CN112177521A - 一种脉冲作业控制巷道底鼓方法 - Google Patents
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Abstract
一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,在巷道左右两侧的帮部与底板的两交接处,以一定的间距分别布设一排倾斜设置的钻孔;利用钻孔触探仪对钻孔进行探测;依次获得不同深度的深度岩层受压情况和位移信息数据,直至完成整个钻孔的探测过程;数据采集仪根据获得的钻孔内压力和位移的信息数据,结合受压变形情况可为后期底板致裂制定合理的参数;利用电脉冲装置对巷道底板上的钻孔进行致裂作业;观察冲击波致裂范围,在达到预期效果后,取出电脉冲装置,并进行下一邻近钻孔的冲击作业,直至整个巷道底板致裂作业全部结束;完成巷道底板另一侧的钻孔致裂作业;进行后期注浆锚杆加固。该方法探测精度高,切底速度快,修复效果好。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下巷道底鼓控制技术领域,具体涉及一种脉冲作业控制巷道底鼓方法。
背景技术
现阶段,我国煤矿开采主要为井工开采模式,这种模式中,坚硬顶板是采场强矿压的主要因素之一。在井下开采过程中,巷道会出现强烈的矿压显现。巷道强矿压显现主要是由于巷道帮部对底板的挤压,即挤压性底鼓问题,这主要是由于帮部和顶板岩层完整,底板为软弱岩层,因而底板应力集中程度高,易出现底板鼓起现象,其支护难度大、维护成本过高,甚至难以维护。动压巷道因受采动影响,其应力环境较为复杂,易产生大变形,在多次修复后仍难以保证矿井的安全高效开采。由于受到采动的影响,给巷道造成了二次破坏,发生底鼓现象较为严重。存在的这些矿压问题,严重影响煤矿的安全生产,需要一种脉冲作业的方式来控制巷道底鼓的发生,以减小生产成本。
现有技术中,在探测方面,我国钻孔探测原位测试方法有超声波探测法、钻孔触探法、钻孔剪切法等。而由于原有的钻孔触探法在探头上只有单一的探针,对钻孔围岩进行探测,在探测时不仅测试方位有偏差,而且测试数据也不够精准。在底板控制方面,传统的对顶板爆破方式存在炸药消耗大、有危险性、动力扰动大等缺点。在巷道修复加固方面,通常采用传统的人为铲平修复、刚体支柱支撑和传统锚杆加固的方式,这些方式存在成本高、费时费工、支护效果差等缺点。因此,在巷道围岩控制领域,急需一种集探测、切底、修复于一体的创新高效巷道底板控制技术。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,该方法探测过程不易出现偏差,探测精度高,同时,切底速度快、安全性好,不会造成二次污染,且切底过程中的动力扰动小,不会损坏原有的支护,再者,其修复效果好;该方法集探测、切底、修复于一体,能有效保证煤矿的安全生产工作。
为了实现上述目的,本发明提供一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,包括钻孔触探仪和电脉冲装置,所述钻孔触探仪包括输送杆、升降器、探头、探针、手压泵和数据采集仪,所述输送杆为伸缩式杆件,输送杆的下端与升降器连接,其外径小于钻孔的内径;所述升降器安装在巷道内,升降器为可升降式结构,且俯仰角度可调节,从而不仅可以调整输送杆进入钻孔的深度,也可以调节输送杆的角度以适应不同角度的钻孔;所述探头安装在输送杆的上端,其顶端周身均匀的设置有四个径向安装孔,其内部还设置有连通到四个径向安装孔里端的油道,油道的进油口设置在探头的表面;探针的数量四个,四个探针分别安装在四个径向安装孔中,且两两成对的分布在x轴和y轴方向上;探针的里端外侧安装有活塞环,并通过活塞环与径向安装孔滑动密封配合,探针的长度小于径向安装孔的深度,且其里端还通过拉簧与径向安装孔的孔底连接;探针顶端的外部设置在压力传感器;在探头上设置有检测探针伸出长度的位移传感器;所述手压泵设置在巷道内,且通过油路与探头上的进油口连接;所述数据采集仪通过电缆与位移传感器和压力传感器连接;
