CN114199088B - 二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构及刷扩工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构及刷扩工艺，二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，包括第一圈孔、第二圈孔、第三圈孔、周边孔和溜灰孔，二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓刷扩工艺，包括钻孔、安装致裂器和起爆致裂器。本发明，通过利用二氧化碳致裂器进行刷扩井底煤仓，具有无明火、安全、高效的特点，能够替代传统的炸药爆破，改善了煤矿安全生产条件；本发明的布孔方式，并在二氧化碳致裂器的配合作用下，能够达到高效爆破的目的，由于二氧化碳致裂器释放的压力小，其对煤仓壁围岩的震动破坏小，煤仓壁围岩的破坏程度大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及井底煤仓刷扩技术领域。具体地说是二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构及刷扩工艺。
背景技术
煤仓是煤矿硐室中施工难度较大的一项工程，目前，国内煤仓掘进施工一直采用炸药爆破，但在实践中存在一些问题，主要表现为：煤仓壁围岩震动破坏大；炮烟污染环境；在炮孔成孔质量较差或孔内有大量岩渣时，装药困难；采用炸药爆破掘进易产生“哑炮”，而处理“哑炮”存在极大危险性；炸药爆破存在引爆瓦斯煤尘的危险性；火工品运输、储存、使用的安全要求与间接成本非常高。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种布孔合理，对煤仓壁围岩震动破坏小的二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构及刷扩工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，包括第一圈孔、第二圈孔、第三圈孔、周边孔和溜灰孔，所述溜灰孔位于所述煤仓的中部，所述第一圈孔、所述第二圈孔、所述第三圈孔和所述周边孔均位于所述溜灰孔的四周，所述第一圈孔、所述第二圈孔、所述第三圈孔和所述周边孔至所述溜灰孔的径向距离依次增大。
上述二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，所述溜灰孔的开孔方向垂直于所述井底煤仓工作面，所述溜灰孔的轴线与所述井底煤仓的轴线重合。
上述二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，所述溜灰孔的直径为2000mm，所述溜灰孔的深度与煤仓深度相同。
上述二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，所述第一圈孔以溜灰孔的轴线为轴心分布在所述溜灰孔的四周；所述第二圈孔以溜灰孔的轴线为轴心分布在所述第一圈孔的四周；所述第三圈孔以溜灰孔的轴线为轴心分布在所述第二圈孔的四周；所述周边孔以所述溜灰孔的轴线为轴心分布在所述第三圈孔的四周。
上述二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，所述第一圈孔以溜灰孔的轴线为轴心均匀分布在所述溜灰孔的四周，每个所述第一圈孔与所述溜灰孔的孔距相同；所述第二圈孔以溜灰孔的轴线为轴心均匀分布在所述第一圈孔的四周，每个所述第二圈孔与所述溜灰孔的孔距相同；所述第三圈孔以溜灰孔的轴线为轴心均匀分布在所述第二圈孔的四周，每个所述第三圈孔以溜灰孔与所述溜灰孔的孔距相同；所述周边孔以所述溜灰孔的轴线为轴心均匀分布在所述第三圈孔的四周，每个所述周边孔与所述溜灰孔的孔距相同。
上述二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，在所述井底煤仓任意横截面上：经过所述溜灰孔中心的一条水平中心线为第一水平中心线Y，经过所述溜灰孔中心的另一条水平中心线为第二水平中心线X，且所述第一水平中心线Y与所述第二水平中心线X垂直；一个所述第一圈孔的圆心位于所述第一水平中心线Y上；至少一个所述第二圈孔的圆心位于所述第二水平中心线X上；至少一个所述第三圈孔的圆心位于所述第一水平中心线Y上；至少一个所述周边孔的圆心位于所述第二水平中心线X上。
