礦山沉積砂巖頂板靜水的疏干方法及疏水花管的制作方法
【專利摘要】一種排除礦山沉積巖采掘區(qū)砂巖頂板靜水的方法，它是根據(jù)負壓固結(jié)理論通過負壓抽氣吸水式強化疏干機來強化疏干濕軟細粒砂巖中的靜水。負壓抽氣吸水式強化疏干機上的疏水花管插入砂巖的深度H1為濕軟細粒砂巖厚度H的1/3～2/3。疏水花管筒壁與砂巖泄水孔口之間的間隙采用Ｏ型密封圈及方形密封墊進行雙重密封。所述的負壓抽氣吸水式強化疏干機采用的疏水花管由管體及緊緊包裹在管體上的疏水膜組成，管體的一端開口，一端封閉，管體的開口端設有外螺紋，管體的封閉端設有錐形頂頭。疏水花管筒壁上的疏水段總長為h，h為濕軟細粒砂巖厚度H的1/3～2/3，根據(jù)流體力學理論和砂巖靜水重力場分布規(guī)律，在管體筒壁上設有三段不同開孔率的疏水段。
【專利說明】礦山沉積砂巖頂板靜水的疏干方法及疏水花管
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種排除礦山沉積巖采掘區(qū)砂巖頂板靜水的方法及負壓抽氣吸水式強化疏干機專用疏水花管，主要用于濕軟泥質(zhì)細粒砂巖頂板靜水的強化疏干，使砂巖固結(jié)不塌落。
【背景技術(shù)】
[0002]在礦山沉積巖層內(nèi)，采掘頂板若為泥質(zhì)膠結(jié)細粒砂巖，在無水地段這種砂巖較為堅硬，采掘支撐頂板不易塌落；但這種砂巖遇水則會膨脹，難以支護，常因頂板濕軟砂巖塌落，造成安全事故。當砂巖含水率達到一定程度砂巖就會變成豆腐渣狀，若水在砂巖內(nèi)達到臨界狀態(tài)，便形成流砂，根本無法支護。
[0003]砂巖中的靜水可分為二種，即結(jié)合水和自由水。目前，國內(nèi)外對砂巖頂板靜水中自由水的疏干，一般采用坑內(nèi)外引排水、鉆孔泄水和利用采準巷道通風滴干的辦法。但富含在砂巖內(nèi)的自由水靠自然泄水方法速度太慢，泄水時間少則一年半載，多則二、三年，這種泄水方法延誤工期，影響生產(chǎn)。
[0004]實踐和實驗證明，含泥量在12%以上、含水率在12%以下的泥質(zhì)膠結(jié)細粒砂巖，采掘工作面頂板和圍巖就可以安全支護，若此砂巖含水率大于12%,頂板和圍巖支撐的難度將隨著含水率的增加而逐步加大，特別是含水率在15%以上，頂板和圍巖會邊支撐邊塌落。在井巷掘進中，對于含水率為12%?14%的泥質(zhì)膠結(jié)細粒砂巖頂板，一般是I米一架木棚的支護，并且需要用背板密頂密幫的支撐圍巖；在采空區(qū)采用0.SmX0.Sm支護網(wǎng)度的情況下，頂板必須要用木板密集護頂，否則就會塌落。這種支護方式每年要消耗大量木材，不僅成本高，效率低，而且很不安全。
[0005]泥質(zhì)膠結(jié)細粒砂巖頂板含水濕軟，難支護，易塌落不僅是含水率高的礦山遇到的難題，也是當今世界地下工程的普遍難題。
[0006]中國專利文獻公開了一種運用負壓固結(jié)理論設計的負壓抽氣吸水式強化疏干機(201310073597.8)，負壓抽氣吸水式強化疏干機工作狀況如附圖1所示，工作時，負壓抽氣吸水式強化疏干機3上的疏水花管3-1插入濕軟泥質(zhì)砂巖2之中，將濕軟細粒砂巖頂板靜水吸干，使砂巖固結(jié)不塌落，實現(xiàn)安全支護。
[0007]但是，負壓抽氣吸水式強化疏干機在工作時存在以下幾個問題:一是當濕軟泥質(zhì)砂巖2的厚度已確定時,插入濕軟泥質(zhì)砂巖2中的疏水花管3-1的長度決定了疏水效果。負壓抽氣疏水時，若疏水花管的長度尺寸與濕軟泥質(zhì)砂巖2厚度尺寸接近,最上層砂巖含水率低會提前固結(jié)，砂巖固結(jié)后形成的裂隙會與疏水花管3-1的抽氣吸水通道最上端形成“短路”，于是底層砂巖水分很難疏干而難以固結(jié)；若疏水花管3-1太短，負壓抽氣吸水式強化疏干機所需功率會大大增加，浪費能源，疏水效率下降；二是疏水花管3-1上的疏水孔排列方式和疏密度也決定了疏水效果?，F(xiàn)有的疏水花管3-1如附圖2所示，疏水花管3-1由管體3-1-1及緊緊包裹在管體3-1-1上的疏水膜3-1-4組成，管體3-1-1的一端開口，一端封閉，管體3-1-1的開口端設有外螺紋3-1-3，在管體3-1-1的筒壁上設有復數(shù)個疏水孔3-1-2，復數(shù)個疏水孔3-1-2均勻分布在管體3-1-1的筒壁上。根據(jù)流體力學理論和砂巖靜水重力場分布規(guī)律知，上層砂巖含水率低，底層砂巖含水率高，因此，疏水花管3-1上的疏水孔3-1-2的排列方式應遵循此規(guī)律，否則，會影響疏水效率；三是疏水花管3-1筒壁與砂巖泄水孔口的密封問題，若處理不當將嚴重影響強化疏干機抽氣吸水時的負壓，導致疏水效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種排除礦山沉積巖采掘區(qū)濕軟細粒砂巖頂板靜水的方法以及負壓抽氣吸水式強化疏干機專用疏水花管。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種礦山沉積砂巖頂板靜水的疏干方法，它是通過負壓抽氣吸水式強化疏干機來強化疏干濕軟細粒砂巖中的靜水，其具體操作過程如下:
將負壓抽氣吸水式強化疏干機移到工作面，用負壓抽氣吸水式強化疏干機上的夾軌器夾緊鋼軌對負壓抽氣吸水式強化疏干機進行定位，然后啟動負壓抽氣吸水式強化疏干機上的剪叉式液壓升降平臺，并上升到頂板工作面，將疏水花管分別插入濕軟細粒砂巖頂板上的泄水孔中，啟動負壓抽氣吸水式強化疏干機上的負壓抽氣吸水裝置，利用負壓原理對砂巖頂板靜水進行吸水即強化疏干，將砂巖的含水率降到12%以下，使砂巖固結(jié)不塌落。插入疏水花管時，借助于剪叉式液壓升降平臺的升力和安裝在疏水花管底部的O型密封圈及方形密封墊，對砂巖泄水孔口與疏水花管筒壁之間的間隙進行雙重密封，所述疏水花管插入砂巖的深度Hl為濕軟細粒砂巖厚度H的1/3?2/3。
[0010]所述的負壓抽氣吸水式強化疏干機采用的疏水花管由管體及緊緊包裹在管體上的疏水膜組成，管體的一端開口，一端封閉，管體的開口端設有外螺紋，管體的封閉端設有錐形頂頭。疏水花管筒壁上的疏水段總長為h，h為濕軟細粒砂巖厚度H的1/3?2/3，在管體筒壁上的疏水段設有三段不同開孔率的疏水段，分別為第一疏水段h1、第二疏水段h2及第三疏水段h3。第一疏水段hi的長度為2/9h，第一疏水段hi上設有疏水孔，疏水孔的直徑為2?3mm,疏水孔均勻分布在第一疏水段hi上,第一疏水段hi的開孔率為20?30% ；第二疏水段h2的長度為3/9h，第二疏水段h2上設有疏水孔，疏水孔的直徑為2?3mm，疏水孔均勻分布在第二疏水段h2上，第二疏水段h2的開孔率為10?15% ;第三疏水段h3的長度為4/9h，第三疏水段h3上設有疏水孔，疏水孔的直徑為2?3mm，疏水孔均勻分布在第三疏水段h3上，第三疏水段h3的開孔率為5?8%。疏水花管開孔率上、下值的取舍可根據(jù)花管的長度尺寸確定，長花管取大值，短花管取小值。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點:
