CN112177521B - 一种脉冲作业控制巷道底鼓方法 - Google Patents
一种脉冲作业控制巷道底鼓方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112177521B CN112177521B CN202010865064.3A CN202010865064A CN112177521B CN 112177521 B CN112177521 B CN 112177521B CN 202010865064 A CN202010865064 A CN 202010865064A CN 112177521 B CN112177521 B CN 112177521B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- roadway
- hole
- probe
- bottom plate
- shock wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 73
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000003631 expected effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 94
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 16
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 14
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 14
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims description 12
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 11
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 10
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 10
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 9
- 239000011440 grout Substances 0.000 claims description 9
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 8
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 10
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 10
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 4
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000000246 remedial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/02—Surface sealing or packing
- E21B33/03—Well heads; Setting-up thereof
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/06—Measuring temperature or pressure
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D20/00—Setting anchoring-bolts
- E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
- E21D20/025—Grouting with organic components, e.g. resin
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
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，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，注浆的浆液选用单液水泥浆液，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24 Pa·S，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： 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， 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，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6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岩层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17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，进行后期注浆锚杆加固；在钻孔2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。
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。
为了提高锚固效果，在步骤S7中，注浆的浆液选用单液水泥浆液，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24 Pa·S，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2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），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（6）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（17）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（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，进行后期注浆锚杆加固；在钻孔（2）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。
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。
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，注浆的浆液选用单液水泥浆液，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24 Pa·S，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（2）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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010865064.3A CN112177521B (zh) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | 一种脉冲作业控制巷道底鼓方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010865064.3A CN112177521B (zh) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | 一种脉冲作业控制巷道底鼓方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112177521A CN112177521A (zh) | 2021-01-05 |
| CN112177521B true CN112177521B (zh) | 2021-06-22 |
Family
ID=73924368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010865064.3A Active CN112177521B (zh) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | 一种脉冲作业控制巷道底鼓方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112177521B (zh) |
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 |
-
2020
- 2020-08-25 CN CN202010865064.3A patent/CN112177521B/zh active Active
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 |
|---|
| 电脉冲可控冲击波煤储层增透原理与工程实践;张永民等;《煤炭科学技术》;20170930;第45卷(第9期);第79-85页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112177521A (zh) | 2021-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112096382B (zh) | 一种沿空巷道窄煤柱超前注浆加固方法 | |
| CN108868740B (zh) | 一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验方法 | |
| CN112096381B (zh) | 一种冲击地压巷道围岩卸压方法 | |
| CN112096383B (zh) | 一种沿空巷道脉冲切顶卸压方法 | |
| CN111022049B (zh) | 一种作业可控的切顶卸压沿空留巷方法 | |
| CN111270987B (zh) | 一种煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法 | |
| CN112412457B (zh) | 一种临空巷道回采工作面坚硬顶板地面脉冲切顶方法 | |
| CN109958421B (zh) | 一种预裂缝水力压裂切顶卸压施工方法及钻孔机具 | |
| EP2801697A1 (en) | Longwall working face, non-pillared mining method | |
| CN108691508B (zh) | 一种坚硬岩体强度弱化的掘进方法 | |
| CN113622913B (zh) | 一种全垮落法开采下井上下一体化隧道围岩变形控制方法 | |
| CN113431575B (zh) | 柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法 | |
| CN115749713A (zh) | 岩层变频脉冲缝网压裂方法与装备 | |
| CN112983418A (zh) | 一种煤矿井下采煤工作面回撤通道水力压裂卸压的方法 | |
| CN112160792A (zh) | 一种井下坚硬顶板的分段水力压裂工作方法 | |
| CN112177521B (zh) | 一种脉冲作业控制巷道底鼓方法 | |
| CN111894602A (zh) | 一种硬岩巷道掘进方法 | |
| CN113653506B (zh) | 一种高应力软岩隧道底板控制方法 | |
| CN111335900B (zh) | 高强锚注自成巷方法与系统 | |
| CN114233374A (zh) | 用于突泥涌水后斜井井筒塌腔区加固的地面注浆施工方法 | |
| CN114645715A (zh) | 一种区间盾构始发及接收施工方法 | |
| CN109522623B (zh) | 基于弱面的高强度岩石分裂方法和分裂装置 | |
| CN113203533A (zh) | 一种冲击地压大的巷道的支护体效验方法及设备 | |
| CN219472092U (zh) | 一种抽采钻孔水力割缝模拟试验设备 | |
| CN112115599B (zh) | 一种密集钻孔弱化顶板孔间距计算方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |