专利名称：化学反应防治煤层冲击地压的方法
技术领域：
本发明属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种化学反应防治煤层冲击地压的方法。
背景技术：
随着开采深度的增加，由于地应力、采动应力及构造应力的共同作用，大多数矿井不同程度地受到冲击地压的威胁，同时煤层本身的冲击倾向性、开采技术条件及地质因素，冲击地压的显现会日益严重，且冲击地压显现越来越频繁。冲击强度与破坏程度越来越大，特别是开采深度达到地表500 m以下时发生尤为频繁和强烈。冲击地压严重威胁煤矿安全生产，能造成采掘空间严重变形破坏、人员死亡和设备损坏、移位等；含瓦斯煤层发生冲击时还会引起煤层或采空区瓦斯大量涌出，遇火易引发瓦斯爆炸。目前我国大多数采深较大的煤矿出现了冲击地压等动力现象。目前治理冲击地压的方法主要有开采保护层、煤层注水、卸压钻孔、顶板断裂和卸压爆破等，关键是降低煤层的弹性能及转移应力峰值，实现减弱或转移冲击地压。开采保护层在单一煤层难以实施。在采掘工作面及巷道防治冲击地压，煤层注水和卸压爆破较为常用，前者局限性主要表现为煤层的吸收水的速度较慢，煤体弹性能降低不充分；后者易诱发冲击地压和煤与瓦斯突出，哑炮处理费时且有危险。
发明内容
本发明为解决随着煤矿采掘深度增加，冲击地压灾害日益突出，目前物理方式消除冲击地压存在的局限性，提供一种利用碱溶液与低阶煤发生化学反应降低煤力学强度和弹性能，消除煤层冲击地压的化学反应防治煤层冲击地压的方法。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案化学反应防治煤层冲击地压的方法，依次包括以下步骤
(1)、选择存在冲击地压灾害且镜质组反射率<O. 6%的煤层；
(2)、在煤层中选择一定区域进行钻孔，钻孔的数量、深度和方向满足均匀布孔要求；
(3)、将钻孔的孔口封堵；
(4)、配置碱溶液；
(5)、把配置的碱溶液泵注到钻孔中，浸泡一段时间；
(6)、采用微震、电磁辐射或者钻屑方式进行监测，确保消除冲击倾向性，重复浸泡多次，直至完全消除冲击倾向性；
(7)、与传统物理方式防治冲击地压措施进行比较，检验化学反应方式防治冲击地压的效果。所述碱溶液中的
> I mol/L，碱溶液与低阶煤层接触，即发生化学反应，煤层力学强度急剧降低，呈现塑性，失去冲击倾向性。所述的步骤(2)中一定区域是指采掘产生应力集中或将要产生应力集中的部位，或者是有冲击倾向性的煤层。所述的步骤(5)中浸泡时间大于6 h，随着煤阶提高相应提高碱溶液的浓度和浸泡时间。所述的步骤(7)中比较内容包括作业成本、消除冲击倾向性的快慢和施工繁琐程度。采用上述技术方案，当碱溶液注入到煤层时，由于低阶煤中含有大量类似腐植酸的有机物，两者迅速发生化学反应，有机物被抽提溶解，煤的力学强度急剧降低，呈现煤粒甚至煤泥等塑性状态，弹性能基本消失，失去了冲击倾向性。如何降低煤的力学强度，把脆性破坏转化为塑性变形，消除弹性能的聚集是冲击地压防治的关键，但目前采用的煤层注水、卸压爆破和钻孔卸压等物理手段可以降低煤的力学强度，但降低程度有限，弹性能还有可能聚集和释放，煤层冲击倾向性依然存在。本发明可以充分且快速的降低煤的力学强度，煤体完全呈塑性，弹性能失去聚集的可能，提高了煤层冲击地压的防治效果，降低了煤矿安全生产成本。本发明主要针对< O. 6%的低阶煤层存在的冲击地压进行防治，不但克服了煤层吸收水速度慢的特点，而且煤中大量有机物一旦与碱溶液接触即发生化学反应，煤的力学强度急剧降低，形成类似煤粒甚至煤泥，完全呈现塑性，失去冲击倾向性。与传统冲击地压防治措施相比，不但防治冲击地压效果好，而且施工方便、安全性高，消除冲击倾向性速度快且彻底，成本低廉，避免了传统注水吸收速度慢的弊端，为低阶煤层冲击地压提供了一种新的防治方法，在低阶煤层中有着广阔的应用前景。
具体实施例方式本发明的化学反应防治煤层冲击地压的方法，依次包括以下步骤
(1)、选择存在冲击地压灾害且镜质组反射率<O. 6%的煤层；
