CN110656936A - 基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，涉及矿山顶板控制技术领域。所述方法包括在巷道超前支护段内，根据工程要求和地质条件，在需要人工控制垮落的部位使用钻孔装置沿巷道走向连续施工一组多个垂直于顶板的密集线性钻孔，并于钻孔中注入静力膨胀剂。本发明公开的一种基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，基于岩石抗压不抗拉的力学性能和密集钻孔间应力叠加耦合作用，将静力膨胀剂与水反应体积膨胀的效应与密集线性布置的钻孔有机结合起来，利用封孔装置和注浆***完成封孔和注浆，最终实现在特定方向即钻孔连线方向上形成贯通的定向裂缝，在成本较低、安全可靠的条件下达到了顶板定向切顶卸压的目的。
Description
技术领域
本发明涉及矿山顶板控制技术领域，具体涉及一种基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压的方法。
背景技术
我国大部分煤矿生产过程中，采煤工作面上下端头附近顶板受煤柱和锚固体的联合支护作用难以随工作面推进及时垮落，容易形成一定面积的三角区悬顶。三角区悬顶突然破断会引发一系列灾害，对端头附近工作人员产生安全隐患，尤其在高瓦斯矿井中会将采空区瓦斯挤入工作面，导致工作面瓦斯超限，严重影响工作面的安全生产。
同样的问题也存在于沿空巷道中。采用沿空留巷技术是提高煤炭采出率、减少资源浪费的有效途径，但在实际应用过程中普遍存在沿空巷道变形量大、维护成本高等问题，其原因在于采空区悬顶没有及时垮落，其上覆岩层的应力转移到沿空巷道上，造成沿空巷道变形量大，支护困难。
基于上述问题，在巷道顶板特定位置如何有效定向切断顶板是解决工作面端头三角区悬顶、沿空留巷中采空区悬顶导致巷道变形量大等问题的共性技术途径。
传统处理采煤工作面端头三角区悬顶和沿空巷道采空区侧悬顶的方法主要有******和水力致裂两种方法。采用这两种方法分别存在以下问题：
采用******方法存在的主要问题有：1.涉及***、***等火工品的管理运输，审批、管理程序复杂。2.多孔同时***时动力扰动大，易损害支护物。3.***瞬间产生大量一氧化碳等有毒有害气体污染井下作业环境，对通风要求提高。4.在高瓦斯矿井中采用***方法存在诱发瓦斯***的可能，对安全生产造成较大隐患。5.***等火工品经济成本高昂。
采用水力致裂存在的主要问题有：1.水压裂缝的扩展方向受控于三维地应力场，且受岩体中节理、裂隙等弱面的影响较大，不一定能按预定方向扩展，且产生的裂缝数目较少，对顶板弱化程度有限。2.水力致裂期间为保证安全须停止致裂区域附近的其它作业，影响其它工作正常进行。3.需要一整套水力致裂相关设备和管路，经济成本相对较高。
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种新的安全高效的定向切顶卸压方法，以解决工作面端头三角区悬顶和沿空巷道采空区侧悬顶的治理问题。
发明内容
根据本发明的目的提出的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，包括以下步骤：
步骤一、在巷道超前支护段内，根据地质条件，在需要人工控制垮落的部位使用钻孔装置沿巷道走向连续施工一组多个垂直于顶板的密集线性钻孔，钻孔孔径为32～75mm，相邻钻孔的施工间距与钻孔直径的比值为10～30。
步骤二、在施工完成的所有钻孔孔口依次安装封孔装置。
步骤三、将静力膨胀剂和水按比例混合搅拌，预制混合浆料。
步骤四、使用注浆***将搅拌均匀的混合浆料通过注浆管路注入钻孔内。
步骤五、当注浆***出口压力为0.1MPa时，停止注浆，进行下一钻孔的注浆。
步骤六、重复步骤四-五，直至一组钻孔全部完成注浆。
步骤七、随工作面推进，施工完一组钻孔的封孔、注浆后再进行下一组钻孔的施工。
优选的，步骤一中所述钻孔设置于端头三角区悬顶中靠近巷道煤柱侧顶板处。
优选的，步骤一中所述钻孔设置于沿空巷道悬顶中需保留巷道靠近煤壁侧顶板处。
优选的，步骤一中每组钻孔的数量为12-15个。
优选的，步骤二中所述封孔装置为膨胀螺栓，所述膨胀螺栓包括螺栓主体以及螺接于螺栓主体外表面的螺母，所述螺栓主体一端伸入钻孔，另一端为用于连接注浆管路的连接端，所述连接端与注浆管路通过转接头连接；所述螺栓主体为中空结构，其中空腔内设置有单向阀，注浆管路中的混合浆液通过螺栓主体的中空腔注入钻孔。
优选的，所述螺栓主体外套设有橡胶套管，拧紧螺母时橡胶套管上移套入***的螺栓主体上。
优选的，所述橡胶套管周向上设置有一圈螺纹线，所述封孔装置装入钻孔深度以螺纹线略低于孔口为准，拧紧螺母使封孔装置固定于钻孔内。
优选的，步骤三中静力膨胀剂和水混合比例为2:1。
