專利名稱：煤層高壓水力順層鉆割卸壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦業(yè)強(qiáng)礦壓災(zāi)害防治技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤層高壓水力順層鉆割卸壓方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國(guó)礦業(yè)生產(chǎn)能力的提高，開采強(qiáng)度逐漸增加，開采深度也隨之加深，這樣更多的強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)區(qū)就越發(fā)明顯。強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)區(qū)的煤體應(yīng)力一般很大，開采環(huán)節(jié)處理不當(dāng)很容易產(chǎn)生礦壓災(zāi)害。硯北煤礦的生產(chǎn)采區(qū)受構(gòu)造應(yīng)力、頂板應(yīng)力及保護(hù)煤柱等諸多因素影響，采掘過程中容易頻繁出現(xiàn)煤炮現(xiàn)象，有強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)發(fā)生，易造成人員受傷、巷道變形、設(shè)備損壞等，嚴(yán)重影響著礦井的安全生產(chǎn)。針對(duì)上述情況，目前雖然采取了一些礦壓防治措施，但各有其特定適應(yīng)條件，得到效果欠佳，不能有效減少來壓次數(shù)和降低來壓強(qiáng)度及破壞程度，尚不能從根本上保證煤礦的安全生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有卸壓技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種煤層高壓水力順層鉆割卸壓方法，其能有效轉(zhuǎn)移和降低煤體局部應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)高應(yīng)力集中區(qū)域整體卸壓效果，減少了來壓次數(shù)，降低了來壓強(qiáng)度及破壞程度，保證了生產(chǎn)安全。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的煤層高壓水利順層鉆割卸壓方法包括以下步驟:1)在掘進(jìn)工作面運(yùn)輸順槽的高應(yīng)力集中區(qū)域兩幫煤體和迎頭的表面分別布設(shè)多個(gè)鉆孔孔位，相鄰鉆孔孔位之間保持預(yù)定間距；2 )采用液壓鉆機(jī)對(duì)鉆孔孔位打鉆，鉆進(jìn)方向與水平面呈預(yù)定傾角，當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后退鉆；3)在液壓鉆機(jī)的鉆桿端部連接射流器，將射流器與鉆桿一并送入已打好的鉆孔內(nèi)，射流器的送入深度與孔口保持預(yù)定距離；4)開啟液壓鉆機(jī)，帶動(dòng)鉆桿和射流器旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行割縫作業(yè)，最后在煤體內(nèi)形成卸壓空腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部煤體的卸壓；5)重復(fù)上述步驟2) 步驟4)，對(duì)其它鉆孔孔位分別實(shí)施打鉆、割縫作業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)煤體的卸壓。優(yōu)選地，步驟4)中所述水力割縫作業(yè)包括:在距離孔口 15 30m范圍內(nèi)采用整段煤體割縫切割，以及在距離孔口 4 15m范圍內(nèi)采用分段煤體割縫切割。進(jìn)一步，所述整段煤體割縫切割為射流器沿鉆孔軸向移動(dòng)并對(duì)整段煤體進(jìn)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(jìn)一步，所述分段煤體割縫切割為射流器沿鉆孔軸向移動(dòng)，先對(duì)一小段煤體不間斷徑向切割，形成第一個(gè)圓盤式卸壓空腔，之后移動(dòng)割縫鉆桿至另一小段并不間斷切割，形成第二個(gè)圓盤式卸壓空腔，重復(fù)上述步驟做多個(gè)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(yōu)選地，每相鄰兩個(gè)所述圓盤式卸壓空腔的間距為2 4m，每個(gè)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(gè)所述圓盤式卸壓空腔的間距為2.5m。
優(yōu)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(jìn)方向上每米不少于15min定點(diǎn)靜態(tài)割縫與不少于IOmin前后反復(fù)動(dòng)態(tài)割縫相結(jié)合的割縫步驟，15min定點(diǎn)靜態(tài)割縫每米分為3段，每段割縫時(shí)間不少于5min。
優(yōu)選地,步驟I)中所述預(yù)定間距為3.2 5m ;步驟2)中所述設(shè)計(jì)深度為O 30m ；步驟2)中所述預(yù)定傾角包括在兩幫煤體的第一預(yù)定傾角和在迎頭煤體的第二預(yù)定傾角，其中所述第一預(yù)定傾角為5° 7°，所述第二預(yù)定傾角為2° 3° ;步驟3)中所述預(yù)定距離包括在兩幫煤體的第一預(yù)定距離和在迎頭煤體的第二預(yù)定距離，其中所述第一預(yù)定距離為3 5m,所述第二預(yù)定距離為4 6m。
