煤層高壓水力順層鑽割卸壓方法
2023-12-09 23:08:01
專利名稱：煤層高壓水力順層鑽割卸壓方法
技術領域：
本發明涉及礦業強礦壓災害防治技術領域，具體涉及一種煤層高壓水力順層鑽割卸壓方法。
背景技術：
近年來，隨著我國礦業生產能力的提高，開採強度逐漸增加，開採深度也隨之加深，這樣更多的強礦壓顯現區就越發明顯。強礦壓顯現區的煤體應力一般很大，開採環節處理不當很容易產生礦壓災害。硯北煤礦的生產採區受構造應力、頂板應力及保護煤柱等諸多因素影響，採掘過程中容易頻繁出現煤炮現象，有強礦壓顯現發生，易造成人員受傷、巷道變形、設備損壞等，嚴重影響著礦井的安全生產。針對上述情況，目前雖然採取了一些礦壓防治措施，但各有其特定適應條件，得到效果欠佳，不能有效減少來壓次數和降低來壓強度及破壞程度，尚不能從根本上保證煤礦的安全生產。
發明內容
為克服現有卸壓技術中存在的不足，本發明提供了一種煤層高壓水力順層鑽割卸壓方法，其能有效轉移和降低煤體局部應力，實現高應力集中區域整體卸壓效果，減少了來壓次數，降低了來壓強度及破壞程度，保證了生產安全。為實現本發明的上述目的，本發明的煤層高壓水利順層鑽割卸壓方法包括以下步驟:1)在掘進工作面運輸順槽的高應力集中區域兩幫煤體和迎頭的表面分別布設多個鑽孔孔位，相鄰鑽孔孔位之間保持預定間距；2 )採用液壓鑽機對鑽孔孔位打鑽，鑽進方向與水平面呈預定傾角，當鑽孔達到設計深度後退鑽；3)在液壓鑽機的鑽杆端部連接射流器，將射流器與鑽杆一併送入已打好的鑽孔內，射流器的送入深度與孔口保持預定距離；4)開啟液壓鑽機，帶動鑽杆和射流器旋轉並進行割縫作業，最後在煤體內形成卸壓空腔，實現對局部煤體的卸壓；5)重複上述步驟2) 步驟4)，對其它鑽孔孔位分別實施打鑽、割縫作業，最終實現對整個煤體的卸壓。優選地，步驟4)中所述水力割縫作業包括:在距離孔口 15 30m範圍內採用整段煤體割縫切割，以及在距離孔口 4 15m範圍內採用分段煤體割縫切割。進一步，所述整段煤體割縫切割為射流器沿鑽孔軸向移動並對整段煤體進行不間斷徑向切割，最終形成具有一定直徑的孔洞式卸壓空腔。進一步，所述分段煤體割縫切割為射流器沿鑽孔軸向移動，先對一小段煤體不間斷徑向切割，形成第一個圓盤式卸壓空腔，之後移動割縫鑽杆至另一小段並不間斷切割，形成第二個圓盤式卸壓空腔，重複上述步驟做多個小段的不間斷切割，最終形成若干小段的圓盤式卸壓空腔。優選地，每相鄰兩個所述圓盤式卸壓空腔的間距為2 4m，每個所述圓盤式卸壓空腔的出煤量為0.15 0.3t ;所述孔洞式卸壓空腔的半徑為0.3 0.4m，每米出煤量為0.4 0.7t。
特別是，每相鄰兩個所述圓盤式卸壓空腔的間距為2.5m。
優選地，所述整段煤體割縫切割和所述分段煤體割縫切割均包含在施工掘進方向上每米不少於15min定點靜態割縫與不少於IOmin前後反覆動態割縫相結合的割縫步驟，15min定點靜態割縫每米分為3段，每段割縫時間不少於5min。
優選地,步驟I)中所述預定間距為3.2 5m ;步驟2)中所述設計深度為O 30m ；步驟2)中所述預定傾角包括在兩幫煤體的第一預定傾角和在迎頭煤體的第二預定傾角，其中所述第一預定傾角為5° 7°，所述第二預定傾角為2° 3° ;步驟3)中所述預定距離包括在兩幫煤體的第一預定距離和在迎頭煤體的第二預定距離，其中所述第一預定距離為3 5m,所述第二預定距離為4 6m。
特別是，所述第一預定距離為4m，所述第二預定距離為5m。
優選地，步驟2)中所述液壓鑽機為乳化泵液壓鑽機；步驟4)中所述割縫作業的壓力不低於28MP。
與現有技術相比，本發明的煤層高壓水利順層鑽割卸壓方法具有以下優點:
I)本發明煤層高壓水力順層鑽割卸壓方法的工藝步驟清晰明了，操作方便、實用；
2)本發明通過合理布設鑽孔孔位間距和鑽孔深度，並對煤體兩幫和迎頭成一定仰角實施鑽孔，同時選取最佳鑽孔深度實施割縫作業，達到更加明顯的卸壓效果，使得實際作業更加安全可靠；