上述二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，所述第一圈孔、所述第二圈孔、所述第三圈孔和所述周边孔的开孔方向均与所述井底煤仓工作面垂直。
上述二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，述第一圈孔的数量为9个，所述第二圈孔的数量为10个，所述第三圈孔的数量为10个，所述周边孔的数量为18个，在同一横截面上：所述第一圈孔圆心至所述溜灰孔圆心的距离为1500mm，所述第二圈孔圆心至所述溜灰孔圆心的距离为2500mm，第三圈孔圆心至所述溜灰孔圆心的距离为3500mm，周边孔圆心至所述溜灰孔圆心的距离为4600mm，所述第一圈孔、所述第二圈孔、所述第三圈孔和所述周边孔的开孔深度均为1200mm、孔内径均为70mm，所述井底煤仓的直径为10000mm。
二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓刷扩工艺，包括以下步骤：
步骤A：钻孔：在井底煤仓的轴线上钻出溜灰孔，并以溜灰孔为中心，在溜灰孔的四周钻出第一圈孔、第二圈孔、第三圈孔和周边孔，所述第一圈孔、所述第二圈孔、所述第三圈孔和所述周边孔至所述溜灰孔的径向距离依次增大；
步骤B：安装致裂器：在第一圈孔、第二圈孔、第三圈孔和周边孔内装入二氧化碳致裂器；
步骤C：起爆致裂器：第一步起爆第一圈孔内的二氧化碳致裂器，第二步起爆第二圈孔内的二氧化碳致裂器，第三步起爆第三圈孔内的二氧化碳致裂器，第四步起爆周边孔内的二氧化碳致裂器。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
1、本发明，通过利用二氧化碳致裂器进行刷扩井底煤仓，具有无明火、安全、高效的特点，能够替代传统的炸药爆破，改善了煤矿安全生产条件。
2、本发明的布孔方式，并在二氧化碳致裂器的配合作用下，能够达到高效爆破的目的，由于二氧化碳致裂器释放压力小，对煤仓壁围岩的震动破坏小，煤仓壁围岩的破坏程度大大降低。
附图说明
图1本发明井底煤仓布孔结构示意图；
图2本发明井底煤仓布孔结构的侧视剖面结构示意图；
图中附图标记表示为：1-第一圈孔；2-第二圈孔；3-第三圈孔；4-周边孔；5-溜灰孔。
具体实施方式
在某煤矿煤仓深度35m，溜灰孔直径采用2000mm的煤仓试验中，采用以下布孔方式：
请参阅图1-2，二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，包括第一圈孔1、第二圈孔2、第三圈孔3、周边孔4和溜灰孔5，所述溜灰孔5位于所述煤仓的中部，所述第一圈孔1、所述第二圈孔2、所述第三圈孔3和所述周边孔4均位于所述溜灰孔5的四周，所述第一圈孔1、所述第二圈孔2、所述第三圈孔3和所述周边孔4至所述溜灰孔5的径向距离依次增大。
所述溜灰孔5的开孔方向垂直于所述井底煤仓工作面，所述溜灰孔5的轴线与所述井底煤仓的轴线重合；所述溜灰孔5的直径为2000mm，所述溜灰孔5的深度与煤仓深度相同，所述第一圈孔1、所述第二圈孔2、所述第三圈孔3和所述周边孔4的开孔方向均与所述井底煤仓工作面垂直，所述第一圈孔1、所述第二圈孔2、所述第三圈孔3和所述周边孔4的开孔深度均为1200mm、孔内径均为70mm，所述井底煤仓的直径为10000mm。
在所述井底煤仓任意横截面上：经过所述溜灰孔5中心的一条水平中心线为第一水平中心线Y，经过所述溜灰孔5中心的另一条水平中心线为第二水平中心线X，且所述第一水平中心线Y与所述第二水平中心线X垂直；所述第一圈孔1以溜灰孔5的轴线为轴心均匀分布在所述溜灰孔5的四周，每个所述第一圈孔1与所述溜灰孔5的孔距相同，所述第一圈孔1圆心至所述溜灰孔5圆心的距离为1500mm，所述第一圈孔1的数量为9个，一个所述第一圈孔1的圆心位于所述水平中心线Y上。
所述第二圈孔2以溜灰孔5的轴线为轴心均匀分布在所述第一圈孔1的四周，每个所述第二圈孔2与所述溜灰孔5的孔距相同，所述第二圈孔2圆心至所述溜灰孔5圆心的距离为2500mm，所述第二圈孔2的数量为10个，相对两个所述第二圈孔2的圆心位于所述水平中心线X上。
所述第三圈孔3以溜灰孔5的轴线为轴心均匀分布在所述第二圈孔2的四周，每个所述第三圈孔3以溜灰孔5与所述溜灰孔5的孔距相同，第三圈孔3圆心至所述溜灰孔5圆心的距离为3500mm，所述第三圈孔3的数量为10个，相对两个所述第三圈孔3的圆心位于所述水平中心线Y上。