特別是，所述第一預(yù)定距離為4m，所述第二預(yù)定距離為5m。
優(yōu)選地，步驟2)中所述液壓鉆機(jī)為乳化泵液壓鉆機(jī)；步驟4)中所述割縫作業(yè)的壓力不低于28MP。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的煤層高壓水利順層鉆割卸壓方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
I)本發(fā)明煤層高壓水力順層鉆割卸壓方法的工藝步驟清晰明了，操作方便、實(shí)用；
2)本發(fā)明通過合理布設(shè)鉆孔孔位間距和鉆孔深度，并對(duì)煤體兩幫和迎頭成一定仰角實(shí)施鉆孔，同時(shí)選取最佳鉆孔深度實(shí)施割縫作業(yè)，達(dá)到更加明顯的卸壓效果，使得實(shí)際作業(yè)更加安全可靠；
3)本發(fā)明通過對(duì)不同的孔深位段采用不同鉆割方式，并合理分配鉆割時(shí)間，確定了最佳卸壓方案，提高了鉆割速率，降低了鉆割作業(yè)中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素；
4)本發(fā)明煤層高壓水力順層鉆割卸壓方法能有效轉(zhuǎn)移和降低煤體局部應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)高應(yīng)力集中區(qū)域整體卸壓效果，減少了來壓次數(shù)，降低了來壓強(qiáng)度及破壞程度，保證了安全生產(chǎn)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


圖1是本發(fā)明煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法的防沖模擬示意圖2a是在掘進(jìn)工作面運(yùn)輸順槽高應(yīng)力集中區(qū)域兩幫煤體的鉆孔布置和鉆割示意圖2b是圖2a的左視圖3是在掘進(jìn)工作面運(yùn)輸順槽高應(yīng)力集中區(qū)域迎頭煤體的鉆孔布置和鉆割示意圖4是采用整段煤體切割方式進(jìn)行割縫作業(yè)的結(jié)構(gòu)示意圖5是采用分段煤體切割方式進(jìn)行割縫作業(yè)的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明:1_水管；2-水箱；3_連接管；4_壓力表；5_注水泵；6-水表；7_泄壓閥；8_高壓管線；9_防噴裝置；10_巖體；11_煤體；12_鉆孔；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(yù)定傾角。
具體實(shí)施方式
如圖1 圖3所示，本發(fā)明煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法的步驟包括:1)在掘進(jìn)工作面運(yùn)輸順槽的高應(yīng)力集中區(qū)域兩幫煤體13和迎頭煤體14的表面分別布設(shè)多個(gè)鉆孔孔位，相鄰鉆孔孔位之間保持預(yù)定間距；2 )采用液壓鉆機(jī)對(duì)鉆孔孔位打鉆，鉆進(jìn)方向與水平面呈預(yù)定傾角，當(dāng)鉆孔12達(dá)到設(shè)計(jì)深度后退鉆；3)在液壓鉆機(jī)的鉆桿端部連接射流器，將射流器與鉆桿一并送入已打好的鉆孔12內(nèi)，射流器的送入深度與孔口保持預(yù)定距離；4)開啟液壓鉆機(jī)，帶動(dòng)鉆桿和射流器旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行割縫作業(yè)，最后在煤體11內(nèi)形成卸壓空腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部煤體的卸壓；5)重復(fù)上述步驟，對(duì)其它鉆孔孔位分別實(shí)施打鉆、割縫作業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)煤體的卸壓。具體地，步驟4)中水力割縫作業(yè)包括:在距離孔口 15 30m范圍內(nèi)采用整段煤體割縫切割，在距離孔口 4 15m范圍內(nèi)采用分段煤體割縫切割。實(shí)施例一如圖1所示，本實(shí)施例的裝備及工藝分別如下:I)裝備害I]縫泵:型號(hào)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(zhì)，容積3m3 ；壓力表:型號(hào)YHY60 (B)礦用本安型數(shù)字壓力計(jì)。2)管路高壓管路:選用內(nèi)徑分別為Φ 32mm和Φ 19mm，耐壓強(qiáng)度不低于35MPa的高壓膠管。3)鉆具鉆機(jī):ZYJ_680型地爬式液壓鉆機(jī)，鉆桿Φ50.ι，鉆頭Φ94πιπι，用于鉆孔12的施工，割縫噴頭選擇上三孔孔徑標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量)一高壓管線8 (用水表6測(cè)量，具有泄壓閥7)—鉆機(jī)及鉆割裝置一防噴裝置9 —鉆孔12 —煤體11。如圖4所示，在距離孔口 15 30m范圍內(nèi)，射流器沿鉆孔12軸向移動(dòng)并對(duì)此范圍內(nèi)的整段煤體進(jìn)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(yōu)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(shí)施例二本實(shí)施例的裝備及工藝同實(shí)施例一。