所述电脉冲装置包括推杆、操作台、冲击波产生器、封孔器和控制器,所述推杆的上端与操作台连接,其外径小于钻孔的内径;所述操作台设置在巷道内,操作台用于控制推杆伸缩长度和俯仰角度的调节;所述冲击波产生器的尺寸小于钻孔的内径,其安装在推杆的上端,其外部相对的两侧固定嵌设有呈V字形的,聚能罩的里端与冲击波产生器的出口相连通;所述封孔器为筒式结构,其套设在推杆的外部,并与钻孔的孔口相配合,用于建立推杆与钻孔的孔口之间的密封连接;封孔器上设置有连通到其内腔中的注水口;控制器与操作台和冲击波产生器连接;
具体包括以下步骤;
S1:在巷道左右两侧的帮部与底板的两交接处,以一定的间距分别布设一排钻孔,每排钻孔均由巷道一侧倾斜45度向下且向外侧延伸到底板岩层中;每个钻孔的深度均为3m;
S2:利用钻孔触探仪对钻孔进行探测;通过调节升降器将输送杆放进钻孔的内部,并将探头输送到钻孔内的待测位置;启动手压泵工作通过油路和油道向径向安装孔中供油,油液同时推动四个活塞环向外侧移动,进而推动x轴方向上的两个探针分别沿x轴正、负两个方向同时伸出,推动y轴方向上的两个探针分别沿y轴正、负两个方向同时伸出;探针缓慢伸出后,其端部逐渐与岩层接触并压紧,直至深入到岩层中;数据采集仪利用压力传感器和位移传感器进行信号的实时采集,并根据采集的信号分析钻孔内压力和位移的信息数据,同时对信息数据进行记录和存储;断开手压泵和油路之间的连接,在拉簧的作用下,探针回缩到探头内部,再通过调节升降器带动输送杆回缩,使探头回缩至下一探测深度;依次获得不同深度的深度岩层受压情况和位移信息数据,直至完成整个钻孔的探测过程;
S3:数据采集仪根据获得的钻孔内压力和位移的信息数据,分析出不同深度岩层受压变形情况,并通过与其连接的显示装置进行受压变形情况的显示;结合受压变形情况推断出后续底板致裂所需的冲击波能量参数;
S4:利用电脉冲装置在巷道底板的第一个钻孔进行作业,通过操作台控制推杆伸入到钻孔的底部,利用封孔器封住钻孔的孔口,并通过连接在注水口上的水路进行注水作业;钻孔中注满水后,接通电源,冲击波通过冲击波产生器进行能量的释放,通过冲击波产生器上部安装的聚能罩将能量聚集瞬时释放,聚能罩进口尺寸小,出口尺寸大,且由进口向出口的尺寸逐渐向外部张开,能量释放的瞬间对岩层产生撕裂作用,冲击波沿着聚能罩方向定向致裂岩层,扩散的冲击波结合钻孔中的水形成电液效应,进而会对岩层进行撕裂式破坏,在冲击波重复作业时,岩层会产生裂隙,通过注水口持续低压注水,并保持恒定的水压,水沿着冲击波产生的裂隙,进入到岩层深部,利用水将冲击波耦合到岩层,水既能充当冲击波的传播介质,又能起到保护冲击波产生器的作用,重复进行多次冲击作业形成放射状致裂面,直至岩层裂隙扩展到指定范围,即完成该作业点的作业,接着收缩推杆至下一作业点位置,重复上一个作业点的作业方式,依次作业至距孔口0.3m处,即完成一个钻孔作业;控制器通过冲击波产生器能获得冲击波的实时延伸距离,进而获得致裂面的形状并在显示器上进行显示;
S5:通过控制器上连接的显示器观察冲击波致裂范围,在达到预期效果后,取出电脉冲装置,并进行下一邻近钻孔的冲击作业,重复步骤S4的操作,同时,通过水压的变化情况,判断当前钻孔的致裂范围是否与上一钻孔的致裂范围是否贯通,在两个相邻致裂面相通时,即完成该钻孔的冲击作业,并继续进行下一钻孔的冲击作业,直至整个巷道底板致裂作业全部结束,致裂作业全部结束后,巷道帮部与底板在致裂面处切断,阻断了巷道帮部对底板的挤压,减小巷道变形量;
S6:在巷道另一侧,重复步骤S4至步骤S5,完成巷道底板另一侧的钻孔致裂作业,切断巷道两侧帮部对底板的挤压;
