CN113047833A - 一种用于坚硬顶板的远程定点空气炮冲击致裂防冲的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于坚硬顶板的远程定点空气炮冲击致裂防冲的方法，在超前工作面一定范围内，采用空气炮加水进行坚硬顶板致裂，利用水的不可压缩性高效传递空气炮的能量，同时空气炮可以连续释放高压气体，从而不断发生瞬态冲击波，从而实现顶板岩石的来连续损伤和破裂；另外，空气炮释放时，冲击波的方向主要为卸压口的朝向方向，从而实现定向致裂。本发明可以有效的防范冲击地压灾害带来的威胁，其工艺简单，成本低廉，安全可靠，效率极高。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲击地压矿井卸压防冲方法，具体涉及一种用于坚硬顶板的远程定点空气炮冲击致裂防冲的方法。
背景技术
我国大多数煤矿均已进入深部，深部开采面临严重的“三高一扰动”的特点，导致采掘活动面临较大的冲击地压灾害的威胁。为了消除或减弱矿井的冲击地压灾害，对矿井的冲击灾害源进行卸压是一种有效的方法。
冲击地压矿井的灾害源一般为煤柱、坚硬顶板及构造，坚硬顶板一般位于开采煤层上方，当顶板断裂时会产生强大的动载，施加到回采区域，导致冲击地压事故的发生。为保证巷道掘进、工作面回采的安全性，可以在采掘活动开始之前进行区域性致裂、卸压。目前的区域性致裂卸压技术主要有长钻孔压裂、开采保护层等技术措施，但冲击矿井很难开采保护层，而采用长钻孔定点水力压裂技术则存在压裂费用极高、致裂方向不可控等问题。
因此有必要发明一种成本较低、致裂方向可控的远程致裂防冲的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种用于坚硬顶板的远程定点空气炮冲击致裂防冲的方法，能够实现远程区域性的致裂防冲的目的。
为了解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种用于坚硬顶板的远程定点空气炮冲击扰动致裂卸压防冲的方法，步骤如下：
a、施工顶板致裂钻孔(3)，使顶板致裂钻孔(3)位于所开采煤层(1)上方的坚硬顶板(2)中；
b、向顶板致裂钻孔(3)内送入套管(4)，套管(4)上间隔设置孔洞(5)；
c、将空气炮储能罐(6)送入套管(4)的指定位置，使空气炮储能罐(6)的卸压口(7)朝向套管上的孔洞(5)，空气炮储能罐(6)后方连接高压注气管(8)；
d、采用常规技术将顶板致裂钻孔(3)的孔口区域进行封堵；将注水管(10)一端伸入钻孔(3)中，另一端与水压表(11)和注水泵(9)连接；高压注气管8与气压表14和注气泵13连接；
e、向顶板致裂钻孔(3)内注入水，保证孔内水压P满足以下公式：
P≥ρgh+0.5
其中p为水的密度，单位为：g/cm3；g为重力加速度，单位为：m/s2；h为钻孔底部与孔口的落差，单位为m；
f、向空气炮储能罐(6)内充入气体，当空气炮储能罐(6)的压力达到指定压力时，安全阀(7)自动打开并释放压力，当空气炮储能罐(6)压力降低到关闭压力时，安全阀(7)自动关闭；
g、重复步骤f的操作10次；
h、将空气炮储能罐(6)移至套管(4)上的其他孔洞处，重复步骤e～g，直到完成所有孔洞处的致裂工作；
本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：
(1)在水耦合的条件下，充分利用了空气炮冲击和高压空气膨胀的动静载组合作用力，实现动态驱水、精准致裂，大幅降低了经济成本。
(2)空气炮可以对钻孔不同深度的坚硬顶板进行多次冲击，连续的定向致裂作业，保证了卸压效果。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明套管结构示意图；