如圖5所示，在距離孔口 8 15m范圍內(nèi)，射流器沿鉆孔12軸向移動(dòng)，先對(duì)一小段煤體不間斷徑向切割，形成第一個(gè)圓盤式卸壓空腔15，之后移動(dòng)割縫鉆桿至另一小段并不間斷切割，形成第二個(gè)圓盤式卸壓空腔15，重復(fù)上述步驟做多個(gè)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(gè)圓盤式卸壓空腔15的間距優(yōu)選為2 4m，最好是2.5m，每個(gè)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(dá)到更佳割縫效果，本發(fā)明在實(shí)施例一中的整段煤體割縫切割和實(shí)施例二中的分段煤體割縫切割均采用了在施工掘進(jìn)方向上每米不少于15min定點(diǎn)靜態(tài)割縫與不少于IOmin前后反復(fù)動(dòng)態(tài)割縫相結(jié)合的割縫步驟，15min定點(diǎn)靜態(tài)割縫每米分為3段，每段割縫時(shí)間不少于5min，最好是5min。
實(shí)施例三
本實(shí)施例的裝備及工藝同實(shí)施例一。
為確保本發(fā)明的鉆割施工起到預(yù)期卸壓效果，對(duì)卸壓方法進(jìn)行了多次測(cè)試，優(yōu)選的測(cè)試手段包括:步驟I)中的預(yù)定間距保持在3.2 5m，步驟2)中的設(shè)計(jì)深度最好是O 30m，步驟2)中的預(yù)定傾角α包括了在兩幫煤體13的第一預(yù)定傾角和在迎頭煤體14的第二預(yù)定傾角，其中第一預(yù)定傾角最好是5° 7° ,第二傾預(yù)定角最好是2° 3° ,步驟3)中的預(yù)定距離包括了在兩幫煤體13的第一預(yù)定距離和在迎頭煤體14的第二預(yù)定距離，其中第一預(yù)定距離優(yōu)選為3 5m,最好是4m,第二預(yù)定距離為優(yōu)選為4 6m,最好是5m。此夕卜，本發(fā)明在施工中對(duì)壓力也進(jìn)行了控制，通過研究現(xiàn)有技術(shù)，再結(jié)合本發(fā)明的施工特點(diǎn)，施工中割縫作業(yè)的壓力優(yōu)選為28MP，最好在28MP之上。
通過上述幾個(gè)實(shí)施例及根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐得出，每米最佳出煤量可達(dá)0.4 0.7t，煤層內(nèi)形成半徑為0.3 0.4m的空洞，且實(shí)施過程中孔內(nèi)有小爆聲，每天用KBD-5電磁輻射儀監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出:鉆割前電磁輻射值平均值為34mV，鉆割后電磁輻射平均值為19mV，鉆割后電磁輻射值比鉆割前大大降低，證明確實(shí)達(dá)到卸壓效果。高壓水力順層鉆割卸壓方法的實(shí)施增大了來壓步距，減少了來壓次數(shù)，降低了來壓強(qiáng)度。
本發(fā)明煤層高壓水力順層鉆割卸壓方法的工藝步驟清晰明了，操作方便、實(shí)用；通過合理布設(shè)鉆孔孔位間距和鉆孔深度，并對(duì)煤體兩幫和迎頭成一定仰角實(shí)施鉆孔，同時(shí)選取最佳鉆孔深度實(shí)施割縫作業(yè)，達(dá)到更加明顯的卸壓效果，使得實(shí)際作業(yè)更加安全可靠；通過對(duì)不同的孔深位段采用不同鉆割方式，并合理分配鉆割時(shí)間，確定了最佳卸壓方案，提高了鉆割速率，降低了鉆割作業(yè)中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素；此外，本發(fā)明煤層高壓水力順層鉆割卸壓方法有效轉(zhuǎn)移和降低了煤體11局部應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)高應(yīng)力集中區(qū)域整體卸壓效果，減少了來壓次數(shù)、來壓強(qiáng)度及破壞程度，保證了安全生產(chǎn)。
需要說明的是，盡管上文對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明記載的內(nèi)容或原理進(jìn)行修改，因此，凡按照本發(fā)明記載的內(nèi)容或原理進(jìn)行的各種修改都應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在掘進(jìn)工作面運(yùn)輸順槽的高應(yīng)力集中區(qū)域兩幫煤體和迎頭煤體的表面分別布設(shè)多個(gè)鉆孔孔位，相鄰鉆孔孔位之間保持預(yù)定間距； 2)采用液壓鉆機(jī)對(duì)鉆孔孔位打鉆，鉆進(jìn)方向與水平面呈預(yù)定傾角，當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后退鉆； 3)在液壓鉆機(jī)的鉆桿端部連接射流器，將射流器與鉆桿一并送入已打好的鉆孔內(nèi)，射流器的送入深度與孔口保持預(yù)定距離； 4)開啟液壓鉆機(jī)，帶動(dòng)鉆桿和射流器旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行割縫作業(yè)，最后在煤體內(nèi)形成卸壓空腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部煤體的卸壓； 5)重復(fù)上述步驟2) 步驟4)，對(duì)其它鉆孔孔位分別實(shí)施打鉆、割縫作業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)煤體的卸壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，其特征在于，步驟4)中所述水力割縫作業(yè)包括: 在距離孔口 15 30m范圍內(nèi)采用整段煤體割縫切割，以及 在距離孔口 4 15m范圍內(nèi)采用分段煤體割縫切割。