S7:完成底板致裂后,根据底板的变形情况,进行后期注浆锚杆加固;在钻孔中先放入锚固剂,再打入注浆锚杆,从注浆锚杆上注浆口注入浆液,浆液沿着致裂面扩散,注浆量大,浆液与破碎岩体重新形成一个整体,增强了围岩的整体性,减小了底板的变形,底板变形控制过程完成。
进一步,为了提高锚固效果,在步骤S7中,所述注浆锚杆采用φ32mm×2800mm,锚固剂采用Z2270型中速树脂药卷,托盘尺寸为300mm×300mm×16mm。
进一步,为了提高锚固效果,在步骤S7中,所述注浆材料选用单液水泥浆液,水灰质量比为1:0.75,且搅拌时加入外加剂;外加剂为1:6的减水剂和膨胀剂的混合物,其浆液粘度24S,密度1.62G/CM3,结石率97%。
作为一种优选,所述钻孔孔径为75mm,相邻钻孔之间的间距为3m。
作为一种优选,所述探头直径54mm,探针直径5mm。
本方法中,通过对巷道钻孔进行前期的探测,能分析底板岩层受压情况,从而可以在必要时进行补强加固,以提高切断巷道帮部与底板作业的安全系数;采用探针进行探测时,每次测试均在垂直于钻孔的一个平面中进行,而探头上具有四个互相垂直的探针同时进行探测,能有效固定测试方位,有效的提高了探测精度。利用电冲击冲击波破碎岩层,形成致裂面,可以有效切断巷道两帮对底板的挤压,有效的完成了底板的卸压;该切断过程具有切断角度可控、作业区域可控和重复作业次数可控的特点;冲击波重复作业的时间很短,能使作业能快速、高效完成,不会造成二次污染,且动力扰动小,不会损坏原有的支护,同时,不会污染井下空气,安全性高。通过使聚能罩具有进口小,出口大的结构,能使冲击波瞬时释放出大量的能量,进而可以对周围岩层进行快速的撕裂,增加了初始冲击能量的强度;通过对巷道底板变形部分进行加固修复,保证了底板卸压后支护的稳固性和可靠性。本发明将探测、切底和修复过程系统的引入了煤矿巷道底板控制领域,改进了传统的钻孔触探法,取代了传统爆破和水力压裂的方法,增强了加固修复的支护效果,利用冲击波的可控性和高速传播特性,使整个沿空巷道切底卸压能快速、安全、高效的完成。使巷道帮部与底板在致裂面发生切断后,切断了帮部对底板的挤压,减小巷道形变量,通过锚注加固,使巷道底板更好的得到控制,并形成稳定的承载体,这样,既能做到底板载荷的有效卸除,也能避免下区段工作面回采对巷道造成二次采动影响。该方法操作过程简单,实施成本低廉,具有探测精准、切断快速安全、修复稳固等优点,有效保证了煤矿的安全高效生产工作,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明中巷道底板的示意图;
图2本发明中钻孔触探仪的结构示意图;
图3是本发明中钻孔与探头相配合的示意图;
图4是本发明中钻孔触探仪中探针触探的过程示意图;
图5是本发明中电脉冲装置的结构示意图;
图6是本发明中冲击波产生器与聚能罩的装配示意图;
图7是本发明中探头的结构示意图。
图中:1、致裂面,2、钻孔,3、岩层,4、电脉冲装置,5、巷道,6、手压泵,7、升降器,8、输送杆,9、探头,10、探针,11、电缆,12、数据采集仪,13、油路,14、控制器,15、聚能罩,16、操作台,17、冲击波产生器,18、推杆,19、封孔器,20、注水口,21、注浆锚杆,22、锚固剂,23、出浆口,24、径向安装孔,25、活塞环,26、拉簧,27、油道,28、进油口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图7所示,一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,包括钻孔触探仪和电脉冲装置4,所述钻孔触探仪包括输送杆8、升降器7、探头9、探针10、手压泵6和数据采集仪12,所述输送杆8为伸缩式杆件,输送杆8的下端与升降器7连接,其外径小于钻孔2的内径;所述升降器7安装在巷道5内,升降器7为可升降式结构,且俯仰角度可调节,从而不仅可以调整输送杆8进入钻