优选的，步骤四中注浆***包括浆料搅拌桶、注浆泵以及控制柜，所述注浆泵入口端连接浆料搅拌桶，出口端连接注浆管路，所述注浆管路上设置有阀门和压力表，所述控制柜分别与浆料搅拌桶、注浆泵、阀门以及压力表电连接。
与现有技术相比，本发明公开的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法的优点是：
本发明提出的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，基于岩石抗压不抗拉的力学性能和孔间应力叠加耦合作用，将静力膨胀剂与水反应体积膨胀的效应与密集线性布置的钻孔有机结合起来，利用静力膨胀剂的破岩作用与密集钻孔间应力叠加耦合作用，促使致裂的裂缝在钻孔轴线的连线方向贯通形成定向破裂面，实现矿山顶板的定向破断，从而达到了顶板定向切顶卸压的目的。
本发明中静力膨胀剂与水的反应过程相对温和，对周围岩体扰动小，无有害气体生成，安全性高。
本发明封孔装置和注浆***实现了顶板钻孔注浆过程中的实时封孔，也为防止浆液膨胀漏出孔外提供了可靠保障，且设备安装简单，操作方便，整体成本较低。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明公开的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法的结构原理图。
图2为封孔装置结构图。
图3为端头三角区悬顶治理切顶钻孔布置示意图。
图4为图3中A-A向剖面图。
图5为图3中B-B向剖面图。
图6为沿空巷道采空区侧悬顶治理切顶钻孔布置示意图。
图7为图6中C-C向剖面图。
图8为图6中D-D向剖面图。
图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
1-直接底；2-煤层；3-直接顶；4-老顶；5-工作面；6-钻孔；7-运输顺槽；8-回风顺槽；9-沿空巷道；10-封孔装置；101-螺栓主体；102-单向阀；103-橡胶套管；104-螺纹线；105-弹簧垫圈；106-螺母；107-夹持面；11-注浆***；111-浆料搅拌桶；112-注浆泵；113-控制柜；114-阀门；115-压力表；116-注浆管路；117-转接头；118-三通。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图8示出了本发明较佳的实施例，分别从不同角度对其进行了详细的剖析。
鉴于使用******和水力致裂两种方法分别存在的问题，本发明提出了基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，旨在提出一种新的安全性高且成本低的方法来实现顶板的定向切顶卸压。
静力膨胀剂是一种由多种结构无机化合物细微颗粒粉末组成的混合物，与水反应后体积逐渐增大，会产生较大的膨胀力，已广泛应用于各类岩石破碎工程中。静力膨胀剂与水的反应具有以下特点：反应过程相对温和、扰动小、无有害气体生成、操作简便、安全性高、成本较低。
基于岩石抗压不抗拉的力学性能和孔间应力叠加耦合作用，将静力膨胀剂与水反应体积膨胀的效应与密集线性布置的钻孔6有机结合起来，通过控制钻孔6间距实现在特定方向即钻孔6连线方向上形成贯通的裂缝，在成本较低、安全可靠的条件下达到了顶板定向切顶卸压的目的。
本发明根据岩石抗压不抗拉的力学性能，根据地质条件，在需要人工控制垮落的部位使用钻孔装置连续施工间距较小的、平行于巷道走向的密集线性钻孔6，每施工完一组钻孔6后随即在孔口装入封孔装置10，再利用注浆***11将静力膨胀剂与水搅拌均匀后的浆液送入钻孔6中，装完药后依次进行下一钻孔6的注浆。由于静力膨胀剂与水的反应过程比较温和、缓慢，动力扰动小，因此下一个钻孔6的注浆不会受到上一个钻孔6的影响。静力膨胀剂混合浆液在封闭的钻孔6内充分反应，体积逐渐增大并开始挤压孔壁，当膨胀应力大于孔壁岩石抗拉强度时，孔壁开始起裂，随反应过程进行裂缝将不断扩展、延伸。由于钻孔6线性布置且孔间距较小，在孔间应力叠加耦合作用下钻孔6连线上最终会形成一条贯通的裂缝，达到顶板定向切顶卸压的目的。工作面推过一定距离后，在矿山压力作用下端头三角区悬顶或沿空巷道采空区侧悬顶会及时垮落，从而消除悬顶带来的不良影响。
实施例1
工作面端头三角区悬顶治理。
如图1-5所示，某矿煤层2平均厚度为3m，煤层2倾角3°～8°，无直接顶3，老顶4为石灰岩，平均厚度6.2m；直接底1为泥岩，平均厚度4.69m。工作面5运输顺槽7、回风顺槽均为净宽4.5m、净高3m的矩形巷道。工作面5回采期间，端头附近顶板难以随工作面推进及时垮落，形成一定面积的三角区悬顶。
采用基于静力膨胀剂的顶板定向切顶卸压方法处理端头三角区悬顶，具体实施步骤如下：