采用本發(fā)明提供的疏水花管及疏干方法對富含靜水的泥質(zhì)細粒砂巖進行強化疏干后，可將流砂狀泥質(zhì)砂巖的平均含水率降到8%左右，疏水效果顯著，能使砂巖固結(jié)不塌落，方便頂板支護，保證安全生產(chǎn)。
[0012]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖1為現(xiàn)有的負壓抽氣吸水式強化疏干機工作狀況示意圖；
附圖2為現(xiàn)有的負壓抽氣吸水式強化疏干機使用的疏水花管結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3為本發(fā)明提供的疏水花管結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖4為采用本發(fā)明提供的疏水花管的負壓抽氣吸水式強化疏干機工作狀況示意圖； 附圖5為附圖4中的I部放大圖；
附圖6為采用本發(fā)明提供的疏水花管及疏水方法進行強化疏干后，泥質(zhì)細粒砂巖高(厚)度方向含水率分布圖。
【具體實施方式】
[0014]一種礦山沉積砂巖頂板靜水的疏干方法，它是通過負壓抽氣吸水式強化疏干機來強化疏干濕軟細粒砂巖中的靜水，其具體操作過程如下:
如附圖4所示，將負壓抽氣吸水式強化疏干機3移到工作面，用負壓抽氣吸水式強化疏干機3上的夾軌器夾緊鋼軌對負壓抽氣吸水式強化疏干機3進行定位，然后啟動負壓抽氣吸水式強化疏干機3上的剪叉式液壓升降平臺3-2，并上升到頂板工作面，將疏水花管I分別插入濕軟細粒砂巖2頂板上的泄水孔中，啟動負壓抽氣吸水式強化疏干機上的負壓抽氣吸水裝置，利用負壓原理對砂巖頂板靜水進行吸水即強化疏干，將砂巖的含水率降到12%以下，使砂巖固結(jié)不塌落。插入疏水花管I時，借助于剪叉式液壓升降平臺3-2的升力和安裝在疏水花管I底部的O型密封圈4及方形密封墊5，對砂巖泄水孔口與疏水花管I筒壁之間的間隙進行雙重密封，所述疏水花管I插入砂巖的深度Hl為濕軟細粒砂巖2厚度H的1/3 ?2/3。
[0015]所述的負壓抽氣吸水式強化疏干機采用的疏水花管I由管體1-1及緊緊包裹在管體1-1上的疏水膜1-6組成，管體1-1的一端開口，一端封閉，管體1-1的開口端設有外螺紋1-5，管體1-1的封閉端設有錐形頂頭1-4。疏水花管I筒壁上的疏水段總長為h，h為濕軟細粒砂巖2厚度H的1/3?2/3，在管體筒壁上的疏水段設有三段不同開孔率的疏水段，分別為第一疏水段h1、第二疏水段h2及第三疏水段h3。第一疏水段hi的長度為2/9h，第一疏水段hi上設有疏水孔1-1，疏水孔1-1的直徑為2?3mm，疏水孔1_1均勻分布在第一疏水段hi上，第一疏水段hi的開孔率為20?30% ;第二疏水段h2的長度為3/9h，第二疏水段h2上設有疏水孔1-2，疏水孔1-2的直徑為2?3mm，疏水孔1_2均勻分布在第二疏水段h2上，第二疏水段h2的開孔率為10?15% ;第三疏水段h3的長度為4/9h，第三疏水段h3上設有疏水孔1-3，疏水孔1-3的直徑為2?3mm，疏水孔1_3均勻分布在第三疏水段h3上，第三疏水段h3的開孔率為5?8%。疏水花管I開孔率上、下值的取舍可根據(jù)花管的長度尺寸確定，長花管取大值，短花管取小值。