孔2的深度,也可以调节输送杆8的角度以适应不同角度的钻孔2;所述探头9安装在输送杆8的上端,其顶端周身均匀的设置有四个径向安装孔24,其内部还设置有连通到四个径向安装孔24里端的油道27,油道27的进油口28设置在探头9的表面;探针10的数量四个,四个探针10分别安装在四个径向安装孔24中,且两两成对的分布在x轴和y轴方向上;探针10的里端外侧安装有活塞环25,并通过活塞环25与径向安装孔24滑动密封配合,探针10的长度小于径向安装孔24的深度,且其里端还通过拉簧26与径向安装孔24的孔底连接;探针10顶端的外部设置在压力传感器;在探头9上设置有检测探针10伸出长度的位移传感器;所述手压泵6设置在巷道5内,且通过油路13与探头9上的进油口28连接;所述数据采集仪12通过电缆11与位移传感器和压力传感器连接;
所述电脉冲装置4包括推杆18、操作台16、冲击波产生器17、封孔器19和控制器14,作为一种优选,控制器14的核心为单片机;所述推杆18的上端与操作台16连接,其外径小于钻孔2的内径;所述操作台16设置在巷道5内,操作台16用于控制推杆18伸缩长度和俯仰角度的调节;所述冲击波产生器17的尺寸小于钻孔2的内径,其安装在推杆18的上端,其外部相对的两侧固定嵌设有呈V字形的,聚能罩15的里端与冲击波产生器17的出口相连通;所述封孔器19为筒式结构,其套设在推杆18的外部,并与钻孔2的孔口相配合,用于建立推杆18与钻孔2的孔口之间的密封连接;封孔器19上设置有连通到其内腔中的注水口20;控制器14与操作台16和冲击波产生器17连接;作为一种优选,冲击波的破碎半径可控制为1.5m;
具体包括以下步骤;
S1:在巷道5左右两侧的帮部与底板的两交接处,以一定的间距分别布设一排钻孔2,每排钻孔2均由巷道5一侧倾斜45度向下且向外侧延伸到底板岩层3中;每个钻孔2的深度均为3m;
S2:利用钻孔触探仪对钻孔2进行探测;通过调节升降器7将输送杆8放进钻孔2的内部,并将探头9输送到钻孔2内的待测位置;启动手压泵6工作通过油路13和油道27向径向安装孔24中供油,油液同时推动四个活塞环25向外侧移动,进而推动x轴方向上的两个探针10分别沿x轴正、负两个方向同时伸出,推动y轴方向上的两个探针10分别沿y轴正、负两个方向同时伸出;探针10缓慢伸出后,其端部逐渐与岩层3接触并压紧,直至深入到岩层3中,此时x、y轴方向相当于存在一对作用力反作用力,从而给探针10在探测时,提供了稳固的力,从而能得出准确的数据;数据采集仪12利用压力传感器和位移传感器进行信号的实时采集,并根据采集的信号分析钻孔2内压力和位移的信息数据,同时对信息数据进行记录和存储;断开手压泵14和油路13之间的连接,在拉簧26的作用下,探针10回缩到探头9内部,再通过调节升降器7带动输送杆8回缩,使探头9回缩至下一探测深度;依次获得不同深度的深度岩层3受压情况和位移信息数据,直至完成整个钻孔2的探测过程;
S3:数据采集仪12根据获得的钻孔2内压力和位移的信息数据,分析出不同深度岩层3受压变形情况,并通过与其连接的显示装置进行受压变形情况的显示;结合受压变形情况推断出后续底板致裂所需的冲击波能量参数,以保证能提供合适的,或者较大的能量可以有效的致裂岩层;
作为一种优选,还可以对巷道5底板未变形部分进行提前探测,分析出受压情况,以便及时采取相应的补救措施;