3)本發明通過對不同的孔深位段採用不同鑽割方式，併合理分配鑽割時間，確定了最佳卸壓方案，提高了鑽割速率，降低了鑽割作業中可能存在的風險因素；
4)本發明煤層高壓水力順層鑽割卸壓方法能有效轉移和降低煤體局部應力，實現高應力集中區域整體卸壓效果，減少了來壓次數，降低了來壓強度及破壞程度，保證了安全生產。
下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是本發明煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法的防衝模擬示意圖2a是在掘進工作面運輸順槽高應力集中區域兩幫煤體的鑽孔布置和鑽割示意圖2b是圖2a的左視圖3是在掘進工作面運輸順槽高應力集中區域迎頭煤體的鑽孔布置和鑽割示意圖4是採用整段煤體切割方式進行割縫作業的結構示意圖5是採用分段煤體切割方式進行割縫作業的結構示意圖。
附圖標記說明:1_水管；2-水箱；3_連接管；4_壓力表；5_注水泵；6-水錶；7_洩壓閥；8_高壓管線；9_防噴裝置；10_巖體；11_煤體；12_鑽孔；13-兩幫煤體；14_迎頭煤體；15_圓盤式卸壓空腔；16_孔洞式卸壓空腔；α -預定傾角。
具體實施方式
如圖1 圖3所示，本發明煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法的步驟包括:1)在掘進工作面運輸順槽的高應力集中區域兩幫煤體13和迎頭煤體14的表面分別布設多個鑽孔孔位，相鄰鑽孔孔位之間保持預定間距；2 )採用液壓鑽機對鑽孔孔位打鑽，鑽進方向與水平面呈預定傾角，當鑽孔12達到設計深度後退鑽；3)在液壓鑽機的鑽杆端部連接射流器，將射流器與鑽杆一併送入已打好的鑽孔12內，射流器的送入深度與孔口保持預定距離；4)開啟液壓鑽機，帶動鑽杆和射流器旋轉並進行割縫作業，最後在煤體11內形成卸壓空腔，實現對局部煤體的卸壓；5)重複上述步驟，對其它鑽孔孔位分別實施打鑽、割縫作業，最終實現對整個煤體的卸壓。具體地，步驟4)中水力割縫作業包括:在距離孔口 15 30m範圍內採用整段煤體割縫切割，在距離孔口 4 15m範圍內採用分段煤體割縫切割。實施例一如圖1所示，本實施例的裝備及工藝分別如下:I)裝備害I]縫泵:型號BRW400/31.5型煤礦用乳化液泵，額定壓力31.5Mpa、額定流量400L/min ；水箱:鐵質，容積3m3 ；壓力表:型號YHY60 (B)礦用本安型數字壓力計。2)管路高壓管路:選用內徑分別為Φ 32mm和Φ 19mm，耐壓強度不低於35MPa的高壓膠管。3)鑽具鑽機:ZYJ_680型地爬式液壓鑽機，鑽杆Φ50.ι，鑽頭Φ94πιπι，用於鑽孔12的施工，割縫噴頭選擇上三孔孔徑標準為2.0 mm,2.5 mm,3.0 mm。4)工藝流程水管I —水箱2 —連接管3 —注水泵5 (用壓力表4測量)一高壓管線8 (用水錶6測量，具有洩壓閥7)—鑽機及鑽割裝置一防噴裝置9 —鑽孔12 —煤體11。如圖4所示，在距離孔口 15 30m範圍內，射流器沿鑽孔12軸向移動並對此範圍內的整段煤體進行不間斷徑向切割，最終形成具有一定直徑的孔洞式卸壓空腔16，孔洞式卸壓空腔的半徑優選為0.3 0.4m,每米出煤量為0.4 0.7t，總出煤量控制在6 10.5t。實施例二本實施例的裝備及工藝同實施例一。如圖5所示，在距離孔口 8 15m範圍內，射流器沿鑽孔12軸向移動，先對一小段煤體不間斷徑向切割，形成第一個圓盤式卸壓空腔15，之後移動割縫鑽杆至另一小段並不間斷切割，形成第二個圓盤式卸壓空腔15，重複上述步驟做多個小段的不間斷切割，最終形成若干小段的圓盤式卸壓空腔15。每相鄰兩個圓盤式卸壓空腔15的間距優選為2 4m，最好是2.5m，每個圓盤式卸壓空腔15的出煤量為0.15 0.3t，總出煤量控制在0.6 1.2t左右。為了達到更佳割縫效果，本發明在實施例一中的整段煤體割縫切割和實施例二中的分段煤體割縫切割均採用了在施工掘進方向上每米不少於15min定點靜態割縫與不少於IOmin前後反覆動態割縫相結合的割縫步驟，15min定點靜態割縫每米分為3段，每段割縫時間不少於5min，最好是5min。