图中：1、煤层；2、坚硬顶板；3、致裂钻孔；4、套管；5、孔洞；6、空气炮储能罐；7、卸压口；8、高压注气管；9、注水泵；10、注水管；11、水压表；12、水；13、注气泵；14、气压表；15、封堵材料
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种用于坚硬顶板的远程定点空气炮冲击致裂防冲的方法，步骤如下：
1、在矿井的底板巷道内，施工若干顶板致裂钻孔3，使顶板致裂钻孔3位于所开采煤层1上方的坚硬顶板2中；
2、向顶板致裂钻孔3内送入套管4，套管4的前端封闭，侧边间隔设置若干孔洞5，；
3、将远程空气炮储能罐6送入套管4的指定位置，使空气炮储能罐的卸压口7朝向套管上的孔洞5，空气炮储能罐6后方连接高压注气管8；
4、将顶板致裂钻孔3的孔口区域进行封堵，将注水管10一端伸入钻孔3中，另一端与水压表11和注水泵9连接；高压注气管8与气压表14和注气泵13连接；
6、向钻孔3内注入水13，保证孔内水压P满足以下公式：
P≥ρgh+0.5
其中ρ为水的密度，单位为：g/cm3；g为重力加速度，单位为：m/s2；h为钻孔的埋深，单位为m；
7、向空气炮储能罐6内充入气体，当气压表14示数达到30MPa压力时，安全阀7自动打开释放压力；当储能罐6压力降低到0.5MPa时，安全阀7自动关闭
8、重复步骤7的操作10次；
9、将空气炮储能罐6移至套管4上的其他孔洞处，重复步骤6～8，直到完成所有孔洞处的致裂工作；
10、关闭注水泵9和注气泵13，将套管4与储能罐6取出；
我国矿井采用的区域性卸压技术主要包括长钻孔水力压裂、开采保护层等，当开采保护层技术主要应用于煤与瓦斯突出煤层，对于具有冲击地压威胁的矿井，很难采用开采保护层的技术。而采用水力压裂技术，必须进行定点射孔、定点局部封堵、定点局部压裂等操作，每一个操作都需要精密设计，更需要高昂的费用。即使进行了压裂，压裂缝的走向也很难控制。采用空气炮加水进行坚硬顶板致裂，可以利用水的不可压缩性来高效传递空气炮的能量，同时空气炮可以连续释放高压气体，从而不断发生瞬态冲击波，从而实现顶板岩石的来连续损伤和破裂。空气炮释放时，冲击波的方向主要为卸压口的朝向方向，这就实现了定向致裂。由于空气炮的成本低廉，能够重复释放，从而大幅提高了该技术的经济性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种用于坚硬顶板的远程定点空气炮冲击致裂防冲的方法，步骤如下：
a、施工顶板致裂钻孔(3)，使顶板致裂钻孔(3)位于所开采煤层(1)上方的坚硬顶板(2)中；
b、向顶板致裂钻孔(3)内送入套管(4)，套管(4)上间隔设置孔洞(5)；
c、将空气炮储能罐(6)送入套管(4)的指定位置，使空气炮储能罐(6)的卸压口(7)朝向套管上的孔洞(5)，空气炮储能罐(6)后方连接高压注气管(8)；
d、采用常规技术将顶板致裂钻孔(3)的孔口区域进行封堵；将注水管(10)一端伸入钻孔(3)中，另一端与水压表(11)和注水泵(9)连接；高压注气管8与气压表14和注气泵13连接；
e、向顶板致裂钻孔(3)内注入水，保证孔内水压P满足以下公式：
P≥ρgh+0.5
其中ρ为水的密度,单位为:g/cm3；g为重力加速度,单位为:m/s2；h为钻孔底部与孔口的落差，单位为m；
f、向空气炮储能罐(6)内充入气体，当空气炮储能罐(6)的压力达到指定压力时，安全阀(7)自动打开并释放压力，当空气炮储能罐(6)压力降低到关闭压力时，安全阀(7)自动关闭；
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- 2021-03-23 CN CN202110310045.9A patent/CN113047833A/zh active Pending
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