S4:利用电脉冲装置4在巷道5底板的第一个钻孔2进行作业,通过操作台16控制推杆18伸入到钻孔2的底部,利用封孔器19封住钻孔2的孔口,并通过连接在注水口20上的水路进行注水作业;钻孔2中注满水后,接通电源,冲击波通过冲击波产生器17进行能量的释放,通过冲击波产生器17上部安装的聚能罩15将能量聚集瞬时释放,聚能罩15进口尺寸小,出口尺寸大,且由进口向出口的尺寸逐渐向外部张开,能确保冲击波能量可靠稳定的作用于岩层3;冲击波沿着聚能罩15方向定向致裂岩层3,能量释放的瞬间对岩层3产生撕裂作用,扩散的冲击波结合钻孔2中的水形成电液效应,进而会对岩层3进行撕裂式破坏,在冲击波重复作业时,岩层3会产生裂隙,通过注水口20持续低压注水,并保持恒定的水压,水沿着冲击波产生的裂隙,进入到岩层3深部,利用水将冲击波进一步耦合到岩层3,水既能充当冲击波的传播介质,又能起到保护冲击波产生器2的作用,重复进行多次冲击作业形成放射状致裂面1,直至岩层3裂隙扩展到指定范围,即完成该作业点的作业,接着收缩推杆18至下一作业点位置,重复上一个作业点的作业方式,依次作业至距孔口0.3m处,即完成一个钻孔2作业;冲击波在重复作用岩层3时,每一次作用对于下一次作用都是一次疲劳过程;控制器14通过冲击波产生器17能获得冲击波的实时延伸距离,进而获得致裂面1的形状并在显示器上进行显示;
S5:通过控制器14上连接的显示器观察冲击波致裂范围,在达到预期效果后,取出电脉冲装置4,并进行下一邻近钻孔2的冲击作业,重复步骤S4的操作,同时,通过水压的变化情况,判断当前钻孔2的致裂范围是否与上一钻孔2的致裂范围是否贯通,在两个相邻致裂面1相通时,即完成该钻孔2的冲击作业,并继续进行下一钻孔2的冲击作业,直至整个巷道5底板致裂作业全部结束,致裂作业全部结束后,巷道5帮部与底板在致裂面1处切断,阻断了巷道5帮部对底板的挤压,减小巷道5变形量;
S6:在巷道5另一侧,重复步骤S4至步骤S5,完成巷道5底板另一侧的钻孔2致裂作业,切断巷道5两侧帮部对底板的挤压;
S7:完成底板致裂后,根据底板的变形情况,进行后期注浆锚杆21加固;在钻孔2中先放入锚固剂22,再打入注浆锚杆21,从注浆锚杆上注浆口23注入浆液,浆液沿着致裂面扩散,注浆量大,浆液与破碎岩体重新形成一个整体,增强了围岩的整体性,减小了底板的变形,底板变形控制过程完成。
为了提高锚固效果,在步骤S7中,所述注浆锚杆21采用φ32mm×2800mm,锚固剂22采用Z2270型中速树脂药卷,托盘尺寸为300mm×300mm×16mm。
为了提高锚固效果,在步骤S7中,所述注浆材料选用单液水泥浆液,水灰质量比为1:0.75,且搅拌时加入外加剂;外加剂为1:6的减水剂和膨胀剂的混合物,其浆液粘度24S,密度1.62G/CM3,结石率97%。
作为一种优选,所述钻孔2孔径为75mm,相邻钻孔4之间的间距为3m。
作为一种优选,所述探头9直径54mm,探针10直径5mm。
通过对巷道钻孔进行前期的探测,能分析底板岩层受压情况,从而可以在必要时进行补强加固,以提高切断巷道帮部与底板作业的安全系数;采用探针进行探测时,每次测试均在垂直于钻孔的一个平面中进行,而探头上具有四个互相垂直的探针同时进行探测,能有效固定测试方位,有效的提高了探测精度。利用电冲击冲击波破碎岩层,形成致裂面,可以有效切断巷道两帮对底板的挤压,有效的完成了底板的卸压;该切断过程具有切断角度可控、作业区域可控和重复作业次数可控的特点;冲击波重复作业的时间很短,能使作业能快速、高效完成,不会造成二次污染,且动力扰动小,不会损坏原有的支护,同时,不会污染井下空气,安全性高。通过使聚能罩具有进口小,出口大的结构,能使冲击波瞬时释放出大量的能量,进而可以对周围岩层进行快速的撕裂,增加了初始冲击能量的强度;通过对巷道底板变形部分进行加固修复,保证了底板卸压后支护的稳固性和可靠性。本发明将探测、切底和修复过程系统的引入了煤矿巷道底板控制领域,改进了传统的钻孔触探法,取代了传统爆破和水力压裂的方法,增强了加固修复的支护效果,利用冲击波的可控性和高速传播特性,使整个沿空巷道切底卸压能快速、安全、高效的完成。使巷道帮部与底板在致裂面发生切断后,切断了帮部对底板的挤压,减小巷道形变量,通过锚注加固,使巷道底板更好的得到控制,并形成稳定的承载体,这样,既能做到底板载荷的有效卸除,也能避免下区段工作面回采对巷道造成二次采动影响。该方法操作过程简单,实施成本低廉,具有探测精准、切断快速安全、修复稳固等优点,有效保证了煤矿的安全高效生产工作,具有广阔的应用前景。