實施例三
本實施例的裝備及工藝同實施例一。
為確保本發明的鑽割施工起到預期卸壓效果，對卸壓方法進行了多次測試，優選的測試手段包括:步驟I)中的預定間距保持在3.2 5m，步驟2)中的設計深度最好是O 30m，步驟2)中的預定傾角α包括了在兩幫煤體13的第一預定傾角和在迎頭煤體14的第二預定傾角，其中第一預定傾角最好是5° 7° ,第二傾預定角最好是2° 3° ,步驟3)中的預定距離包括了在兩幫煤體13的第一預定距離和在迎頭煤體14的第二預定距離，其中第一預定距離優選為3 5m,最好是4m,第二預定距離為優選為4 6m,最好是5m。此夕卜，本發明在施工中對壓力也進行了控制，通過研究現有技術，再結合本發明的施工特點，施工中割縫作業的壓力優選為28MP，最好在28MP之上。
通過上述幾個實施例及根據現場實踐得出，每米最佳出煤量可達0.4 0.7t，煤層內形成半徑為0.3 0.4m的空洞，且實施過程中孔內有小爆聲，每天用KBD-5電磁輻射儀監測檢驗，通過監測數據統計得出:鑽割前電磁輻射值平均值為34mV，鑽割後電磁輻射平均值為19mV，鑽割後電磁輻射值比鑽割前大大降低，證明確實達到卸壓效果。高壓水力順層鑽割卸壓方法的實施增大了來壓步距，減少了來壓次數，降低了來壓強度。
本發明煤層高壓水力順層鑽割卸壓方法的工藝步驟清晰明了，操作方便、實用；通過合理布設鑽孔孔位間距和鑽孔深度，並對煤體兩幫和迎頭成一定仰角實施鑽孔，同時選取最佳鑽孔深度實施割縫作業，達到更加明顯的卸壓效果，使得實際作業更加安全可靠；通過對不同的孔深位段採用不同鑽割方式，併合理分配鑽割時間，確定了最佳卸壓方案，提高了鑽割速率，降低了鑽割作業中可能存在的風險因素；此外，本發明煤層高壓水力順層鑽割卸壓方法有效轉移和降低了煤體11局部應力，實現高應力集中區域整體卸壓效果，減少了來壓次數、來壓強度及破壞程度，保證了安全生產。
需要說明的是，儘管上文對本發明作了詳細說明，但本發明不限於此，本技術領域的技術人員可以根據本發明記載的內容或原理進行修改，因此，凡按照本發明記載的內容或原理進行的各種修改都應當理解為落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)在掘進工作面運輸順槽的高應力集中區域兩幫煤體和迎頭煤體的表面分別布設多個鑽孔孔位，相鄰鑽孔孔位之間保持預定間距； 2)採用液壓鑽機對鑽孔孔位打鑽，鑽進方向與水平面呈預定傾角，當鑽孔達到設計深度後退鑽； 3)在液壓鑽機的鑽杆端部連接射流器，將射流器與鑽杆一併送入已打好的鑽孔內，射流器的送入深度與孔口保持預定距離； 4)開啟液壓鑽機，帶動鑽杆和射流器旋轉並進行割縫作業，最後在煤體內形成卸壓空腔，實現對局部煤體的卸壓； 5)重複上述步驟2) 步驟4)，對其它鑽孔孔位分別實施打鑽、割縫作業，最終實現對整個煤體的卸壓。
2.根據權利要求1所述的煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，其特徵在於，步驟4)中所述水力割縫作業包括: 在距離孔口 15 30m範圍內採用整段煤體割縫切割，以及 在距離孔口 4 15m範圍內採用分段煤體割縫切割。
3.根據權利要求2所述的煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，其特徵在於，所述整段煤體割縫切割為射流器沿鑽孔軸向移動並對整段煤體進行不間斷徑向切割，最終形成具有一定直徑的孔洞式卸壓空腔。