(2)、在煤层中选择一定区域进行钻孔，钻孔的数量、深度和方向满足均匀布孔要求；所述一定区域是指采掘产生应力集中或将要产生应力集中的部位，或者是有冲击倾向性的煤层。(3)、将钻孔的孔口封堵；
(4)、配置碱溶液，碱溶液中的
> I mol/L ；
(5)、把配置的碱溶液泵注到钻孔中，浸泡时间大于6h，随着煤阶提高相应提高碱溶液的浓度和浸泡时间；在浸泡过程中，碱溶液与低阶煤层接触，即发生化学反应，煤层力学强度急剧降低，呈现塑性，失去冲击倾向性；
(6)、采用微震、电磁辐射或者钻屑方式进行监测，确保消除冲击倾向性，重复浸泡多次，直至完全消除冲击倾向性；
(7)、与传统物理方式防治冲击地压措施进行比较，检验化学反应方式防治冲击地压的效果；比较内容包括作业成本、消除冲击倾向性的快慢和施工繁琐程度。下面列举一个具体实施例
(I)、选择有冲击倾向性的褐煤矿井；(2)、在采煤工作面均匀布置钻孔；(3)、采用传统煤层注水所用的封孔方式进行封孔；(4)、井下配置
=2 mol/L的NaOH溶液；(5)、通过泵入装置把配置的碱溶液灌入每个钻孔，注入量等于传统煤层的注水量，浸泡时间大于6 h后；(6)、采用电磁辐射进行监测，确保煤层完全失去冲击倾向性，否则应重复浸泡多次，直至完全消除冲击倾向性；(7)、根据施工作业成本、工艺繁琐程度和消除煤层冲击倾向性的效果和时间，与传统煤层注水、卸压爆破和钻孔卸压等物理方式对比，检验化学方式防治低阶煤冲击地压的实际应用效果。在相同条件下对比施工作业成本和消除冲击地压的效果，如果证实采用NaOH溶液消除冲击倾向性不但可以节省施工成本，还能提高效率，就表明这种化学方式防治煤层冲击地压工艺在低煤阶中有显著的应用效果和推广价值。
权利要求
1.化学反应防治煤层冲击地压的方法，其特征在于依次包括以下步骤 (1)、选择存在冲击地压灾害且镜质组反射率<O. 6%的煤层； (2)、在煤层中选择一定区域进行钻孔，钻孔的数量、深度和方向满足均匀布孔要求； (3)、将钻孔的孔口封堵； (4)、配置碱溶液； (5)、把配置的碱溶液泵注到钻孔中，浸泡一段时间； (6)、采用微震、电磁辐射或者钻屑方式进行监测，确保消除冲击倾向性，重复浸泡多次，直至完全消除冲击倾向性； (7)、与传统物理方式防治冲击地压措施进行比较，检验化学反应方式防治冲击地压的效果。
2.根据权利要求1所述的化学反应防治煤层冲击地压的方法，其特征在于所述碱溶液中的[0H1 > I mol/L，碱溶液与低阶煤层接触，即发生化学反应，煤层力学强度急剧降低，呈现塑性，失去冲击倾向性。
3.根据权利要求1所述的化学反应防治煤层冲击地压的方法，其特征在于所述的步骤(2)中一定区域是指采掘产生应力集中或将要产生应力集中的部位，或者是有冲击倾向性的煤层。
4.根据权利要求1所述的化学反应防治煤层冲击地压的方法，其特征在于所述的步骤(5)中浸泡时间大于6 h，随着煤阶提高相应提高碱溶液的浓度和浸泡时间。
5.根据权利要求1所述的化学反应防治煤层冲击地压的方法，其特征在于所述的步骤(7 )中比较内容包括作业成本、消除冲击倾向性的快慢和施工繁琐程度。
全文摘要
化学反应防治煤层冲击地压的方法，依次包括以下步骤选择存在冲击地压灾害且镜质组反射率＜0.6%的煤层；在煤层中选择一定区域进行钻孔；将钻孔的孔口封堵；配置碱溶液；把配置的碱溶液泵注到钻孔中，浸泡一段时间；采用微震、电磁辐射或者钻屑方式进行监测，确保消除冲击倾向性，重复浸泡多次，直至完全消除冲击倾向性；与传统物理方式防治冲击地压措施进行比较。本发明与传统冲击地压防治措施相比，不但防治冲击地压效果好，而且施工方便、安全性高，消除冲击倾向性速度快且彻底，成本低廉，避免了传统注水吸收速度慢的弊端，为低阶煤层冲击地压提供了一种新的防治方法，在低阶煤层中有着广阔的应用前景。
文档编号E21C41/16GK103061766SQ20131001031
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者郭红玉, 苏现波, 夏大平, 马俊强, 张双斌, 刘晓, 宋金星, 蔺海晓 申请人:河南理工大学