Claims (5)
1.一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,包括钻孔触探仪和电脉冲装置(4),所述钻孔触探仪包括输送杆(8)、升降器(7)、探头(9)、探针(10)、手压泵(6)和数据采集仪(12),所述输送杆(8)为伸缩式杆件,输送杆(8)的下端与升降器(7)连接,其外径小于钻孔(2)的内径;所述升降器(7)安装在巷道(5)内,升降器(7)为可升降式结构,且俯仰角度可调节,从而不仅可以调整输送杆(8)进入钻孔(2)的深度,也可以调节输送杆(8)的角度以适应不同角度的钻孔(2);所述探头(9)安装在输送杆(8)的上端,其顶端周身均匀的设置有四个径向安装孔(24),其内部还设置有连通到四个径向安装孔(24)里端的油道(27),油道(27)的进油口(28)设置在探头(9)的表面;探针(10)的数量四个,四个探针(10)分别安装在四个径向安装孔(24)中,且两两成对的分布在x轴和y轴方向上;探针(10)的里端外侧安装有活塞环(25),并通过活塞环(25)与径向安装孔(24)滑动密封配合,探针(10)的长度小于径向安装孔(24)的深度,且其里端还通过拉簧(26)与径向安装孔(24)的孔底连接;探针(10)顶端的外部设置在压力传感器;在探头(9)上设置有检测探针(10)伸出长度的位移传感器;所述手压泵(6)设置在巷道(5)内,且通过油路(13)与探头(9)上的进油口(28)连接;所述数据采集仪(12)通过电缆(11)与位移传感器和压力传感器连接;
所述电脉冲装置(4)包括推杆(18)、操作台(16)、冲击波产生器(17)、封孔器(19)和控制器(14),所述推杆(18)的上端与操作台(16)连接,其外径小于钻孔(2)的内径;所述操作台(16)设置在巷道(5)内,操作台(16)用于控制推杆(18)伸缩长度和俯仰角度的调节;所述冲击波产生器(17)的尺寸小于钻孔(2)的内径,其安装在推杆(18)的上端,其外部相对的两侧固定嵌设有呈V字形的,聚能罩(15)的里端与冲击波产生器(17)的出口相连通;所述封孔器(19)为筒式结构,其套设在推杆(18)的外部,并与钻孔(2)的孔口相配合,用于建立推杆(18)与钻孔(2)的孔口之间的密封连接;封孔器(19)上设置有连通到其内腔中的注水口(20);控制器(14)与操作台(16)和冲击波产生器(17)连接;
其特征在于,具体包括以下步骤;
S1:在巷道(5)左右两侧的帮部与底板的两交接处,以一定的间距分别布设一排钻孔(2),每排钻孔(2)均由巷道(5)一侧倾斜45度向下且向外侧延伸到底板岩层(3)中;每个钻孔(2)的深度均为3m;
S2:利用钻孔触探仪对钻孔(2)进行探测;通过调节升降器(7)将输送杆(8)放进钻孔(2)的内部,并将探头(9)输送到钻孔(2)内的待测位置;启动手压泵(6)工作通过油路(13)和油道(27)向径向安装孔(24)中供油,油液同时推动四个活塞环(25)向外侧移动,进而推动x轴方向上的两个探针(10)分别沿x轴正、负两个方向同时伸出,推动y轴方向上的两个探针(10)分别沿y轴正、负两个方向同时伸出;探针(10)缓慢伸出后,其端部逐渐与岩层(3)接触并压紧,直至深入到岩层(3)中;数据采集仪(12)利用压力传感器和位移传感器进行信号的实时采集,并根据采集的信号分析钻孔(2)内压力和位移的信息数据,同时对信息数据进行记录和存储;断开手压泵(14)和油路(13)之间的连接,在拉簧(26)的作用下,探针(10)回缩到探头(9)内部,再通过调节升降器(7)带动输送杆(8)回缩,使探头(9)回缩至下一探测深度;依次获得不同深度的深度岩层(3)受压情况和位移信息数据,直至完成整个钻孔(2)的探测过程;
