CN214247323U - 煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型专利属于***增透卸压技术领域，提供一种煤矿用水‑砂‑火药耦合***增透装置，包括耦合***增透组件、脚线和***，其中耦合***增透组件包括水砂袋、***、导线和火药卷，水砂袋的袋体由弹性材料制成，水砂袋为长条状，水砂袋位于钻孔内侧端面封闭且水砂袋位于钻孔外侧开口，使水砂袋中心处形成沿长度方形延伸的水砂袋内环空间，***和火药卷构成***管，***管插装在水砂袋内环空间中，多个***间通过导线相互连接，位于***管最外侧的***通过脚线与***电连接；水砂袋的袋内填充固体砂砾和水的混合物，水砂袋外侧端面内置注水管，注水管外端安装注水阀。本装置解决低渗高应力煤层应力大、透气差等难题。
Description
技术领域
本实用新型专利属于***增透卸压技术领域，具体涉及煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置。
背景技术
随着我国矿井开采深度逐年加深，低渗高应力煤层赋存分布成为常态，其应力高、透气性差、煤质松软等复杂地质因素诱发的灾害效应愈实用新型显，煤与瓦斯突出、瓦斯异常涌出、瓦斯***等动力灾害潜发性和危险性大幅增强，严重制约了矿井采掘速度。受采动影响，采掘工作面前方煤体应力分布卸压带、集中带和原始带。在卸压带内，地应力和瓦斯压力均低于原始值，属于安全防护带，可阻止煤与瓦斯突出；在应力集中带内，煤层应力高于原始应力，煤体受挤压破碎严重，整体透气性较低，当采掘过程突然揭露煤层，煤体内储存能量会快速释放，极易诱导动力灾害。可见，延长工作面前方卸压带长度，提升煤体透气性，促进瓦斯排放，成为采掘扰动环境下防治瓦斯动力灾害的根本之策。
增透卸压技术是依靠外界机械力量，冲破煤体地应力、储层压力及煤岩强度的束缚，卸除地层载荷应力，在煤体内部新生裂隙，实现一定区域内的有效增透卸压。目前，煤矿井下常用的增透卸压技术有火药预裂***、水力压裂、高速水射流、液态CO2相变致裂等技术。其中，水力化措施在增透、除尘、抑制瓦斯解吸等方面具有显著效果，在实施煤体大面积卸压促抽瓦斯领域应用非常广泛，但因该技术工艺较为复杂，在井下采掘工作面前方有限空间内，使用过程比较笨重，操作繁琐，应用效率较低；液态CO2相变致裂技术由我国率先引入低渗煤层增透领域，安全系数高、操作工艺简单，但与水力化技术和火药***技术相比，增透效果存在一定差距，另外公安部明文指出该技术引爆管含有危险成分，不允许下井应用，现已逐渐退出井工矿井；水力火药***技术起源最早、应用最广，早期一直在采煤、掘进中发挥重要作用，随后应用到深孔预裂***增透领域，对煤层卸压增透效果有一定提高，但应用依然存在三个技术缺陷：1)能量波向外喷射时遇到孔壁反射挤压，造成相向运动冲抵能量，减弱火药增透卸压效果；2)火药瞬时爆发后，能量在钻孔内部空间分布不均，导致钻孔内壁裂隙分布不均匀，影响增透卸压范围；3)火药***会产生爆轰振动影响煤体结构，若煤体硬度松软，爆轰振动会造成新生裂隙损伤，发生裂隙堵塞和二次闭合现象，卸压煤体丧失增透效果。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置，用于克服低渗高应力煤层在采掘过程中因前方煤体应力大、瓦斯压力高、煤质松软等复杂地质因素造成煤层瓦斯灾害严重的生产安全技术难题，提供一种能够增加增透卸压能力、改善裂隙扩展效果、防止裂隙二次堵塞的煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置，用于解决低渗高应力煤层应力大、透气差等地质特征。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
在第一个技术方案中，煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置，用于使煤层增透卸压，所述煤层开设钻孔，所述煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置包括耦合***增透组件、脚线和***，其中
耦合***增透组件包括水砂袋、***、导线和火药卷，其中水砂袋的袋体由弹性材料制成，水砂袋为长条状，水砂袋位于钻孔内侧端面封闭且水砂袋位于钻孔外侧开口，使水砂袋中心处形成沿长度方形延伸的水砂袋内环空间，所述***和火药卷构成***管，***管插装在水砂袋内环空间中，***有多个，且多个***间通过导线相互连接，位于***管最外侧的***通过脚线与***电连接；
