二次卸壓防治沖擊地壓的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種二次卸壓防治沖擊地壓的方法，結(jié)合煤巖體地質(zhì)賦存條件及地應(yīng)力分布特征，針對(duì)不同沖擊地壓類型采用不同水射流割縫方式對(duì)煤巖體進(jìn)行割縫，隨后裝藥爆破。其優(yōu)點(diǎn)是：采用高壓水射流對(duì)具有沖擊危險(xiǎn)性的煤巖體沿鉆孔軸向切槽、徑向割縫后，使圍巖應(yīng)力重分布，集中應(yīng)力區(qū)向深部轉(zhuǎn)移，同時(shí)，高壓水射流割縫所形成的縫槽群（弱面）起到卸壓作用，隨后進(jìn)行松動(dòng)爆破，使裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，煤巖體變形能再次釋放，得到二次卸壓，從而有效地防止沖止地壓。本發(fā)明相比最常用的煤層注水和卸壓爆破具有耗時(shí)短、效果好、卸壓范圍廣、風(fēng)險(xiǎn)小的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】二次卸壓防治沖擊地壓的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及防治沖擊地壓的方法，尤其是一種適用于煤巖體二次卸壓防治沖擊地壓的方法，屬于礦山安全【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在礦山開采過程中，當(dāng)采掘空間或巷道周圍的應(yīng)力超過煤巖體的承載能力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)煤巖體的突然動(dòng)力性破壞，向采掘空間或巷道空間瞬間大量變形或彈射，并釋放大量的彈性能，這就是沖擊地壓(金屬礦山或隧道稱巖爆)。沖擊地壓威脅人類的生命安全并影響采掘工作的正常進(jìn)行，是礦山最嚴(yán)重災(zāi)害之一。
[0003]目前，治理沖擊地壓的方法主要有開采解放層、采區(qū)合理布置、煤層注水、卸壓爆破、大鉆孔、頂板斷裂爆破等，其中開采解放層和合理布置采區(qū)一旦施工不易改變，大鉆孔成本高、效果差，最常用的是煤層注水和卸壓爆破。然而，煤層注水通常耗時(shí)長(zhǎng)、遇到斷層等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)無(wú)法施工，單純的卸壓爆破無(wú)可避免的引起擾動(dòng)，易造成人工開挖引起的沖擊地壓。因而，迫切需要一種效率高、成本低的新方法防治沖擊地壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種工藝簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠、控制性好、效果良好的二次卸壓防治沖擊地壓的方法，其實(shí)質(zhì)是將水射流割縫與松動(dòng)爆破相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，對(duì)構(gòu)造型沖擊地壓、頂板斷裂型沖擊地壓和煤體壓縮型沖擊地壓采用不同方式割縫，對(duì)煤巖體進(jìn)行初次卸壓，而后進(jìn)行松爆，利用炸藥產(chǎn)生的能量使煤巖體裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，降低煤巖體彈性應(yīng)變能，從而達(dá)到二次卸壓的目的。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種二次卸壓防治沖擊地壓的方法，其步驟包括:
[0007]I)根據(jù)煤巖體地質(zhì)狀況確定欲卸壓區(qū)域和沖擊地壓類型；
[0008]2)對(duì)欲卸壓區(qū)域施工鉆孔，根據(jù)沖擊地壓類型在鉆孔中利用水射流對(duì)煤巖體進(jìn)行割縫；
[0009]3)通過鉆孔進(jìn)行松動(dòng)爆破，起爆后爆炸應(yīng)力波和爆生氣體沿著縫槽方向傳播,使煤層產(chǎn)生足夠多的裂隙，達(dá)到卸壓的目的。
[0010]進(jìn)一步地，在進(jìn)行所述割縫的前后需進(jìn)行通孔，將鉆孔中巖粉煤渣清理干凈。
[0011]進(jìn)一步地，所述割縫的具體方式為:
[0012]對(duì)構(gòu)造型沖擊地壓，采用在巷道周邊煤巖體內(nèi)沿鉆孔軸向切槽和徑向割縫相結(jié)合的割縫方式進(jìn)行施工，使巷道圍巖均勻卸壓，并形成網(wǎng)格化縫槽群；
[0013]對(duì)頂板斷裂型沖擊地壓，進(jìn)行徑向水射流割縫，使集中應(yīng)力往縫槽端部轉(zhuǎn)移，通過不同的割縫鉆孔布置方式區(qū)域卸壓；
[0014]對(duì)煤體壓縮型沖擊地壓，采用在深部煤巖體區(qū)域徑向割縫，使集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，從而減小該塑性區(qū)域承壓。[0015]進(jìn)一步地，利用水射流對(duì)煤巖體進(jìn)行割縫時(shí)，采用的高壓水壓力為25_35MPa ;徑向割縫半徑為0.5-2m，徑向割縫厚度為2-4mm ;軸向切槽深度為0.5_2m，軸向切槽寬度為2_4mmο
[0016]進(jìn)一步地，割縫孔(用于割縫的鉆孔)的排與排之間呈梅花形布置，每排割縫孔間距為 15m-25m。
[0017]進(jìn)一步地，所述爆破的具體方法為:
[0018]a)裝藥:將藥卷及起爆雷管按照設(shè)計(jì)方案送入鉆孔，采用不耦合裝藥和正向引爆方式；
[0019]b)封孔:使用黃泥和黃沙封孔，并保證起爆系統(tǒng)完好；
[0020]c)爆破:采用電力起爆系統(tǒng)起爆，起爆后爆炸應(yīng)力波和爆生氣體沿著縫槽方向傳播，使煤層產(chǎn)生足夠多的裂隙。
[0021]進(jìn)一步地，所述封孔黃泥長(zhǎng)度為2?4m，黃沙段長(zhǎng)度8?12m ;聚氨酯的長(zhǎng)度為
0.5?0.8m ;黃沙段的PVC管I?3m —段，共5?10段。
[0022]進(jìn)一步地，所述裝藥的長(zhǎng)度不少于2m。
[0023]本發(fā)明二次卸壓防治沖擊地壓方法的優(yōu)點(diǎn)是:
[0024]本發(fā)明將水射流割縫與松動(dòng)爆破相結(jié)合，能夠更好的防治沖擊地壓并提高效率，降低成本。利用水射流對(duì)煤巖體進(jìn)行割縫，通過割縫孔交錯(cuò)布置可以實(shí)現(xiàn)縫槽群裂隙相互貫通，從而形成大面積裂隙場(chǎng)，相當(dāng)于一個(gè)構(gòu)造弱面，能屏蔽或消弱地應(yīng)力并減弱煤體彈性變形能的傳遞，從而防治沖擊地壓對(duì)巷道的破壞，克服了煤層注水無(wú)法處理斷層構(gòu)造、耗時(shí)長(zhǎng)、效果差的缺點(diǎn)。割縫后集中應(yīng)力進(jìn)一步向巖體深部轉(zhuǎn)移，也具有卸壓效果，同時(shí)預(yù)裂縫槽的出現(xiàn)為下一步的松動(dòng)爆破提供了補(bǔ)償空間，可以有效降低單純松爆壓密煤巖體并產(chǎn)生大擾動(dòng)誘發(fā)沖擊的風(fēng)險(xiǎn)。本方法中所使用水射流割縫方式由于有水的存在，可以流暢地將炮孔內(nèi)的石渣清理干凈，便于后續(xù)裝藥的進(jìn)行，鑒于射流割縫深度可以利用切割速度及壓力隨時(shí)調(diào)整，故不存在因切縫淺而影響爆破效果的問題。因此，本發(fā)明的水射流割縫松動(dòng)爆破防治沖擊地壓方法成本低，效率高，效果好、卸壓范圍廣、風(fēng)險(xiǎn)小，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明水射流割縫松動(dòng)爆破防治沖擊地壓示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明炮孔封孔段示意圖。
[0027]圖3是本發(fā)明徑向割縫示意圖。
[0028]圖4是本發(fā)明軸向割縫示意圖。
[0029]圖5是本發(fā)明徑向和軸向相結(jié)合割縫示意圖。
[0030]圖6是本發(fā)明網(wǎng)格化縫槽示意圖。
[0031]圖7是本發(fā)明的割縫孔呈梅花形布置的示意圖。
[0032]圖中，I為巖體，2為煤體，3為炮孔，4為PVC管，5為炸藥，6為縫槽，7為聚氨酯，8為黃沙，9為黃泥，10割縫厚度，11割縫半徑，12切槽寬度，13切槽深度。
【具體實(shí)施方式】[0033]下面通過具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0034]本發(fā)明的二次卸壓防治沖擊地壓的方法，其具體措施如下:
[0035](I)選址:根據(jù)煤巖體地質(zhì)狀況，確定試驗(yàn)區(qū)域，并初步斷定沖擊地壓類型。
[0036](2)成孔:對(duì)欲卸壓區(qū)域施工鉆孔并洗孔。
[0037](3)水射流割縫:對(duì)構(gòu)造型沖擊地壓采用在巷道周邊煤巖體內(nèi)沿鉆孔軸向切槽和徑向割縫相結(jié)合的割縫方式進(jìn)行施工，使巷道圍巖均勻卸壓，并形成網(wǎng)格化縫槽群；對(duì)頂板斷裂型沖擊地壓進(jìn)行徑向水射流割縫，使集中應(yīng)力往縫槽端部轉(zhuǎn)移，通過不同的割縫鉆孔布置方式區(qū)域卸壓；對(duì)煤體壓縮型沖擊地壓采用在深部煤巖體區(qū)域徑向割縫，使集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，從而減小該塑性區(qū)域承壓。優(yōu)選地，割縫孔(用于割縫的鉆孔)的排與排之間呈梅花形布置，如圖7所示，每排割縫孔間距為15m-25m。
[0038](4)洗孔:清洗割縫孔，將鉆孔中的煤巖渣排除。
[0039](5)裝藥:將藥卷及起爆雷管按照設(shè)計(jì)方案送入鉆孔，采用不耦合裝藥和正向引爆方式。
[0040](6)封孔:使用黃泥和黃沙封孔，并保證起爆系統(tǒng)完好。
[0041](7)爆破:采用電力起爆系統(tǒng)起爆，起爆后爆炸應(yīng)力波和爆生氣體沿著縫槽方向傳播，使煤層產(chǎn)生足夠多的裂隙。
[0042]下面提供具體實(shí)施例。
[0043]實(shí)施例一
[0044]某礦，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f=3，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f=l，在選好的位置用鉆機(jī)向煤巖體打穿層鉆孔，如圖1所示，巖體I厚度32m，煤體2厚度3m，孔深36m，孔徑為113mm ;然后通孔，將鉆孔中的巖粉煤渣清理干凈，進(jìn)行徑向水力割縫，如示意圖3所示，其中右邊的(b)圖為左邊的(a)圖中A-A截面的示意圖，圖中3為炮孔，6為縫槽；而后將裝好雷管的炸藥5放入PVC管4，每一段管長(zhǎng)2m，送入11段PVC管；然后將同樣長(zhǎng)度(同樣是2m)的裝滿黃沙8的PVC管送入炮孔，并在每段中部捆綁0.5m的聚氨酯7，保證PVC管在炮孔中央，共送入5段；然后用黃泥9封孔，長(zhǎng)度4m，用棍子搗實(shí)；最后連接好起爆系統(tǒng)，確認(rèn)無(wú)誤后起爆。從而達(dá)到松爆的目的。圖2是炮孔封孔段的示意圖。
[0045]實(shí)施例二
[0046]某礦，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f=5，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f=2，在選好的位置用鉆機(jī)向煤巖體打穿層鉆孔，巖體I厚度37m，煤體2厚度4m，孔深42，孔徑為94mm ;然后通孔，將鉆孔中的巖粉煤渣清理干凈，進(jìn)行軸向割縫，如示意圖4所示其中右邊的(b)圖為左邊的(a)圖中B-B截面的示意圖，圖中3為炮孔，6為縫槽；而后將裝好雷管的炸藥5放入PVC管4，管長(zhǎng)2m，送入15段PVC管；然后將同樣長(zhǎng)度(同樣是2m)的裝滿黃沙8的PVC管送入炮孔，并在每段中部捆綁0.5m的聚氨酯7，保證PVC管在炮孔中央，共送入5段；然后用黃泥9封孔，長(zhǎng)度3m，用棍子搗實(shí)；最后連接好起爆系統(tǒng)，確認(rèn)無(wú)誤后起爆。從而達(dá)到松爆的目的。
[0047]實(shí)施例三
[0048]某礦，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f=4，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f=3，在選好的位置用鉆機(jī)向煤巖體打穿層鉆孔，巖體I厚度50m，煤體2厚度5m，孔深56，孔徑為94mm ;然后通孔，將鉆孔中的巖粉煤渣清理干凈，采用徑向割縫和軸向切槽相結(jié)合的方式防治沖擊地壓，如示意圖5所示，其中右邊的(b)圖為左邊的(a)圖中C-C截面的示意圖，圖中3為炮孔，6為縫槽；而后將裝好雷管的炸藥5放入PVC管4，管長(zhǎng)2m，送入25段PVC管；然后將同樣長(zhǎng)度(同樣是2m)的裝滿黃沙8的PVC管送入炮孔，并在每段中部捆綁0.5m的聚氨酯7，保證PVC管在炮孔中央，共送入5段；然后用黃泥9封孔，長(zhǎng)度5m，用棍子搗實(shí)；最后連接好起爆系統(tǒng)，確認(rèn)無(wú)誤后起爆。從而達(dá)到松爆的目的。