S3:数据采集仪(12)根据获得的钻孔(2)内压力和位移的信息数据,分析出不同深度岩层(3)受压变形情况,并通过与其连接的显示装置进行受压变形情况的显示;结合受压变形情况推断出后续底板致裂所需的冲击波能量参数;
S4:利用电脉冲装置(4)在巷道(5)底板的第一个钻孔(2)进行作业,通过操作台(16)控制推杆(18)伸入到钻孔(2)的底部,利用封孔器(19)封住钻孔(2)的孔口,并通过连接在注水口(20)上的水路进行注水作业;钻孔(2)中注满水后,接通电源,冲击波通过冲击波产生器(17)进行能量的释放,通过冲击波产生器(17)上部安装的聚能罩(15)将能量聚集瞬时释放,聚能罩(15)进口尺寸小,出口尺寸大,且由进口向出口的尺寸逐渐向外部张开,能确保冲击波能量可靠稳定的作用于岩层(3);冲击波沿着聚能罩(15)方向定向致裂岩层(3),冲击波能量释放的瞬间对岩层(3)产生撕裂作用,扩散的冲击波结合钻孔(2)中的水形成电液效应,进而会对岩层(3)进行撕裂式破坏,在冲击波重复作业时,岩层(3)会产生裂隙,通过注水口(20)持续低压注水,并保持恒定的水压,水沿着冲击波产生的裂隙,进入到岩层(3)深部,利用水将冲击波进一步耦合到岩层(3),水既能充当冲击波的传播介质,又能起到保护冲击波产生器(2)的作用,重复进行多次冲击作业形成放射状致裂面(1),直至岩层(3)裂隙扩展到指定范围,即完成该作业点的作业,接着收缩推杆(18)至下一作业点位置,重复上一个作业点的作业方式,依次作业至距孔口0.3m处,即完成一个钻孔(2)作业;控制器(14)通过冲击波产生器(17)能获得冲击波的实时延伸距离,进而获得致裂面(1)的形状并在显示器上进行显示;
S5:通过控制器(14)上连接的显示器观察冲击波致裂范围,在达到预期效果后,取出电脉冲装置(4),并进行下一邻近钻孔(2)的冲击作业,重复步骤S4的操作,同时,通过水压的变化情况,判断当前钻孔(2)的致裂范围是否与上一钻孔(2)的致裂范围是否贯通,在两个相邻致裂面(1)相通时,即完成该钻孔(2)的冲击作业,并继续进行下一钻孔(2)的冲击作业,直至整个巷道(5)底板致裂作业全部结束,致裂作业全部结束后,巷道(5)帮部与底板在致裂面(1)处切断,阻断了巷道(5)帮部对底板的挤压,减小巷道(5)变形量;
S6:在巷道(5)另一侧,重复步骤S4至步骤S5,完成巷道(5)底板另一侧的钻孔(2)致裂作业,切断巷道(5)两侧帮部对底板的挤压;
S7:完成底板致裂后,根据底板的变形情况,进行后期注浆锚杆(21)加固;在钻孔(2)中先放入锚固剂(22),再打入注浆锚杆(21),从注浆锚杆(21)上注浆口(23)注入浆液,浆液沿着致裂面扩散,注浆量大,浆液与破碎岩体重新形成一个整体,增强了围岩的整体性,减小了底板的变形,底板变形控制过程完成。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,其特征在于,在步骤S7中,所述注浆锚杆(21)采用φ32mm×2800mm,锚固剂(22)采用Z2270型中速树脂药卷,托盘尺寸为300mm×300mm×16mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,其特征在于,在步骤S7中,所述注浆材料选用单液水泥浆液,水灰质量比为1:0.75,且搅拌时加入外加剂;外加剂为1:6的减水剂和膨胀剂的混合物,其浆液粘度24S,密度1.62G/CM3,结石率97%。
4.根据权利要求3所述的一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,其特征在于,所述钻孔(2)孔径为75mm,相邻钻孔(4)之间的间距为3m。
5.根据权利要求4所述的一种脉冲作业控制巷道底鼓方法,其特征在于,所述探头(9)直径54mm,探针(10)直径5mm。
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Citations (7)