[0016]濕軟細粒砂巖強化疏干實驗，實驗目的:檢測濕軟細粒砂巖疏干后的含水率，并驗證濕軟細粒砂巖強化疏干后固結(jié)不塌落。
[0017]實驗所用鋼制模具內(nèi)濕軟細粒砂巖體積:長300*寬300*高1000mm。
[0018]泥質(zhì)細粒砂巖物理狀況:含泥量為12%的細粒砂巖處于飽和含水率狀態(tài)(含水率為 16.8%) ο
[0019]疏水設備:負壓抽氣吸水式強化疏干機，并采用本發(fā)明提供的疏水花管，疏水花管疏水段總長為400 mm。
[0020]實驗結(jié)果:強化疏干后，濕軟泥質(zhì)細粒砂巖的平均含水率降到8.91%，鋼制模具底板拆除后，砂巖固結(jié)不塌落。[0021]濕軟細粒砂巖高(厚)度方向含水率分布規(guī)律如表1及附圖6所示。由附圖6可以看出，疏干后的砂巖含水率基本上呈線性分布規(guī)律。
[0022]表1:疏干后濕軟細粒砂巖高度方向含水率
【權(quán)利要求】
1.一種礦山沉積砂巖頂板靜水的疏干方法，它是通過負壓抽氣吸水式強化疏干機來強化疏干濕軟細粒砂巖中的靜水，其具體操作過程如下: 將負壓抽氣吸水式強化疏干機移到工作面，用負壓抽氣吸水式強化疏干機上的夾軌器夾緊鋼軌對負壓抽氣吸水式強化疏干機進行定位，然后啟動負壓抽氣吸水式強化疏干機上的剪叉式液壓升降平臺，并上升到頂板工作面，將疏水花管分別插入濕軟細粒砂巖頂板上的泄水孔中，啟動負壓抽氣吸水式強化疏干機上的負壓抽氣吸水裝置，利用負壓原理對砂巖頂板靜水進行吸水即強化疏干，將砂巖的含水率降到12%以下，使砂巖固結(jié)不塌落；其特征是:插入疏水花管時，借助于剪叉式液壓升降平臺的升力和安裝在疏水花管底部的O型密封圈及方形密封墊，對砂巖泄水孔口與疏水花管筒壁之間的間隙進行雙重密封，所述疏水花管插入砂巖的深度Hl為濕軟細粒砂巖厚度H的1/3?2/3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦山沉積砂巖頂板靜水的疏干方法，所述的負壓抽氣吸水式強化疏干機采用的疏水花管由管體及緊緊包裹在管體上的疏水膜組成，管體的一端開口，一端封閉，管體的開口端設有外螺紋，其特征是:管體的封閉端設有錐形頂頭；疏水花管筒壁上的疏水段總長為h，h為濕軟細粒砂巖厚度H的1/3?2/3，在管體筒壁上的疏水段設有三段不同開孔率的疏水段，分別為第一疏水段h1、第二疏水段h2及第三疏水段h3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種礦山沉積砂巖頂板靜水的疏干方法，其特征是:所述的疏水花管第一疏水段hi的長度為2/9h，第一疏水段hi上設有疏水孔，疏水孔的直徑為2?3mm,疏水孔均勻分布在第一疏水段hi上,第一疏水段hi的開孔率為20?30% ;第二疏水段h2的長度為3/9h，第二疏水段h2上設有疏水孔，疏水孔的直徑為2?3mm，疏水孔均勻分布在第二疏水段h2上，第二疏水段h2的開孔率為10?15% ;第三疏水段h3的長度為4/9h，第三疏水段h3上設有疏水孔，疏水孔的直徑為2?3mm，疏水孔均勻分布在第三疏水段h3上，第三疏水段h3的開孔率為5?8%。
【文檔編號】E21F16/00GK103726873SQ201410017365
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】周為民, 王開華, 雷澤勇, 劉君杰, 薛順, 諶勇 申請人:南華大學