步骤一、在工作面运输顺槽7、回风顺槽8超前支护段内，用井下钻机在距离巷道煤柱0.5m顶板处垂直顶板连续施工十五个平行于巷道走向的一组密集钻孔6，孔径为50mm，相邻钻孔6的施工间距与钻孔6直径的比值为10，钻孔6深度为6m。
步骤二、在施工完成的十五个钻孔6孔口依次安装封孔装置10。封孔装置10包括膨胀螺栓，膨胀螺栓包括螺栓主体101以及螺接于螺栓主体101外表面的螺母106，螺栓主体101一端伸入钻孔6，另一端为用于连接注浆管路116的连接端，连接端与注浆管路116通过转接头117连接。螺栓主体101为中空结构，其中空腔内设置有单向阀102，注浆管路116中的混合浆液通过螺栓主体101的中空腔注入钻孔6。封孔装置10将中空的膨胀螺栓与单向阀102进行了有机结合，拧紧螺母106即可使封孔装置固定于钻孔内，足以抵抗混合浆液反应时产生的膨胀压力。而单向阀102可保证注浆过程中浆液只进不出，防止浆液漏出。该封孔装置10安装简单、操作方便，可快速对钻孔6进行密封，实现了顶板钻孔6注浆过程中的实时封孔，也为防止浆液膨胀漏出孔外提供了可靠的保障。螺栓主体101外套设有橡胶套管103，拧紧螺母106时橡胶套管103上移套入***的螺栓主体101上，即可使其与孔壁紧密结合，足以抵抗浆液的膨胀压力。橡胶套管103周向上设置有一圈螺纹线104，封孔装置10装入钻孔6深度以螺纹线104略低于孔口为准，拧紧螺母106使封孔装置10固定于钻孔内。螺栓主体101靠近连接端的一端外表面设置有夹持面107，旋转螺母106时用扳手夹住夹持面107提供一个夹持力，使得螺栓主体101不转动。
螺母106与橡胶套管103之间设置有弹簧垫圈105，该弹簧垫圈105起到垫片作用的同时，利用弹簧的反弹力向橡胶套管103提供一定的推力，若膨胀螺栓受浆液膨胀向孔外移动，则橡胶套管103在弹簧推力作用下持续向前移动套住螺栓主体101***部分直至膨胀螺栓停止移动，从而保证了浆液不会流出钻孔6外。
步骤三、将十五个钻孔6需要的静力膨胀剂和水按一定比例倒进浆料搅拌桶中进行充分搅拌，预制混合浆料。
步骤四、将注浆管路116与钻孔6孔口的封孔装置10通过转接头117(螺纹转快插)进行连接，利用控制柜113控制注浆泵112将搅拌均匀的混合浆料通过注浆管路116送入钻孔6内。注浆***11包括浆料搅拌桶111、注浆泵112以及控制柜113，注浆泵112入口端连接浆料搅拌桶111，出口端连接注浆管路116，注浆管路116上设置有阀门114和压力表115，该压力表115通过一三通118与注浆管路116连接，控制柜113分别与浆料搅拌桶111、注浆泵112、阀门114以及压力表115电连接。浆料搅拌桶111将按一定比例配好的静力膨胀剂和水搅拌均匀，经注浆泵112送入钻孔6中。控制柜113负责整个注浆***的运行，可以实现浆料搅拌桶111的开始、停止，注浆泵112的开泵、停泵等功能。该注浆***11通过控制柜113控制浆料搅拌桶111和注浆泵112的运行，可实现浆料的均匀搅拌和泵注功能，***操作简便，体积较小，可整体放置于设备列车上，随工作面推进快速移动。
步骤五、当注浆泵112出口注浆管路116上压力表示数为0.1MPa时，停止注浆，卸除转接头117和注浆管路116，进行下一钻孔6的注浆。具体的，注浆管路116中的压力和钻孔6内浆液压力相同。
步骤六、重复步骤四-五，直至一组钻孔6全部完成注浆。
步骤七、随工作面推进，施工完一组钻孔6的封孔、注浆后再进行下一组钻孔6的施工。
实施例2
采用沿空留巷技术时采空区侧悬顶治理。
如图1、2、6、7、8所示，某矿煤层2平均厚度为2.4m，倾角平均为5°。直接顶3为中粒砂岩，平均厚度为2.1m，硬度为4.4；老顶4为灰白色粗砂岩，平均厚度为4.6m，硬度为6.3；直接底1为砂质泥岩，平均厚度为3.3m，硬度为2.9～3.5。工作面5运输、回风顺槽8均为净宽4m、净高3m的矩形巷道。采用沿空留巷技术保留运输顺槽7供下一工作面5继续使用，工作面5推进期间被保留的运输顺槽7采空区侧顶板难以及时垮落，导致运输顺槽7变形量较大，支护效果差。
采用基于静力膨胀剂的顶板定向切顶卸压方法处理运输顺槽采空区侧悬顶，具体实施步骤如下：
步骤一、在运输顺槽7超前支护段内，用井下钻机在距离巷道煤壁0.5m顶板处垂直沿空巷道9顶板连续施工十五个平行于沿空巷道9走向的一组钻孔6，孔径为50mm，相邻钻孔6的施工间距与钻孔6直径的比值为15，钻孔6深度为7m。
