CN220365572U - 水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水压‑爆破耦合预裂切顶卸压装置。为填补现有技术空白，本水压‑爆破耦合预裂切顶卸压装置包括聚能爆破管，聚能爆破管内设前、后隔板和炸药、雷管，还包括水压致裂管，水压致裂管前端封闭，水压致裂管后端与聚能爆破管前端固连在一起，水压致裂管内设有导流管，该导流管前部分出多个径向支管，上述径向支管与水压致裂管外圆周的喷射孔一一对应相通，导流管向后延伸，穿过聚能爆破管及其内部的前隔板、炸药和后隔板后，连接在一单向阀上。本实用新型将现有水压致裂技术和聚能爆破技术有机地结合起来，爆破时，使裂隙中高压致裂水如楔子一样劈入岩层，极大地扩大裂隙，适用于井工煤矿中对坚硬厚顶板的切顶卸压中。

Description

水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置

技术领域

本实用新型涉及一种水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置。

背景技术

随着经济社会的高质量发展，我国每年对煤炭需求量的不断增加，浅部资源日益减少，我国的煤炭开采相继进入深部开采阶段。深部开采面临“三高一扰动”的复杂力学环境，给我国巷道围岩稳定性控制带来了严峻挑战。特别是在面临坚硬厚顶板煤层开始时，顶板在煤层开采后无法及时垮落，对临空巷道煤柱形成巨大的载荷，而使其变形严重，加上裸露较长距离的顶板发生垮落，造成强矿压显现，导致巷道变形严重，并引发冲击地压、煤与瓦斯突出等矿井动力灾害，威胁着深部煤炭资源的安全高效开采。因此，必须要将无法及时垮落的坚硬厚顶板进行人为的切顶卸压，以此来减少或打断悬臂梁结构对上覆岩层载荷的传递作用，释放顶板岩层集聚的弯曲弹性能，减少压力传递，降低煤柱应力集中，改善巷道围岩的应力环境。传统的切顶卸压采用的是单一角度爆破切顶、复合射孔切顶卸压技术等，但是在面对坚硬厚顶板时，切顶效果达不到预期，且在瓦斯矿井中还容易引发瓦斯爆炸。

2021.12.14授权公告的、公告号为CN215169931U的中国实用新型专利公开了一种水压致裂测试装置用压裂段注水管，属于地质测量技术领域，包括管体和设置在管体壁上的注水通道，关键在于：所述注水通道内设置有单向控制装置。单向控制装置包括套管、设置在套管内的台阶孔、位于台阶孔大孔内的弹簧和密封钢球、设置在台阶孔台肩处的密封圈及位于套管出水端的挡板，挡板中心开设有出水孔，密封钢球借助抵在挡板上的弹簧顶紧在密封圈上形成逆向密封结构。该单向控制装置的技术方案中，密封钢球和弹簧接触后的总长度略长于台阶孔大孔的高度，可保证密封钢球接触密封在密封圈上，避免钻孔内的水和杂质从出水端流入。

2023.04.07授权公告的、公告号为CN113483605B的中国实用新型专利公开了可调控多向聚能爆破管，包括外套，所述外套的两端分别设管头和管尾，所述外套的圆周侧壁上均匀开设有四列第一聚能孔，每相邻两列所述第一聚能孔之间依次设有夹角为45°、30°和60°的第二聚能孔，所述外套内设有与外套孔位对应的内套，所述内套上连接有与第一聚能孔和第二聚能孔一一对应连接的聚能管，所述外套和内套之间填充有介质，内套内设有套环，所述内套和套环之间设有三个间隔设置的可调控管片，所述可调控管片的弧度范围为60°-90°，相邻的所述可调控管片的夹角范围分别为0-30°、30°-45°和90°-120°，三个所述可调控管片的一端连接有连接板，所述套环内填充有炸药，本实用新型提供了一种聚能角度可调的可调控多向聚能爆破管单向控制装置可避免钻孔内的杂质和水逆流至压裂段注水管内，进而避免杂质流入测试装置内。

前述水压致裂装置能够通过高压水压，将没有裂隙的顶板产生裂隙，使已有的裂隙顶板进一步加深、扩大。前述聚能爆破管，可将炸药爆炸能量集中到喷射孔喷射出去，在顶板相应部位激射出孔隙。现有技术缺乏可使二者产生叠加使用的装置和技术。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置。

