CN114320295A - 基于电脉冲技术的含夹矸厚煤层开采冲击地压防治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电脉冲技术的含夹矸厚煤层开采冲击地压防治方法，涉及矿山安全生产技术领域。本发明基于电脉冲技术，对掘进工作面前方的煤层夹矸以及回采工作面内侧的煤层夹矸进行弱化；将夹矸注液与高压电脉冲有机结合起来，在向煤层中注入具有改性作用的电解质液体，即提高的夹矸的孔隙裂隙，又促使离子溶液充分分布在夹矸区域，为高压电脉冲创造了有利条件。利用高压电脉冲产生巨大的能量，直接作用于夹矸上，在正负电极之间产生放电通道，巨大的能量瞬间通过放电通道，形成强大的应力波使夹矸破裂，采掘时降低了夹矸区域的集中应力，可减少冲击地压的发生。
Description
技术领域
本发明涉及矿山安全生产技术领域，尤其涉及一种基于电脉冲技术的含夹矸厚煤层开采冲击地压防治方法。
背景技术
近年来，在全国多个矿区发生了厚煤层掘进工作面在夹矸区域发生冲击地压的情况(称之为“夹矸厚煤层冲击地压”)，造成严重的人员伤亡和财产损失。由于夹矸硬度较大，容易在煤层和夹矸交界面附近形成应力集中区，当工作面位于夹矸形成的应力集中区影响范围内时，工作面超前应力场与夹矸应力场叠加，导致应力高度集中。此时，煤体若具有冲击倾向性，则极易在扰动作用下发生冲击地压。
现有技术中，多是采用钻孔卸压和煤层注水技术，降低夹矸带超前应力集中程度，减小由煤矸强度(刚度)差异造成的应力不均，都是被动的冲击地压防治。钻孔卸压工作量大，卸压效果不明显，需要进行多次卸压。煤层注水的防治效果有限，可以在一定范围降低煤岩体的冲击倾向性，改善围岩受力状态，同时注水效果与煤体中亲水性矿物的含量密切相关。因此，采用电脉冲预裂方法提前对夹矸进行预裂弱化，降低夹矸区域的应力集中程度，进而可达到夹矸厚煤层冲击地压防治的目的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于电脉冲技术的含夹矸厚煤层开采冲击地压防治方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种基于电脉冲技术的含夹矸厚煤层开采冲击地压防治方法，包括以下步骤：
步骤1：采用电脉冲技术对掘进工作面前方的煤层夹矸进行弱化；
步骤1.1：在回采巷道掘进时，在掘进工作面揭露夹矸的两侧，沿巷道掘进方向在夹矸中部层位施工两个钻孔；在钻孔内安装注液管路，并采用高分子材料进行封孔，将外露的管路连接高压注液系统，注入设定浓度的具有改性作用的电解质溶液；
所述钻孔长度为20-30m；
所述封孔长度为10％钻孔长度；
所述的具有改性作用的电解质溶液包括HCl、NaOH、HNO3、H2SO4、H2CO3、KOH溶液，质量浓度为2％-5％。
所述高压注液的注液压力为8-12MPa，注液时间为12-48小时。
步骤1.2：达到设定的注液时间后，将孔内液体排出，将与高压防爆放电电源相连的正电极和负电极分别送入两钻孔底部，并将两电极安装于钻孔内壁；
步骤1.3：打开高压防爆放电电源的开关，对正负两电极之间的夹矸进行放电；两电极之间激发出高能等离子体通道，夹矸在等离子体力学效应作用下产生裂隙，夹矸层强度降低；
步骤1.4：同时移动两电极至钻孔的下一预裂位置，重复步骤1.3-1.4，直至整个预裂过程结束；各个预裂点之间间距为1-3m；
步骤2：采用电脉冲技术对回采工作面内侧的煤层夹矸进行弱化；
步骤2.1：工作面回采前，在两回采巷道向工作面内侧依次布置若干组钻孔，钻孔沿夹矸中部层位布置；每组包括2个钻孔，组内钻孔之间的间距为10-30m，各组之间的间距为1-3m；
所述钻孔长度L/2-5m，L为工作面长度；
步骤2.2：在钻孔内安装注液管路，并采用高分子材料进行封孔，将外露的管路连接高压注液系统，注入设定浓度的具有改性作用的电解质溶液；
所述高压注水的注液压力为8-12MPa，注液时间为24-72小时。
步骤2.3：达到设定的注液时间后，将孔内液体排出，将与高压防爆放电电源相连的正电极和负电极分别送入第一组相邻两钻孔底部，并将两电极安装于钻孔内壁；
