发生。不仅安全有效的防治冲击矿压，也有利于降低煤矿生产成本。与现有技术相比，具有如下特点：
1)采用气体致裂设备形成弱结构层防治冲击矿压，将气体致裂所用二氧化碳致裂设备、氮气致裂设备送至气体致裂钻孔孔底位置，爆破后作用于煤岩体使煤岩体致裂破碎，并在爆破产生的冲击力和爆生气体作用下产生新的裂隙，达到预裂煤岩体的效果，形成弱结构层，及时吸收冲击矿压能量；
2)对巷道两帮的坚硬煤岩体进行致裂，形成弱结构层，吸收冲击矿压的能量，实现煤岩体弱化及应力转移，避免坚硬煤岩体巷道冲击矿压发生，同时也会降低附近巷道煤岩体应力，实现了巷道及工作面的稳定性；
3)本发明能有效的控制坚硬煤岩体巷道冲击矿压的发生，实现弱结构层，吸收冲击矿压能量，对于防治冲击矿压具有重要意义，而且气体致裂实现弱结构层简单、安全、方便、经济、实用。
附图说明
图1是本发明的强弱强及致裂结构示意图；
图2是巷道两帮气体致裂钻孔及气体致裂设备示意图；
图3是图1中巷道两帮弱结构示意图；
图4是巷道两帮气体致裂钻孔布置示意图。
图中：1-内强小结构支护层；2-巷道防冲弱结构层；3-外强大结构层；4-巷道；5-气体致裂钻孔；6-气体致裂设备；7-致裂后的弱结构层；8-巷道左帮；9-巷道右帮。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
如图1所示，本发明的一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法，基于气体致裂使煤岩体破裂实现弱结构层2，吸收冲击矿压能量，以此防治冲击矿压，具体步骤如下：
a.在巷道4沿掘进工作面施工的过程中，间隔距离向煤岩体中打若干气体致裂钻孔钻孔5，所述的若干个气体致裂钻孔5垂直巷道两帮打入，若干气体致裂钻孔孔口之间的间隔为3～5m，孔深不小于20m，若干气体致裂钻孔5的钻孔直径为70～90mm，气体致裂钻孔5位置根据煤岩性质及矿压观测记录确定，，左帮与右帮的气体致裂钻孔5对称或不对称布置；
b.向施工完成的气体致裂钻孔5孔内放入气体致裂设备6，所述的气体致裂装置送至气体致裂钻孔5孔底位置；对煤岩体进行不同层次的分组爆破，依次按顺序对若干气体致裂钻孔5实施煤岩体气体爆破致裂，形成煤岩体弱结构层，实现煤岩体破裂，使若干个气体致裂钻孔5产生若干个致裂后弱结构层7，实现巷道两帮煤岩体破裂，从而形成巷道防冲弱结构层2。所述的气体致裂设备6采用二氧化碳致裂设备或氮气致裂设备。
所述的巷道防冲弱结构层2是将坚硬的煤岩体进行致裂成破碎的小块，破碎的小块能更多的吸收冲击地压的能量，用来减少冲击地压对巷道及支护巷道的锚杆锚索的破坏。支护层就是用来打锚杆锚索的这一层煤岩体，称为内强小结构支护层1，外强大结构层3为位于巷道防冲弱结构层之外未遭受破坏完整性好的岩体，该岩体具有良好的承载能力，同时也是蓄积能量和传播冲击能量的良好介质。在内强小结构层支护层1中制造弱结构层2，可避免冲击地压能量经过外强大结构3对巷道4的损害。
如图2所示，在气体致裂钻孔5中指定位置，将致裂所用二氧化碳致裂设备或氮气致裂设备送至气体致裂钻孔孔底位置，通过对钻孔内施行气体爆破，从而使煤岩体形成弱结构层。
如图3所示，气体致裂钻孔5经气体致裂设备6对钻孔内施行气体爆破，从而使煤岩体形成弱结构层，致裂后的弱结构层7不用使煤岩体完全破碎，只需让煤岩体出现裂缝，就达到了煤岩体完整性受到破坏的目的。
如图4所示，在掘进巷道4中，巷道左帮8和巷道右帮9各打气体致裂钻孔5，孔间距3～5m，孔深不小于20m，气体致裂钻孔5的位置为巷道两帮距底板1.5～2.0m处开孔，钻孔开孔与巷道帮部煤壁垂直，左帮与右帮的气体致裂钻孔5位置对称，根据实际情况左帮与右帮的气体致裂钻孔5位置也可不对称。
Claims (5)
1.一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在巷道(4)沿掘进工作面施工的过程中，间隔距离向煤岩体中打若干气体致裂钻孔钻孔(5)，孔深不小于20m，气体致裂钻孔(5)位置根据煤岩性质及矿压观测记录确定，左帮与右帮的气体致裂钻孔(5)对称或不对称布置；
b.向施工完成的气体致裂钻孔(5)孔内放入气体致裂设备(6)，依次按顺序对若干气体致裂钻孔(5)实施煤岩体气体爆破致裂，实现煤岩体破裂，使若干个气体致裂钻孔(5)产生若干个致裂后弱结构层(7)，实现巷道两帮煤岩体破裂，从而形成巷道防冲弱结构。
2.根据权利要求1所述的一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法，其特征在于：所述的若干气体致裂钻孔孔口之间的间隔为3～5m。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法，其特征在于：所述的若干个气体致裂钻孔(5)垂直巷道两帮打入。
4.根据权利要求1所述的一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法，其特征在于：所述的若干气体致裂钻孔(5)的钻孔直径为70～90mm。
5.根据权利要求1所述的一种煤岩气裂形成巷道防冲弱结构层的方法，其特征在于：所述的气体致裂装置送至气体致裂钻孔(5)孔底位置。
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