水砂袋的袋内填充固体砂砾和水的混合物，水砂袋外侧端面内置注水管，注水管外端安装注水阀。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述***管外径小于水砂袋内环空间内径1cm-3cm，水砂袋外侧直径小于致裂孔直径1cm-3cm。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述水砂袋整体长度小于钻孔长度 4m-6m。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述水砂袋外侧和内侧均可膨胀3- 5cm，耐压0.2-0.5MPa。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述***管长度与水砂袋内环空间长度相等。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述水砂袋内充水和固体砂砾的体积比在5:1～3:1之间。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述固体砂砾为石英砂或陶粒，固体砂砾直径0.4mm-0.9mm；当地应力小于15MPa或埋深小于600m时，固体砂砾选择石英砂；当地应力大于15MPa时或埋深大于600m时，固体砂砾选择石陶粒。
使用本实用新型的有益效果是：
(1)水-砂-火药耦合***增透装置采用液态水代替空气作为能量波传递介质，利用了液态水不可压缩特性，避免能量波在水中发生压缩以及接触反射造成能量相向冲抵，减弱冲击强度，同时能量波在水中叠加可进一步提升冲击强度，综合提高能量利用率。
(2)致裂孔内的***管被液态水充填，在有限空间内发挥液体流动特性，科实现能量波全方位传递，确保钻孔内壁各向同时受到能量冲击，促进孔壁四周新生裂隙均匀分布，提升煤体增透卸压效果。
(3)固体砂砾强度坚硬，随能量波一起向钻孔内壁冲击时，形成了高能的“散射效果”，极大提升了冲击波锤击力度，可大幅增强卸压增透效果；同时，固体砂砾与能量波一起冲击孔壁时，部分砂砾也会随之进入新生裂隙内，发挥支撑作用，防止爆轰振动破坏，致使新生裂隙二次闭合和堵塞，持续保障裂隙稳定通畅。
附图说明
图1为本实用新型煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置的示意图。
图2是本实用新型提供的水-砂-火药耦合***增透装置使用方法的现场工艺图。
附图标记包括：
图中：1-水砂袋；2-***管；3-***；4-导线；5-火药卷；6-水砂袋内环空间；7-水；8-固体砂砾；9-注水阀；10-注水管；11-脚线；12-钻孔；13-炮泥；14-煤壁；15-井下供水管；16-***；17-煤层；18-高压胶管；19-水压调节泵；20-压力表；21-高压截止阀；101-耦合***增透组件。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提出的煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置，用于使煤层17增透卸压，所述煤层17开设钻孔12，所述煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置包括耦合***增透组件101、脚线11和***16，其中耦合***增透组件101包括水砂袋1、***3、导线4和火药卷5，其中水砂袋1 的袋体为弹性材料制成，水砂袋1为长条状，水砂袋1位于钻孔12内侧端面封闭且水砂袋1位于钻孔12外侧开口，使水砂袋中心处形成沿长度方形延伸的水砂袋内环空间6，所述***3和火药卷5构成***管2，***管2插装在水砂袋内环空间6中，***3有多个，且多个***3间通过导线4相互连接，位于***管2最外侧的***3通过脚线11与***16电连接；水砂袋的袋内填充固体砂砾8和水7的混合物，水砂袋1外侧端面内置注水管10，注水管10外端安装注水阀9。
***管2外径小于水砂袋内环空间6内径1cm-3cm，水砂袋1外侧直径小于致裂孔直径1cm-3cm，水砂袋1整体长度小于钻孔12长度4cm-6m。
其中，水砂袋1为弹性材料且外侧和内侧均可膨胀3cm-5cm，耐压0.2MPa- 0.5MPa，水砂袋1端面内侧封闭，外侧开口，***管2所包含的***3、导线 4和火药卷5从端面B侧开口处充入，***管2长度与水砂袋内环空间6长度相等。本实施例中水砂袋1为为橡胶袋。
其中，水砂袋1内预先填充固体砂砾8作为裂隙支撑剂，水砂袋1内充水7和固体砂砾8的体积比在5:1～3:1之间，固体砂砾8成分为石英砂或陶粒，直径约0.4mm-0.9mm，当地应力小于15MPa(埋深小于600m)时，固体砂砾8选择石英砂；当地应力大于15MPa时(埋深大于600m)，固体砂砾8选择石陶粒。