步骤2.4：打开高压防爆放电电源的开关，进行电脉冲预裂夹矸，对正负两电极之间的夹矸进行放电，两电极之间激发出高能等离子体通道，夹矸在等离子体力学效应作用下产生大量裂隙，夹矸层强度降低；
所述的电脉冲预裂夹矸之前，应完成夹矸的注液工作，使钻孔之间的夹矸处于被电解质溶液润湿状态。
步骤2.5：同时移动两电极至该组钻孔下一预裂位置，重复步骤2.4-2.5，直至完成该组钻孔之间预裂；
所述的同一组钻孔内各个预裂位置的间距为1-3m；
步骤2.6：重复步骤2.3-2.5，完成依次完成第2组、第3组……第n组钻孔预裂，直至所有钻孔预裂完毕，即完成整个工作面的预裂。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明将夹矸注水与高压电脉冲有机结合起来，在向煤层中注入离子和改性溶液混合液体，即提高的夹矸的孔隙裂隙，又促使离子溶液充分分布在夹矸区域，为高压电脉冲创造了有利条件。利用高压电脉冲产生巨大的能量，直接作用于夹矸上，在正负电极之间产生放电通道，巨大的能量瞬间通过放电通道，形成强大的应力波使夹矸破裂，采掘时降低了夹矸区域的集中应力，减少冲击地压的发生。同时，夹矸两侧煤体的瓦斯通道被疏通，能够有效的增加瓦斯的抽采效率。该方法操作简单，安全可靠，能够有效的提高单孔瓦斯抽采率，在本技术领域内具有广泛的实用价值。
附图说明
图1为本发明的掘进工作面超前钻孔布置平面图；
图2为本发明的掘进工作面超前钻孔布置剖面图；
图3为本发明的回采工作面超前钻孔布置平面图；
图4为本发明的回采工作面超前钻孔布置剖面图；
图中，1-工作面的开切眼；2-回风顺槽；3-运输顺槽；4-掘进巷道(回风顺槽或运输顺槽掘进阶段)；5-夹矸；6-掘进工作面超前钻孔；7-回采工作面内的钻孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例中的某矿主采煤层平均厚度6m，煤层含有0.8m厚的夹矸。工作面倾向长度为200m，走向长度为1200m，采用一侧采全厚综合机械化采煤方法。工作面掘进过程中经常出现“煤炮多，震动强”动力现象，具有冲击地压显现，严重影响了矿井安全生产。
一种基于电脉冲技术的含夹矸厚煤层开采冲击地压防治方法，包括以下步骤：
步骤1：采用电脉冲技术对掘进工作面前方的煤层夹矸进行弱化；减小夹矸带超前应力集中程度，降低掘进面在夹矸区域的冲击危险性；
步骤1.1：在回采巷道掘进时，在掘进工作面揭露夹矸的两侧，沿巷道掘进方向在夹矸中部层位施工两个钻孔；在钻孔内安装注液管路，并采用高分子材料进行封孔，将外露的管路连接高压注液系统，注入设定浓度的具有改性作用的电解质溶液；
所述钻孔长度为30m；
所述封孔长度为10％钻孔长度；本实施例中掘进工作面超前钻孔布置平面图如图1、图2所示；
所述的具有改性作用的电解质溶液包括HCl、NaOH、HNO3、H2SO4、H2CO3、KOH溶液，质量浓度为2％-5％。本次选择质量浓度5％的HCl溶液。
所述高压注液的注液压力为8MPa，注液时间为48小时。
步骤1.2：达到设定的注液时间后，将孔内液体排出，将与高压防爆放电电源相连的正电极和负电极分别送入两钻孔底部，并将两电极安装于钻孔内壁；
步骤1.3：打开高压防爆放电电源的开关，对正负两电极之间的夹矸进行放电；两电极之间激发出高能等离子体通道，夹矸在等离子体力学效应作用下产生大量裂隙，夹矸层强度降低；
步骤1.4：同时移动两电极至钻孔的下一预裂位置，重复步骤1.3-1.4，直至整个预裂过程结束；各个预裂点之间间距为1m；
步骤2：采用电脉冲技术对回采工作面内侧的煤层夹矸进行弱化；减小工作面回采时工作面超前范围夹矸带的应力集中程度，降低回采工作面在夹矸区域的冲击危险性；
步骤2.1：工作面回采前，在两回采巷道向工作面内侧依次布置若干组钻孔，钻孔沿夹矸中部层位布置；每组包括2个钻孔，组内钻孔之间的间距为20m，各组之间的间距为2m；
所述钻孔长度95m；本实施例中回采工作面超前钻孔布置平面图如图3、图4所示；
步骤2.2：在钻孔内安装注液管路，并采用高分子材料进行封孔，将外露的管路连接高压注液系统，注入设定浓度的具有改性作用的电解质溶液；
所述高压注水的注液压力为12MPa，注液时间为72小时。