[0049]除上述實(shí)施例外，其它實(shí)施例中也可以采用多個(gè)徑向割縫的方式，形成網(wǎng)格化縫槽，如圖6所示。這中網(wǎng)格化縫槽的優(yōu)點(diǎn)是均勻卸壓，防止割縫后形成局部區(qū)域的應(yīng)力集中。
[0050]以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所述為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種二次卸壓防治沖擊地壓的方法，其步驟包括: 1)根據(jù)煤巖體地質(zhì)狀況確定欲卸壓區(qū)域和沖擊地壓類型； 2)對(duì)欲卸壓區(qū)域施工鉆孔，根據(jù)沖擊地壓類型在鉆孔中利用水射流對(duì)煤巖體進(jìn)行割縫； 3)通過鉆孔進(jìn)行松動(dòng)爆破，起爆后爆炸應(yīng)力波和爆生氣體沿著縫槽方向傳播，使煤層產(chǎn)生足夠多的裂隙，達(dá)到卸壓的目的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:進(jìn)行所述割縫的前后進(jìn)行通孔，將鉆孔中巖粉煤渣清理干凈。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述割縫的具體方式為: 對(duì)構(gòu)造型沖擊地壓，采用在巷道周邊煤巖體內(nèi)沿鉆孔軸向切槽和徑向割縫相結(jié)合的割縫方式進(jìn)行施工，使巷道圍巖均勻卸壓，并形成網(wǎng)格化縫槽群； 對(duì)頂板斷裂型沖擊地壓，進(jìn)行徑向水射流割縫，使集中應(yīng)力往縫槽端部轉(zhuǎn)移，通過不同的割縫鉆孔布置方式區(qū)域卸壓； 對(duì)煤體壓縮型沖擊地壓，采用在深部煤巖體區(qū)域徑向割縫，使集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，從而減小該塑性區(qū)域承壓。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:利用水射流對(duì)煤巖體進(jìn)行割縫時(shí)，采用的高壓水壓力為25?35MPa ;徑向割縫半徑為0.5?2m，徑向割縫厚度為2?4mm ;軸向切槽深度為0.5?2m，軸向切槽寬度為2?4_。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:害I]縫孔的排與排之間呈梅花形布置，每排割縫孔間距為15m?25m。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述爆破的具體方法為: a)裝藥:將藥卷及起爆雷管按照設(shè)計(jì)方案送入鉆孔，采用不耦合裝藥和正向引爆方式； b)封孔:使用黃泥和黃沙封孔，并保證起爆系統(tǒng)完好； c)爆破:采用電力起爆系統(tǒng)起爆，起爆后爆炸應(yīng)力波和爆生氣體沿著縫槽方向傳播，使煤層產(chǎn)生足夠多的裂隙。
7.如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于:封孔黃泥長(zhǎng)度為2?4m,黃沙段長(zhǎng)度8?12m ;聚氨酯的長(zhǎng)度為0.5?0.8mο
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:在PVC管中裝入黃沙，形成黃沙段，每段PVC管長(zhǎng)I?3m,共5?10段。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述裝藥的長(zhǎng)度不低于2m。
【文檔編號(hào)】E21C41/18GK103821516SQ201410086020
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】呂有廠, 代志旭, 康勇, 王曉川, 陳建忠, 王峰, 高建成, 仝艷軍 申請(qǐng)人:平頂山天安煤業(yè)股份有限公司