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---|---|---|---|---|
SU1774013A1 (ru) * | 1990-10-10 | 1992-11-07 | Kommunarsk Gorno Metall Inst | Cпocoб paзpaбotkи угoльhыx плactob |
CN102220866A (zh) * | 2011-04-17 | 2011-10-19 | 山东科技大学 | 深部煤巷冲击地压卸压与加固协同防治方法 |
KR20180070873A (ko) * | 2016-12-19 | 2018-06-27 | 김영국 | 고전압 충격파를 이용한 암반파쇄 및 균열전파 공법 |
CN110130958A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-16 | 中国神华能源股份有限公司 | 一种沿空留巷底鼓的防治方法 |
CN111022095A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-04-17 | 中国矿业大学 | 一种防止巷道底鼓的支护结构及支护方法 |
CN111022049A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-04-17 | 中国矿业大学 | 一种作业可控的切顶卸压沿空留巷方法 |
CN111350503A (zh) * | 2020-03-03 | 2020-06-30 | 中国矿业大学 | 煤岩脉冲可控强波致裂煤岩体形成巷道防冲弱结构层的方法 |
-
2020
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1774013A1 (ru) * | 1990-10-10 | 1992-11-07 | Kommunarsk Gorno Metall Inst | Cпocoб paзpaбotkи угoльhыx плactob |
CN102220866A (zh) * | 2011-04-17 | 2011-10-19 | 山东科技大学 | 深部煤巷冲击地压卸压与加固协同防治方法 |
KR20180070873A (ko) * | 2016-12-19 | 2018-06-27 | 김영국 | 고전압 충격파를 이용한 암반파쇄 및 균열전파 공법 |
CN110130958A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-16 | 中国神华能源股份有限公司 | 一种沿空留巷底鼓的防治方法 |
CN111022095A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-04-17 | 中国矿业大学 | 一种防止巷道底鼓的支护结构及支护方法 |
CN111022049A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-04-17 | 中国矿业大学 | 一种作业可控的切顶卸压沿空留巷方法 |
CN111350503A (zh) * | 2020-03-03 | 2020-06-30 | 中国矿业大学 | 煤岩脉冲可控强波致裂煤岩体形成巷道防冲弱结构层的方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
张永民等: "电脉冲可控冲击波煤储层增透原理与工程实践", 《煤炭科学技术》 * |
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