步骤二、在施工完成的十五个钻孔6孔口依次安装封孔装置10。封孔装置10包括膨胀螺栓，膨胀螺栓包括螺栓主体101以及螺接于螺栓主体101外表面的螺母106，螺栓主体101一端伸入钻孔6，另一端为用于连接注浆管路116的连接端，连接端与注浆管路116通过转接头117连接。螺栓主体101为中空结构，其中空腔内设置有单向阀102，注浆管路116中的混合浆液通过螺栓主体101的中空腔注入钻孔6。封孔装置10将中空的膨胀螺栓与单向阀102进行了有机结合，拧紧螺母106即可使封孔装置10固定于钻孔6内，足以抵抗混合浆液反应时产生的膨胀压力。而单向阀102可保证注浆过程中浆液只进不出，防止浆液漏出。该封孔装置10安装简单、操作方便，可快速对钻孔6进行密封，实现了顶板钻孔6注浆过程中的实时封孔，也为防止浆液膨胀漏出钻孔6外提供了可靠的保障。螺栓主体101外套设有橡胶套管103，拧紧螺母106时橡胶套管103上移套入***的螺栓主体101上，即可使其与孔壁紧密结合，足以抵抗浆液的膨胀压力。橡胶套管103周向上设置有一圈螺纹线104，封孔装置10装入钻孔6深度以螺纹线104略低于孔口为准，拧紧螺母106使封孔装置10固定于钻孔6内。螺栓主体101靠近连接端的一端外表面设置有夹持面107，旋转螺母106时用扳手夹住夹持面107提供一个夹持力，使得螺栓主体101不转动。
螺母106与橡胶套管103之间设置有弹簧垫圈105，该弹簧垫圈105起到垫片作用的同时，利用弹簧的反弹力向橡胶套管103提供一定的推力，若膨胀螺栓受浆液膨胀向钻孔6外移动，则橡胶套管103在弹簧推力作用下持续向前移动套住螺栓主体101***部分直至膨胀螺栓停止移动，从而保证了浆液不会流出钻孔6外。
步骤三、将十五个钻孔6需要的静力膨胀剂和水按一定比例倒进浆料搅拌桶111中进行充分搅拌，预制混合浆料。
步骤四、将注浆管路116与钻孔6孔口的封孔装置10通过转接头117(螺纹转快插)进行连接，利用控制柜113控制注浆泵112将搅拌均匀的混合浆料通过注浆管路116送入钻孔6内。注浆***11包括浆料搅拌桶111、注浆泵112以及控制柜113，注浆泵112入口端连接浆料搅拌桶111，出口端连接注浆管路116，注浆管路116上设置有阀门114和压力表115，该压力表115通过一三通118与注浆管路116连接，控制柜113分别与浆料搅拌桶111、注浆泵112、阀门114以及压力表115电连接。浆料搅拌桶111将按一定比例配好的静力膨胀剂和水搅拌均匀，经注浆泵112送入钻孔6中。控制柜113负责整个注浆***11的运行，可以实现浆料搅拌桶111的开始、停止，注浆泵112的开泵、停泵等功能。该注浆***11通过控制柜113控制浆料搅拌桶111和注浆泵112的运行，可实现浆料的均匀搅拌和泵注功能，***操作简便，体积较小，可整体放置于设备列车上，随工作面推进快速移动。
步骤五、当注浆泵112出口注浆管路116上压力表115示数为0.1MPa时，停止注浆，卸除转接头117和注浆管路116，进行下一钻孔6的注浆。具体的，注浆管路116中的压力和钻孔6内浆液压力相同。
步骤六、重复步骤四-五，直至十五个钻孔6全部完成注浆。
步骤七、随工作面推进，施工完一组钻孔6的封孔、注浆后再进行下一组钻孔6的施工。
综上所述，本发明公开的一种基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，基于岩石抗压不抗拉的力学性能和孔间应力叠加耦合作用，将静力膨胀剂与水反应体积膨胀的效应与密集线性布置的钻孔有机结合起来，利用封孔装置和注浆***完成封孔和注浆，最终实现在特定方向即钻孔连线方向上形成贯通的裂缝，在成本较低、安全可靠的条件下达到了顶板定向切顶卸压的目的。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在巷道超前支护段内，根据地质条件，在需要人工控制垮落的部位使用钻孔装置沿巷道走向连续施工一组多个垂直于顶板的密集线性钻孔(6)，钻孔(6)孔径为32～75mm，相邻钻孔(6)的施工间距与钻孔(6)直径的比值为10～30；
步骤二、在施工完成的所有钻孔(6)孔口依次安装封孔装置(10)；
步骤三、将静力膨胀剂和水按比例混合搅拌，预制混合浆料；
步骤四、使用注浆***(11)将搅拌均匀的混合浆料通过注浆管路(116)注入钻孔(6)内；
步骤五、当注浆***(11)出口压力为0.1MPa时，停止注浆，进行下一钻孔(6)的注浆；
步骤六、重复步骤四-五，直至一组钻孔(6)全部完成注浆；
步骤七、随工作面推进，施工完一组钻孔(6)的封孔、注浆后再进行下一组钻孔(6)的施工。
2.根据权利要求1所述的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，其特征在于，步骤一中所述钻孔(6)设置于端头三角区悬顶中靠近巷道煤柱侧顶板处。
3.根据权利要求1所述的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，其特征在于，步骤一中所述钻孔(6)设置于沿空巷道悬顶中需保留巷道靠近煤壁侧顶板处。
4.根据权利要求2或3所述的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，其特征在于，步骤一中每组钻孔(6)的数量为12-15个。