所述周边孔4以所述溜灰孔5的轴线为轴心均匀分布在所述第三圈孔3的四周，每个所述周边孔4与所述溜灰孔5的孔距相同，周边孔4圆心至所述溜灰孔5圆心的距离为4600mm，所述周边孔4的数量为18个，相对两个所述周边孔4的圆心位于所述水平中心线X上；采用上述布孔方式，并结合二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓，在达到了与炸药爆破相同爆破效果的同时，其爆破威力仅相当于炸药威力的六分之一，充分满足安全施工的要求，煤仓围岩的破坏程度大大降低，同时减少施工难度并简化施工流程。
在实际的爆破中，在上述布孔工艺的基础上，进行井底煤仓刷扩，二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓刷扩工艺，包括以下步骤；
步骤A：钻孔：在井底煤仓的轴线上一次性钻出与煤仓深度相同的溜灰孔5，并以溜灰孔5为中心，在溜灰孔5的四周钻出第一圈孔1、第二圈孔2、第三圈孔3和周边孔4，所述第一圈孔1、所述第二圈孔2、所述第三圈孔3和所述周边孔4至所述溜灰孔5的径向距离依次增大；
步骤B：安装致裂器：在第一圈孔1、第二圈孔2、第三圈孔3和周边孔4内装入二氧化碳致裂器；
步骤C：起爆致裂器：第一步起爆第一圈孔1内的二氧化碳致裂器，第二步起爆第二圈孔2内的二氧化碳致裂器，第三步起爆第三圈孔3内的二氧化碳致裂器，第四步起爆周边孔4内的二氧化碳致裂器，通过利用二氧化碳致裂器进行刷扩井底煤仓，具有无明火、安全、高效的特点，能够替代传统的炸药爆破，改善了煤矿安全生产条件，并在二氧化碳致裂器的配合作用下，能够达到高效爆破的目的，由于二氧化碳致裂器释放压力小，对煤仓壁围岩的震动破坏小，煤仓壁围岩的破坏程度大大降低，煤仓深度35m，以单次钻出炮孔的深度为1200mm进行刷扩井底煤仓，并进行循环施工，直至刷扩之设计深度。
在实际的试验中，遵从以下施工工艺：
一、二氧化碳致裂器组装前后检查：
1、在每次充装液体二氧化碳之前，充气操作人员要检查主管有无明显变形、损伤等。如果明显弯曲，要停止使用，由生产厂家处理并探伤检测后确定可否再用。
2、要认真检查主管螺纹和两端阀体状态，对磨损严重、电极绝缘破坏或有伤痕不能使用的应及时更换，并严格按相关报废条例处理。
二、二氧化碳致裂器组装
将组装好的致裂器放置于组装夹具上，用专用扳手旋紧两端即可。
三、二氧化碳致裂器灌装
在专用充装液态二氧化碳设备上完成。充装步骤如下：
1、将组装好的致裂器放置在充装夹具上，旋转夹紧手柄，固定致裂器；连接致裂器充装阀，打开二氧化碳储存罐的开关阀；
2、打开充装泵放气阀，待排放出白色雾气出现时将充装泵放气阀关闭；
3、逆时针转动致裂器顶针，将进液口打开，液态二氧化碳进入致裂器；
4、充装达到要求标准后用水进行检查气密性，检查充装头和释放头两端封堵位置是否存在漏气现象。待所有工序无误后，运到井下进行井底煤仓刷扩工作。
四、二氧化碳井下施工时必须严格按照设计的施工工艺流程执行。
五、实施条件
1、地面厂房：致裂器组装所需要的厂房面积约25m2，厂房内需接有水、电及照明，适宜机械部件的组装、拆卸以及电气元件的检测，方便对设备、材料的拆装、存放与管理；
2、气源：液态二氧化碳气源的优劣直接影响试验的顺利进行及结果，应保证气源无杂质，二氧化碳纯度不低于97％；
3、井下场地：井底煤仓附近区域内无杂物，便于放置致裂器及进行相关的组装、检测，且该区域符合安全规程要求的作业场所通风等环境参数；
4、人员安排及数据采集：矿方应配备人员协助完成致裂器的运输、搬运、清理等工作，并协助数据采集工作。
六、井下运输及安装
1、二氧化碳致裂器在运输的过程中，要轻拿轻放，要进行固定保护措施；
2、在致裂器起爆前应严格按照钻孔前、钻孔中，致裂器置入前、操作中、起爆前的瓦斯检测和3人联锁操作制度；
3、将致裂器释放头一端推入钻孔；
4、测试致裂前相关参数；
5、撤人，设置警戒，警戒撤人距离不小于150m；
6、按照设计程序实施致裂，30分钟后，待粉尘吹散，起发器操作员、瓦检员、班队长和安检(放炮)员联合进行安全检查，允许后方可进入；
7、致裂后，取出致裂器储液管及附件等，检查刷扩效果。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (6)
1.二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，其特征在于，包括第一圈孔（1）、第二圈孔（2）、第三圈孔（3）、周边孔（4）和溜灰孔（5），所述溜灰孔（5）位于所述煤仓的中部，所述第一圈孔（1）、所述第二圈孔（2）、所述第三圈孔（3）和所述周边孔（4）均位于所述溜灰孔（5）的四周，所述第一圈孔（1）、所述第二圈孔（2）、所述第三圈孔（3）和所述周边孔（4）至所述溜灰孔（5）的径向距离依次增大；