为解决上述技术问题，本实用新型水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置，包括聚能爆破管，聚能爆破管上开有多个聚能孔，聚能爆破管内设有前隔板、炸药和后隔板，并配有雷管和导爆索，所述前、后隔板将所述炸药夹在中间，其特征在于：其还包括水压致裂管，所述水压致裂管前端封闭，所述水压致裂管后端与聚能爆破管前端固连在一起，所述水压致裂管内设有导流管，该导流管前部分出多个径向支管，上述径向支管与水压致裂管外圆周的喷射孔一一对应相通，所述导流管向后延伸，穿过聚能爆破管及其内部的前隔板、炸药和后隔板后，从聚能爆破管中心引出，并连接在一单向阀上。

如此设计，可使水压致裂和聚能爆破对同钻孔周边岩层产生作用，产生1+1﹥2的预想不到致裂效果。

作为优化，所述水压致裂管前端设有尖锥，所述炸药为乳化炸药。如此设计，聚能爆破时，水压致裂管的尖锥可冲击钻孔孔底岩石，产生更多裂隙。

本实用新型水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置的使用方法，包括下述步骤：

步骤一：在上一工作面外回风巷道煤柱侧分别打与水平夹角呈70°和50°的钻孔，孔深为30m，要求切顶高度超过老顶，相邻钻孔间距3m；

步骤二：分别将两个前述水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置沿着开设好的钻孔推送入钻孔底部，使聚能爆破管外端与钻孔外端之间的距离≥0.5米，将导流管外端的单向阀连接在配用高压水泵的出水口，将所述导爆索连接在配用引爆器上，再用速凝水泥将聚能爆破管外端及钻孔外端完全封闭；

步骤三：启动配用高压水泵，将高压致裂水通过导流管流入水压致裂管内，高压致裂水压为80MPa，由水压致裂管上的喷射孔作用于顶板岩层，实现对坚硬厚顶板的一次水压致裂，并使钻孔内水压致裂管及聚能爆破管周边的缝隙、岩层裂隙均充满高压致裂水；

步骤四：启动配用引爆器，引爆聚能爆破管内的炸药，爆炸产生的爆轰波由聚能爆破管管壁上的聚能孔作用于一次水压致裂后的顶板岩层，聚能爆破的同时还被传导给相通的周边所有岩层裂隙内的高压致裂水，对坚硬顶板的进行水压-爆破耦合致裂；

步骤五：再次启动高压水泵，将高压致裂水通过导流管流入水压致裂管，高压致裂水水压保持不变，经过水压致裂管上的喷射孔作用于爆破致裂后的顶板岩层，实现对坚硬厚顶板的二次水压致裂。

如此设计，本实用新型水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置的使用方法，通过两个角度三次致裂，最终将煤层开采后无法及时垮落的坚硬厚顶板切除，减少或打断悬臂梁结构对上覆岩层载荷的传递作用，释放顶板积聚的弯曲弹性能，减少压力传递，降低煤柱应力集中，改善巷道围岩的应力环境，使得围岩稳定性得到控制。

本实用新型水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置，将现有水压致裂技术和聚能爆破技术有机地结合起来，爆破时，使裂隙中高压致裂水如楔子一样劈入岩层，极大地扩大裂隙，适用于井工煤矿中对坚硬厚顶板的切顶卸压中。

附图说明

下面结合附图对本实用新型水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置作进一步说明：

图1为本实用新型水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置的使用状态剖面结构示意图(沿过轴心线的切面剖切)；

图2为本实用新型应用于煤矿时的工作面及巷道布置图；

图3为图2从A-A向的剖面图；

图4为本实用新型的钻孔布置图。

图中：1为聚能爆破管、2为聚能孔、3为前隔板、4为炸药、5为后隔板、6为雷管、7为导爆索、8为水压致裂管、9为导流管、10为径向支管、11为喷射孔、12为单向阀、13为尖锥、14为上一工作面外回风巷道、15为煤柱、16为钻孔、17为老顶、18为配用高压水泵、19为配用引爆器、20为速凝水泥、21为采空区、22为工作面、23为主要运输巷道、24为上一工作面内回风巷道、25为回风巷道、26为辅助运输巷道、L为聚能爆破管1外端与钻孔16外端之间距离。