实施例2
如图2所示，本实施例提出的煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置使用方法，使用实施例1中提出的煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置，使用方法如下：
在采掘前方煤壁14处向煤体施工钻孔12，钻孔12长度均大于10m，直径不小于42mm。
将耦合***增透组件101送入钻孔12内进行装填，注水阀9依次连接高压胶管18、水压调节泵19、压力表20、高压截止阀21和井下供水管15，高压胶管18耐压强度为10-100MPa。
打开水压调节泵19，根据压力表20示数，调整出水压力0.2MPa-0.3MPa，然后打开高压截止阀21，将水压调节泵19和井下供水管15连通，待水压调节泵19显示水压稳定为0.2MPa-0.3MPa后，打开注水阀9，开始向水砂袋1 内实施注水7，随着充水量增加，水砂袋1体积逐渐膨胀，水砂袋1外侧将紧贴钻孔12外壁，内侧紧抱***管2。
当水压调节泵19显示水压接近0.35MPa时，关闭注水阀9，停止注水，随后依次关闭高压截止阀21、水压调节泵19，水砂袋1全面包裹***管2。
将预先备好的炮泥13充入钻孔12进行封堵，封堵长度不小于5m，按照《煤矿安全规程》关于煤矿井下火药***相关规定，将脚线11引至安全起爆区，连接***16实施起爆，随后由专业***技术工程师拆除***装置，完成所有***增透工序。
以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本实用新型的构思，均属于本专利的保护范围。
Claims (5)
1.煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置，用于使煤层增透卸压，所述煤层开设钻孔，其特征在于：所述煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置包括耦合***增透组件、脚线和***，其中
耦合***增透组件包括水砂袋、***、导线和火药卷，其中水砂袋的袋体由弹性材料制成，水砂袋为长条状，水砂袋位于钻孔内侧端面封闭且水砂袋位于钻孔外侧开口，使水砂袋中心处形成沿长度方形延伸的水砂袋内环空间，所述***和火药卷构成***管，***管插装在水砂袋内环空间中，***有多个，且多个***间通过导线相互连接，位于***管最外侧的***通过脚线与***电连接；
水砂袋外侧端面内置注水管，注水管外端安装注水阀。
2.根据权利要求1所述的煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置，其特征在于：所述***管外径小于水砂袋内环空间内径1cm-3cm，水砂袋外侧直径小于致裂孔直径1cm-3cm。
3.根据权利要求1所述的煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置，其特征在于：所述水砂袋整体长度小于钻孔长度4m-6m。
4.根据权利要求1所述的煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置，其特征在于：所述水砂袋外侧和内侧均可膨胀3-5cm，耐压0.2-0.5MPa。
5.根据权利要求1所述的煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置，其特征在于：所述***管长度与水砂袋内环空间长度相等。
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|---|---|---|---|---|
| CN112412454A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-02-26 | 煤科集团沈阳研究院有限公司 | 煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置及使用方法 |
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| CN112412454B (zh) * | 2020-12-01 | 2024-04-30 | 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 | 煤矿用水-砂-火药耦合***增透装置及使用方法 |
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