4.根據權利要求3所述的煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，其特徵在於，所述分段煤體割縫切割為射流器沿鑽孔軸向移動，先對一小段煤體不間斷徑向切割，形成第一個圓盤式卸壓空腔，之後移動割縫鑽杆至另一小段並不間斷切割，形成第二個圓盤式卸壓空腔，重複上述步驟做多個小段的不間斷切割，最終形成若干小段的圓盤式卸壓空腔。
5.根據權利要求4所述的煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，其特徵在於，每相鄰兩個所述圓盤式卸壓空腔的間距為2 4m，每個所述圓盤式卸壓空腔的出煤量為0.15 0.3t ；所述孔洞式卸壓空腔的半徑為0.3 0.4m，每米出煤量為0.4 0.7t。
6.根據權利要求5所述的煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，其特徵在於，每相鄰兩個所述圓盤式卸壓空腔的間距為2.5m。
7.根據權利要求2所述的煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，其特徵在於，所述整段煤體割縫切割和所述分段煤體割縫切割均包含在施工掘進方向上每米不少於15min定點靜態割縫與不少於IOmin前後反覆動態割縫相結合的割縫步驟，15min定點靜態割縫每米分為3段，每段割縫時間不少於5min。
8.根據權利要求1所述的煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，其特徵在於， 步驟I)中所述預定間距為3.2 5m ; 步驟2)中所述設計深度為O 30m ; 步驟2)中所述預定傾角包括在兩幫煤體的第一預定傾角和在迎頭煤體的第二預定傾角，其中所述第一預定傾角為5° 7°，所述第二預定傾角為2° 3° ； 步驟3)中所述預定距離包括在兩幫煤體的第一預定距離和在迎頭煤體的第二預定距離，其中所述第一預定距離為3 5m，所述第二預定距離為4 6m。
9.根據權利要求8所 述的煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，其特徵在於，所述第一預定距離為4m，所述第二預定距離為5m。
10.根據權利要求1所述的煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，其特徵在於， 步驟2)中所述液壓鑽機為乳化泵液壓鑽機； 步驟4)中所述割縫作 業的壓力不低於28MP。
全文摘要
本發明公開了一種煤體高壓水力順層鑽割卸壓方法，包括在掘進工作面運輸順槽的高應力集中區域兩幫煤體和迎頭煤體的表面分別布設多個鑽孔孔位；採用液壓鑽機對鑽孔孔位打鑽，鑽進方向與水平面呈預定傾角，當鑽孔達到設計深度後退鑽；在液壓鑽機的鑽杆端部連接射流器，將射流器與鑽杆一併送入已打好的鑽孔內；開啟液壓鑽機，帶動鑽杆和射流器旋轉並進行割縫作業，最後在煤體內形成卸壓空腔；重複上述步驟，對其它鑽孔孔位分別實施打鑽、割縫作業，最終實現對整個煤體的卸壓。本發明的煤層高壓水利順層鑽割卸壓方法，其有效轉移和降低了煤體局部應力，實現高應力集中區域整體卸壓效果，減少了來壓次數，降低了來壓強度及破壞程度，保證了安全生產。
文檔編號E21B7/00GK103161402SQ20131010365
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者謝俊文, 盧熹, 上官科峰, 竇林名, 楊世傑, 高含輝, 丁小敏, 何如成, 於貴良, 王愛軍, 繆喜, 楊君, 趙克孝 申請人:華亭煤業集團有限責任公司