专利名称：一种定向水压爆破提高煤层透气性的方法
技术领域：
本发明涉及水压爆破法，尤其是一种定向水压爆破提高煤层透气性的方法。
背景技术：
煤层的透气性是衡量煤层瓦斯可抽性的一个重要指标，对于低透气性煤层的瓦斯抽放，必须采用专门的措施增加煤层的透气性，才能有效地抽出瓦斯。国内外试验过的方法有:煤层注水、水力压裂、高压水力割缝、深孔爆破等。煤层注水是在煤层有一定透气性的前提下，通过渗流作用和毛细管力的作用渗入到煤体中，在水、瓦斯气体和煤体三相作用中，水占领了原瓦斯的位置，瓦斯成为游离状态，沿着水渗入的路线脱出，但对于高瓦斯煤层，其透气性往往较差，很难通过煤层注水提高瓦斯抽放率。水力压裂是通过机械力在原岩煤体中实现压裂造缝，需要注入的水压非常大，不易控制孔内裂隙的扩展，并且水力压裂的大裂缝比较少，即使压出了裂缝，卸压后保持裂缝也很困难，需要加支撑剂，这就增加了压裂的难度。高压水力割缝是通过高压水射流在抽采钻孔煤层范围内定点径向切割或煤层范围内上、下来回切割，切割后在钻孔周围形成一条深度扁平缝槽，利用水流将切割下来的煤块带出孔外，从而增加煤体的暴露面积，达到煤层增透的目的，但对于松软煤层，高压水力割缝容易造成喷孔现象，常使瓦斯超标，危险性较大。深孔爆破就是炸药在煤体内爆破后，通过巨爆炸力的作用，在爆破孔的周围形成包括压缩圈、径向和环向裂隙交错的裂隙及次生裂隙圈在内的较大的连通裂隙网，以提高煤体的透气性。各种常规卸压增透措施虽然起到了一定的效果，但是目前尚无法满足生产实际的需要，单一的手段已不能满足煤矿深部改善煤层透气性、防止煤与瓦斯突出灾害的要求。因此，如何改善煤层透气性、提高瓦斯抽放率、防止煤与瓦斯突出等的有效技术途径，对于保障煤矿的安全高效生产具有重要的理论和现实意义。
发明内容
本发明针对已有技术中存在的问题，提供了工艺简单、操作方便、安全可靠、控制性好、效果良好的水压爆破法，其有效地发挥了水力和爆炸力的优势，并将它们的优势有机地结合起来，从而提高了煤层的透气性。本发明的水压爆破提高煤层透气性的方法:包括钻孔、水力割缝、装药、注水、封孔、爆破等步骤。(I)利用钻机向预开采的煤岩体钻孔，孔径为75、4mm，钻孔施工至煤层顶板或底板；
(2)在煤层中进行水力割缝，切割后在煤层钻孔周围形成一条深度扁平缝槽，以使煤体在水压爆破之后能够产生定向扩展的裂隙；
(3)在孔口放置直径为36 45mm的钢制套管，并采用水泥砂浆对套管和钻孔之间的空隙进行填充，起到固定套管的作用；
(4)当水泥砂浆养护48小时以上，具有足够强度时，把乳化炸药装填在直径为32 40mm的PVC管中，送到煤层位置，装药长度略小于钻孔所穿过的煤层长度，并保证起爆系统的完好;
(5)使用阀门联接钢制套管和注水管，开始向钻孔中注水，当注水到钻孔开始返水时，停止注水，然后密封钢制套管，实现封孔；
(6)起爆采用电力起爆系统，为克服长距离连续装药可能产生的沟槽效应，在炸药中每隔I m设置一个起爆雷管，起爆线要做好防水处理，防止由于线路绝缘程度降低而出现拒爆。引爆乳化炸药进行水压爆破，在爆生压力作用下，使煤层钻孔周边产生大量的裂隙，提高煤层透气性。本发明的有益效果是:
在高瓦斯低透气性煤层中进行定向水压爆破，能充分合理地将水力和炸药的爆炸力有机地结合起来。水压爆破时产生的高速水流及二次压缩波使水力割缝产生的裂缝进一步扩展，在煤层钻孔周围形成交叉裂隙网，以增加水压裂缝数目，较大地提高了煤层的透气性，能有效解裂缝数目少导致瓦斯难抽采的问题。并可使煤层集中应力向煤体深部转移，提高了煤层瓦斯抽采的能力。同时地应力的消除或降低及瓦斯的释放，使工作面附近区域煤体安全性增加，即在工作面前方形成一个有效的足够长的超前保护距离，达到防治煤与瓦斯突出的目的。
图1是本发明的定向水压爆破提高煤层透气性方法的结构示意图。图1中:1-砂岩，2-煤层，3-雷管，4-乳化炸药，5-钻孔，6-水泥砂浆，7- PVC管，8-钢制套管，9-引线，10-阀门，11-高压注水管。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施做进一步描述:
实施例1:某矿煤层2的平均厚度为5m，煤层2的硬度为f=3，为缓倾斜煤层2，上覆岩层为坚硬的砂岩1，其平均厚度为20m，在煤矿井下运输石门内，采用钻机向预开采的煤岩体钻孔5，孔径为75mm，钻孔5的深度为24m。然后在煤层内进行水力割缝，切割后在煤层钻孔5周围形成一条深度扁平缝槽。在孔口放置直径为36mm的钢制套管8，并采用水泥砂浆6对钢制套管8和钻孔5之间的空隙进行填充，当水泥砂浆6养护48小时以上，具有足够强度时，把乳化炸药4装填在直径为32mm的PVC管7中，装药量为100g，在乳化炸药4中每隔I m设置一个起爆雷管3，把PVC管7送到煤层2中，并将引线9引至钻孔5外。使用阀门10联接钢制套管8和高压注水管11，开始向钻孔5中注水，注满水后停止注水，然后密封钢制套管8，实现封孔。引爆乳化炸药4进行水压爆破，在爆生压力作用下，使煤层钻孔5周边产生大量的裂隙，从而提高了煤层的透气性。实施例2:某矿煤层2的平均厚度为9m，煤层2的硬度为f=4，为缓倾斜煤层2，上覆岩层为坚硬的砂岩1，其平均厚度为28m，在煤矿井下运输石门内，采用钻机向预开采的煤岩体钻孔5，孔径为94mm，钻孔5的深度为35m。然后在煤层内进行水力割缝，切割后在煤层钻孔5周围形成一条深度扁平缝槽。在孔口放置直径为45mm的钢制套管8，并采用水泥砂浆6对钢制套管8和钻孔5之间的空隙进行填充，当水泥砂浆6养护48小时以上，具有足够强度时，把乳化炸药4装填在直径为40mm的PVC管7中，装药量为200g，在乳化炸药4中每隔I m设置一个起爆雷管3，把PVC管7送到煤层2中，并将引线9引至钻孔5外。使用阀门10联接钢制套管8和高压注水管11，开始向钻孔5中注水，注满水后停止注水，然后密封钢制套管8，实现封孔。引爆乳化炸药4进行水压爆破，在爆生压力作用下，使煤层钻孔5周边产生大量的裂隙，从而提高了煤层的透气性。
权利要求
1.一种定向水压爆破提高煤层透气性的方法，其特征在于:包括钻孔、水力割缝、固定套管、装药、注水、封孔、爆破步骤: a.钻孔:用钻机向预开采的煤岩体钻孔(5)，孔径为75、4_，钻孔(5)施工至煤层(2)顶板或底板； b.水力割缝:在煤层(2)中进行水力割缝，切割后在煤层的钻孔(5)周围形成一条深度扁平缝槽，以使煤层(2)在水压爆破之后能够产生定向扩展的裂隙； c.固定套管:在孔口放置直径为36 45_的钢制套管(8)，并采用水泥砂浆(6)对钢制套管(8)和钻孔(5)之间的空隙进行填充，起到固定钢制套管(8)的作用； d.装药:当水泥砂浆(6)养护48小时以上，把乳化炸药(4)装填在直径为32 40mm的PVC管(7)中，送到煤层(2)位置； e.注水封孔:使用阀门(10)联接钢制套管(8)和高压注水管(11)，向钻孔(5)中注水，注满水后密封钢制套管(8)，实现封孔； f.爆破:引爆乳化炸药(4)进行水压爆破，在爆生压力作用下，使钻孔(5)周边产生大量的裂隙，从而提高煤层透气性。
2.根据权利要求1所述的定向水压爆破提高煤层透气性的方法，其特征在于:所述的装药长度小于钻孔(5)所穿过的煤层(2)长度。
3.根据权利要求1或2所述的定向水压爆破提高煤层透气性的方法，其特征在于:所述的乳化炸药(4)中每隔I m设置一个起爆雷管(3)。
全文摘要
一种定向水压爆破提高煤层透气性的方法，其是采用水压爆破致裂使煤岩体的结构发生改变，先在煤层内打钻孔，进行高压水力割缝，切割后在煤层钻孔周围形成一条深度扁平缝槽；在煤层钻孔内装入炸药，然后注水封孔，引爆炸药进行水压爆破，在爆生压力作用下，使煤层钻孔周边产生定向扩展的裂隙。在高瓦斯低透气性煤层中进行水压爆破，能充分合理地将水力和炸药的爆炸力有机地结合起来，水压爆破使水力割缝产生的裂缝进一步扩展，在煤层钻孔周围形成定向扩展的交叉裂隙网，较大地提高了煤层的透气性，能够有效解决裂缝数目少导致煤层瓦斯难抽采的问题，并可使煤层集中应力向煤体深部转移，提高了瓦斯排放的能力。其工艺简单，操作方便，安全可靠，控制性好，效果良好。
文档编号E21B43/26GK103195466SQ20131010762
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月30日 优先权日2013年3月30日
发明者夏彬伟, 卢义玉, 宋晨鹏, 付宏伟, 葛兆龙, 刘小川, 刘承伟, 赵彬钦 申请人:重庆大学