5.根据权利要求2或3所述的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，其特征在于，步骤二中所述封孔装置(10)为膨胀螺栓，所述膨胀螺栓包括螺栓主体(101)以及螺接于螺栓主体(101)外表面的螺母(106)，所述螺栓主体(101)一端伸入钻孔(6)，另一端为用于连接注浆管路(116)的连接端，所述连接端与注浆管路(116)通过转接头(117)连接；所述螺栓主体(101)为中空结构，其中空腔内设置有单向阀(102)，注浆管路(116)中的混合浆液通过螺栓主体(101)的中空腔注入钻孔(6)。
6.根据权利要求5所述的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，其特征在于，所述螺栓主体(101)外套设有橡胶套管(103)，拧紧螺母(106)时橡胶套管(103)上移套入***的螺栓主体(101)上。
7.根据权利要求6所述的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，其特征在于，所述橡胶套管(103)周向上设置有一圈螺纹线(104)，所述封孔装置(10)装入钻孔(6)深度以螺纹线(104)略低于孔口为准，拧紧螺母(106)使封孔装置(10)固定于钻孔(6)内。
8.根据权利要求2或3所述的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，其特征在于，步骤三中静力膨胀剂和水混合比例为2:1。
9.根据权利要求5所述的基于静力膨胀剂的矿山顶板定向切顶卸压方法，其特征在于，步骤四中注浆***(11)包括浆料搅拌桶(111)、注浆泵(112)以及控制柜(113)，所述注浆泵(112)入口端连接浆料搅拌桶(111)，出口端连接注浆管路(116)，所述注浆管路(116)上设置有阀门(114)和压力表(115)，所述控制柜(113)分别与浆料搅拌桶(111)、注浆泵(112)、阀门(114)以及压力表(115)电连接。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111636869A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-09-08 | 华北科技学院 | 一种沿空巷道的护巷结构及方法 |
| CN113090262A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-07-09 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | 一种移动式拉剪应力破岩装备*** |
| CN113090261A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-07-09 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | 一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法 |
| CN113123790A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-16 | 太原理工大学 | 一种利用液爆控制悬臂梁顶板垮落的方法 |
| CN114233298A (zh) * | 2021-12-26 | 2022-03-25 | 太原理工大学 | 一种井下过空巷方法、浆料和巷道 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015059941A1 (ja) * | 2013-10-21 | 2015-04-30 | 株式会社不二製作所 | ブラスト加工方法及びブラスト加工装置 |
| CN108386193A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-10 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 一种端头坚硬完整性顶板化学膨胀压裂卸压方法 |
| CN109372507A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-02-22 | 张永利 | 一种液压胀裂装置及其定向劈胀致裂方法 |
| CN110068256A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-07-30 | 吕梁学院 | 一种机械膨胀式封孔及注浆一体化大孔径静态破岩装置及使用方法 |