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，其特征在于，所述整段煤體割縫切割為射流器沿鉆孔軸向移動(dòng)并對(duì)整段煤體進(jìn)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(jù)權(quán)利要求3所述的煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，其特征在于，所述分段煤體割縫切割為射流器沿鉆孔軸向移動(dòng)，先對(duì)一小段煤體不間斷徑向切割，形成第一個(gè)圓盤式卸壓空腔，之后移動(dòng)割縫鉆桿至另一小段并不間斷切割，形成第二個(gè)圓盤式卸壓空腔，重復(fù)上述步驟做多個(gè)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(jù)權(quán)利要求4所述的煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，其特征在于，每相鄰兩個(gè)所述圓盤式卸壓空腔的間距為2 4m，每個(gè)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(jù)權(quán)利要求5所述的煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，其特征在于，每相鄰兩個(gè)所述圓盤式卸壓空腔的間距為2.5m。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，其特征在于，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(jìn)方向上每米不少于15min定點(diǎn)靜態(tài)割縫與不少于IOmin前后反復(fù)動(dòng)態(tài)割縫相結(jié)合的割縫步驟，15min定點(diǎn)靜態(tài)割縫每米分為3段，每段割縫時(shí)間不少于5min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，其特征在于， 步驟I)中所述預(yù)定間距為3.2 5m ; 步驟2)中所述設(shè)計(jì)深度為O 30m ; 步驟2)中所述預(yù)定傾角包括在兩幫煤體的第一預(yù)定傾角和在迎頭煤體的第二預(yù)定傾角，其中所述第一預(yù)定傾角為5° 7°，所述第二預(yù)定傾角為2° 3° ； 步驟3)中所述預(yù)定距離包括在兩幫煤體的第一預(yù)定距離和在迎頭煤體的第二預(yù)定距離，其中所述第一預(yù)定距離為3 5m，所述第二預(yù)定距離為4 6m。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所 述的煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，其特征在于，所述第一預(yù)定距離為4m，所述第二預(yù)定距離為5m。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，其特征在于， 步驟2)中所述液壓鉆機(jī)為乳化泵液壓鉆機(jī)； 步驟4)中所述割縫作 業(yè)的壓力不低于28MP。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤體高壓水力順層鉆割卸壓方法，包括在掘進(jìn)工作面運(yùn)輸順槽的高應(yīng)力集中區(qū)域兩幫煤體和迎頭煤體的表面分別布設(shè)多個(gè)鉆孔孔位；采用液壓鉆機(jī)對(duì)鉆孔孔位打鉆，鉆進(jìn)方向與水平面呈預(yù)定傾角，當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后退鉆；在液壓鉆機(jī)的鉆桿端部連接射流器，將射流器與鉆桿一并送入已打好的鉆孔內(nèi)；開啟液壓鉆機(jī)，帶動(dòng)鉆桿和射流器旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行割縫作業(yè)，最后在煤體內(nèi)形成卸壓空腔；重復(fù)上述步驟，對(duì)其它鉆孔孔位分別實(shí)施打鉆、割縫作業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)煤體的卸壓。本發(fā)明的煤層高壓水利順層鉆割卸壓方法，其有效轉(zhuǎn)移和降低了煤體局部應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)高應(yīng)力集中區(qū)域整體卸壓效果，減少了來壓次數(shù)，降低了來壓強(qiáng)度及破壞程度，保證了安全生產(chǎn)。
文檔編號(hào)E21B7/00GK103161402SQ20131010365
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者謝俊文, 盧熹, 上官科峰, 竇林名, 楊世杰, 高含輝, 丁小敏, 何如成, 于貴良, 王愛軍, 繆喜, 楊君, 趙克孝 申請(qǐng)人:華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司