具体实施方式

实施方式一：如图1所示，本实用新型水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置，

包括聚能爆破管1，聚能爆破管1上开有多个聚能孔2，聚能爆破管1内设有前隔板3、炸药4和后隔板5，并配有雷管6和导爆索7，所述前、后隔板3、5将所述炸药4夹在中间，其特征在于：其还包括水压致裂管8，所述水压致裂管8前端封闭，所述水压致裂管8后端与聚能爆破管1前端固连在一起，所述水压致裂管8内设有导流管9，该导流管9前部分出多个径向支管10，上述径向支管10与水压致裂管8外圆周的喷射孔11一一对应相通，所述导流管9向后延伸，穿过聚能爆破管1及其内部的前隔板3、炸药4和后隔板5后，从聚能爆破管1中心引出，并连接在一单向阀12上。

所述水压致裂管8前端设有尖锥13，所述炸药4为乳化炸药。

本实用新型水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置的使用方法，如图2-4所示，包括下述步骤：

步骤一：在上一工作面外回风巷道14煤柱15侧分别打与水平夹角呈70°和50°的钻孔16，孔深为30m，要求切顶高度超过老顶17，相邻钻孔16间距3m，如图4、3所示。两个不同角度的钻孔16是为了在不同角度同时对顶板岩层进行水压-爆破耦合预裂，加速顶板岩层中裂隙的扩展贯通，优化了切顶效果。

步骤二：分别将两个前述水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置沿着开设好的钻孔16推送入钻孔16底部，使聚能爆破管1外端与钻孔16外端之间的距离L≥0.5米，将导流管9外端的单向阀12连接在配用高压水泵18的出水口，将所述导爆索7连接在配用引爆器19上，再用速凝水泥20将聚能爆破管1外端及钻孔16外口完全封闭，使后隔板5以外的聚能爆破管1及钻孔16内均充满速凝水泥20，使其内部形成一个密闭空间，如图1所示；

步骤三：启动配用高压水泵18，将高压致裂水通过导流管9流入水压致裂管8内，高压致裂水压为80MPa，由水压致裂管8上的喷射孔11作用于顶板岩层，实现对坚硬厚顶板的一次水压致裂，并使钻孔16内水压致裂管8及聚能爆破管1周边的缝隙、岩层裂隙均充满高压致裂水。这些岩层裂隙间的高压致裂水如同插入岩层中的楔子。

步骤四：启动配用引爆器19，引爆聚能爆破管1内的炸药4，爆炸产生的爆轰波由聚能爆破管1管壁上的聚能孔2作用于一次水压致裂后的顶板岩层，同时爆轰波被传导给相通的周边所有岩层裂隙内的高压致裂水，使其像受到重击的楔子，将原有的岩层裂隙迅速胀大，势如破竹，对坚硬顶板进行水压-爆破耦合致裂；

步骤五：再次配用高压水泵18，将高压致裂水通过导流管9流入水压致裂管8，高压致裂水水压保持不变，经过水压致裂管8上的喷射孔11作用于爆破致裂后的顶板岩层，实现对坚硬厚顶板的二次水压致裂。

注：本专利文件“前”“后”只表示相对方向，就图1而言，左侧为前，右侧为后。前述具体实施方式仅是本专利的举例，本专利的保护范围包括但不限于前述具体实施方式。

Claims (2)

1.一种水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置，包括聚能爆破管（1），聚能爆破管（1）上开有多个聚能孔（2），聚能爆破管（1）内设有前隔板(3)、炸药（4）和后隔板（5），并配有雷管（6）和导爆索（7），所述前、后隔板（3、5）将所述炸药（4）夹在中间，其特征在于：其还包括水压致裂管（8），所述水压致裂管（8）前端封闭，所述水压致裂管（8）后端与聚能爆破管（1）前端固连在一起，所述水压致裂管（8）内设有导流管（9），该导流管（9）前部分出多个径向支管（10），上述径向支管（10）与水压致裂管（8）外圆周的喷射孔（11）一一对应相通，所述导流管（9）向后延伸，穿过聚能爆破管（1）及其内部的前隔板（3）、炸药（4）和后隔板（5）后，从聚能爆破管（1）中心引出，并连接在一单向阀（12）上。

2.根据权利要求1所述的水压-爆破耦合预裂切顶卸压装置，其特征在于：所述水压致裂管（8）前端设有尖锥（13），所述炸药（4）为乳化炸药。