| CN110080763A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-02 | 西安科技大学 | 一种基于内注式静态破碎卸压机构的煤层围岩卸压方法 |
-
2019
- 2019-08-29 CN CN201910806613.7A patent/CN110656936A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015059941A1 (ja) * | 2013-10-21 | 2015-04-30 | 株式会社不二製作所 | ブラスト加工方法及びブラスト加工装置 |
| CN108386193A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-10 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 一种端头坚硬完整性顶板化学膨胀压裂卸压方法 |
| CN109372507A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-02-22 | 张永利 | 一种液压胀裂装置及其定向劈胀致裂方法 |
| CN110080763A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-02 | 西安科技大学 | 一种基于内注式静态破碎卸压机构的煤层围岩卸压方法 |
| CN110068256A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-07-30 | 吕梁学院 | 一种机械膨胀式封孔及注浆一体化大孔径静态破岩装置及使用方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 王襄禹 等: "《深部巷道有控卸压与围岩稳定控制研究》", 30 September 2015, 中国矿业大学出版社 * |
| 黄辉: "静态破碎法在高瓦斯矿井巷道端头顶板控制垮落中的应用研究", 《中国优秀硕士学位论文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111636869A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-09-08 | 华北科技学院 | 一种沿空巷道的护巷结构及方法 |
| CN113090262A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-07-09 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | 一种移动式拉剪应力破岩装备*** |
| CN113090261A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-07-09 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | 一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法 |
| CN113090262B (zh) * | 2021-04-14 | 2022-03-15 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | 一种移动式拉剪应力破岩装备*** |
| CN113090261B (zh) * | 2021-04-14 | 2022-03-15 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | 一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法 |
| CN113123790A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-16 | 太原理工大学 | 一种利用液爆控制悬臂梁顶板垮落的方法 |
| CN114233298A (zh) * | 2021-12-26 | 2022-03-25 | 太原理工大学 | 一种井下过空巷方法、浆料和巷道 |
| CN114233298B (zh) * | 2021-12-26 | 2023-09-19 | 太原理工大学 | 一种井下过空巷方法、浆料和巷道 |
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