步骤2.3：达到设定的注液时间后，将孔内液体排出，将与高压防爆放电电源相连的正电极和负电极分别送入第一组相邻两钻孔底部，并将两电极安装于钻孔内壁；
步骤2.4：打开高压防爆放电电源的开关，进行电脉冲预裂夹矸，对正负两电极之间的夹矸进行放电，两电极之间激发出高能等离子体通道，夹矸在等离子体力学效应作用下产生大量裂隙，夹矸层强度降低；
所述的电脉冲预裂夹矸之前，应完成夹矸的注液工作，使钻孔之间的夹矸处于被电解质溶液润湿状态。
步骤2.5：同时移动两电极至该组钻孔下一预裂位置，重复步骤2.4-2.5，直至完成该组钻孔之间预裂；
所述的同一组钻孔内各个预裂位置的间距为2m；
步骤2.6：重复步骤2.3-2.4，完成依次完成第2组、第3组……第n组钻孔预裂，直至所有钻孔预裂完毕，即完成整个工作面的预裂。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (4)
1.一种基于电脉冲技术的含夹矸厚煤层开采冲击地压防治方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用电脉冲技术对掘进工作面前方的煤层夹矸进行弱化；
步骤1.1：在回采巷道掘进时，在掘进工作面揭露夹矸的两侧，沿巷道掘进方向在夹矸中部层位施工两个钻孔；在钻孔内安装注液管路，并采用高分子材料进行封孔，将外露的管路连接高压注液系统，注入设定浓度的具有改性作用的电解质溶液；
步骤1.2：达到设定的注液时间后，将孔内液体排出，将与高压防爆放电电源相连的正电极和负电极分别送入两钻孔底部，并将两电极安装于钻孔内壁；
步骤1.3：打开高压防爆放电电源的开关，对正负两电极之间的夹矸进行放电；两电极之间激发出高能等离子体通道，夹矸在等离子体力学效应作用下产生裂隙，夹矸层强度降低；
步骤1.4：同时移动两电极至钻孔的下一预裂位置，重复步骤1.3-1.4，直至整个预裂过程结束；各个预裂点之间间距为1-3m；
步骤2：采用电脉冲技术对回采工作面内侧的煤层夹矸进行弱化；
步骤2.1：工作面回采前，在两回采巷道向工作面内侧依次布置若干组钻孔，钻孔沿夹矸中部层位布置；
步骤2.2：在钻孔内安装注液管路，并采用高分子材料进行封孔，将外露的管路连接高压注液系统，注入设定浓度的具有改性作用的电解质溶液；每组包括2个钻孔，组内钻孔之间的间距为10-30m，各组之间的间距为1-3m；
步骤2.3：达到设定的注液时间后，将孔内液体排出，将与高压防爆放电电源相连的正电极和负电极分别送入第一组相邻两钻孔底部，并将两电极安装于钻孔内壁；
步骤2.4：打开高压防爆放电电源的开关，进行电脉冲预裂夹矸，对正负两电极之间的夹矸进行放电，两电极之间激发出高能等离子体通道，夹矸在等离子体力学效应作用下产生大量裂隙，夹矸层强度降低；
步骤2.5：同时移动两电极至该组钻孔下一预裂位置，重复步骤2.4-2.5，直至完成该组钻孔之间预裂；所述的同一组钻孔内各个预裂位置的间距为1-3m；
步骤2.6：重复步骤2.3-2.5，完成依次完成第2组、第3组……第n组钻孔预裂，直至所有钻孔预裂完毕，即完成整个工作面的预裂。
2.根据权利要求1所述的一种基于电脉冲技术的含夹矸厚煤层开采冲击地压防治方法，其特征在于，步骤1.1中所述钻孔长度为20-30m；
所述封孔长度为10％钻孔长度；
所述的具有改性作用的电解质溶液为HCl、NaOH、HNO3、H2SO4、H2CO3、KOH溶液中的一种，质量浓度为2％-5％；
所述高压注液的注液压力为8-12MPa，注液时间为12-48小时。
3.根据权利要求1所述的一种基于电脉冲技术的含夹矸厚煤层开采冲击地压防治方法，其特征在于，步骤2.1中所述钻孔长度L/2-5m，L为工作面长度；
所述高压注水的注液压力为8-12MPa，注液时间为24-72小时。
4.根据权利要求1所述的一种基于电脉冲技术的含夹矸厚煤层开采冲击地压防治方法，其特征在于，步骤2.3中所述的电脉冲预裂夹矸之前，应完成夹矸的注液工作，使钻孔之间的夹矸处于电解质溶液润湿状态。
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