所述第一圈孔（1）以溜灰孔（5）的轴线为轴心分布在所述溜灰孔（5）的四周；所述第二圈孔（2）以溜灰孔（5）的轴线为轴心分布在所述第一圈孔（1）的四周；所述第三圈孔（3）以溜灰孔（5）的轴线为轴心分布在所述第二圈孔（2）的四周；所述周边孔（4）以所述溜灰孔（5）的轴线为轴心分布在所述第三圈孔（3）的四周；
所述第一圈孔（1）以溜灰孔（5）的轴线为轴心均匀分布在所述溜灰孔（5）的四周，每个所述第一圈孔（1）与所述溜灰孔（5）的孔距相同；所述第二圈孔（2）以溜灰孔（5）的轴线为轴心均匀分布在所述第一圈孔（1）的四周，每个所述第二圈孔（2）与所述溜灰孔（5）的孔距相同；所述第三圈孔（3）以溜灰孔（5）的轴线为轴心均匀分布在所述第二圈孔（2）的四周，每个所述第三圈孔（3）以溜灰孔（5）与所述溜灰孔（5）的孔距相同；所述周边孔（4）以所述溜灰孔（5）的轴线为轴心均匀分布在所述第三圈孔（3）的四周，每个所述周边孔（4）与所述溜灰孔（5）的孔距相同；
在所述井底煤仓任意横截面上：经过所述溜灰孔（5）中心的一条水平中心线为第一水平中心线Y，经过所述溜灰孔（5）中心的另一条水平中心线为第二水平中心线X，且所述第一水平中心线Y与所述第二水平中心线X垂直；一个所述第一圈孔（1）的圆心位于所述第一水平中心线Y上；至少一个所述第二圈孔（2）的圆心位于所述第二水平中心线X上；至少一个所述第三圈孔（3）的圆心位于所述第一水平中心线Y上；至少一个所述周边孔（4）的圆心位于所述第二水平中心线X上。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，其特征在于，所述溜灰孔（5）的开孔方向垂直于所述井底煤仓工作面，所述溜灰孔（5）的轴线与所述井底煤仓的轴线重合。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，其特征在于，所述溜灰孔（5）的直径为2000mm，所述溜灰孔（5）的深度与煤仓深度相同。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，其特征在于，所述第一圈孔（1）、所述第二圈孔（2）、所述第三圈孔（3）和所述周边孔（4）的开孔方向均与所述井底煤仓工作面垂直。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，其特征在于，所述第一圈孔（1）的数量为9个，所述第二圈孔（2）的数量为10个，所述第三圈孔（3）的数量为10个，所述周边孔（4）的数量为18个，在同一横截面上：所述第一圈孔（1）圆心至所述溜灰孔（5）圆心的距离为1500mm，所述第二圈孔（2）圆心至所述溜灰孔（5）圆心的距离为2500mm，第三圈孔（3）圆心至所述溜灰孔（5）圆心的距离为3500mm，周边孔（4）圆心至所述溜灰孔（5）圆心的距离为4600mm，所述第一圈孔（1）、所述第二圈孔（2）、所述第三圈孔（3）和所述周边孔（4）的开孔深度均为1200mm、孔内径均为70mm，所述井底煤仓的直径为10000mm。
6.二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓刷扩工艺，其特征在于，利用权利要求1-5任一所述的二氧化碳致裂器刷扩井底煤仓布孔结构，包括以下步骤：
步骤A：钻孔：在井底煤仓的轴线上钻出溜灰孔（5），并以溜灰孔（5）为中心，在溜灰孔（5）的四周钻出第一圈孔（1）、第二圈孔（2）、第三圈孔（3）和周边孔（4），所述第一圈孔（1）、所述第二圈孔（2）、所述第三圈孔（3）和所述周边孔（4）至所述溜灰孔（5）的径向距离依次增大；
步骤B：安装致裂器：在第一圈孔（1）、第二圈孔（2）、第三圈孔（3）和周边孔（4）内装入二氧化碳致裂器；
步骤C：起爆致裂器：第一步起爆第一圈孔（1）内的二氧化碳致裂器，第二步起爆第二圈孔（2）内的二氧化碳致裂器，第三步起爆第三圈孔（3）内的二氧化碳致裂器，第四步起爆周边孔（4）内的二氧化碳致裂器。
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Citations (6)
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2021
- 2021-11-16 CN CN202111353261.8A patent/CN114199088B/zh active Active
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