二次卸压防治冲击地压的方法
【专利摘要】本发明涉及一种二次卸压防治冲击地压的方法，结合煤岩体地质赋存条件及地应力分布特征，针对不同冲击地压类型采用不同水射流割缝方式对煤岩体进行割缝，随后装药爆破。其优点是：采用高压水射流对具有冲击危险性的煤岩体沿钻孔轴向切槽、径向割缝后，使围岩应力重分布，集中应力区向深部转移，同时，高压水射流割缝所形成的缝槽群（弱面）起到卸压作用，随后进行松动爆破，使裂隙进一步扩展，煤岩体变形能再次释放，得到二次卸压，从而有效地防止冲止地压。本发明相比最常用的煤层注水和卸压爆破具有耗时短、效果好、卸压范围广、风险小的优点。
【专利说明】二次卸压防治冲击地压的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及防治冲击地压的方法，尤其是一种适用于煤岩体二次卸压防治冲击地压的方法，属于矿山安全【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在矿山开采过程中，当采掘空间或巷道周围的应力超过煤岩体的承载能力时，会出现煤岩体的突然动力性破坏，向采掘空间或巷道空间瞬间大量变形或弹射，并释放大量的弹性能，这就是冲击地压(金属矿山或隧道称岩爆)。冲击地压威胁人类的生命安全并影响采掘工作的正常进行，是矿山最严重灾害之一。
[0003]目前，治理冲击地压的方法主要有开采解放层、采区合理布置、煤层注水、卸压爆破、大钻孔、顶板断裂爆破等，其中开采解放层和合理布置采区一旦施工不易改变，大钻孔成本高、效果差，最常用的是煤层注水和卸压爆破。然而，煤层注水通常耗时长、遇到断层等地质构造时无法施工，单纯的卸压爆破无可避免的引起扰动，易造成人工开挖引起的冲击地压。因而，迫切需要一种效率高、成本低的新方法防治冲击地压。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术的不足，提出了一种工艺简单、操作方便、安全可靠、控制性好、效果良好的二次卸压防治冲击地压的方法，其实质是将水射流割缝与松动爆破相结合，实现优势互补，对构造型冲击地压、顶板断裂型冲击地压和煤体压缩型冲击地压采用不同方式割缝，对煤岩体进行初次卸压，而后进行松爆，利用炸药产生的能量使煤岩体裂隙进一步扩展，降低煤岩体弹性应变能，从而达到二次卸压的目的。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]一种二次卸压防治冲击地压的方法，其步骤包括:
[0007]I)根据煤岩体地质状况确定欲卸压区域和冲击地压类型；
[0008]2)对欲卸压区域施工钻孔，根据冲击地压类型在钻孔中利用水射流对煤岩体进行割缝；
[0009]3)通过钻孔进行松动爆破，起爆后爆炸应力波和爆生气体沿着缝槽方向传播,使煤层产生足够多的裂隙，达到卸压的目的。
[0010]进一步地，在进行所述割缝的前后需进行通孔，将钻孔中岩粉煤渣清理干净。
[0011]进一步地，所述割缝的具体方式为:
[0012]对构造型冲击地压，采用在巷道周边煤岩体内沿钻孔轴向切槽和径向割缝相结合的割缝方式进行施工，使巷道围岩均匀卸压，并形成网格化缝槽群；
[0013]对顶板断裂型冲击地压，进行径向水射流割缝，使集中应力往缝槽端部转移，通过不同的割缝钻孔布置方式区域卸压；
[0014]对煤体压缩型冲击地压，采用在深部煤岩体区域径向割缝，使集中应力向深部转移，从而减小该塑性区域承压。[0015]进一步地，利用水射流对煤岩体进行割缝时，采用的高压水压力为25_35MPa ;径向割缝半径为0.5-2m，径向割缝厚度为2-4mm ;轴向切槽深度为0.5_2m，轴向切槽宽度为2_4mmο
[0016]进一步地，割缝孔(用于割缝的钻孔)的排与排之间呈梅花形布置，每排割缝孔间距为 15m-25m。
[0017]进一步地，所述爆破的具体方法为:
[0018]a)装药:将药卷及起爆雷管按照设计方案送入钻孔，采用不耦合装药和正向引爆方式；
[0019]b)封孔:使用黄泥和黄沙封孔，并保证起爆系统完好；
[0020]c)爆破:采用电力起爆系统起爆，起爆后爆炸应力波和爆生气体沿着缝槽方向传播，使煤层产生足够多的裂隙。
[0021]进一步地，所述封孔黄泥长度为2?4m，黄沙段长度8?12m ;聚氨酯的长度为
0.5?0.8m ;黄沙段的PVC管I?3m —段，共5?10段。
[0022]进一步地，所述装药的长度不少于2m。
[0023]本发明二次卸压防治冲击地压方法的优点是:
[0024]本发明将水射流割缝与松动爆破相结合，能够更好的防治冲击地压并提高效率，降低成本。利用水射流对煤岩体进行割缝，通过割缝孔交错布置可以实现缝槽群裂隙相互贯通，从而形成大面积裂隙场，相当于一个构造弱面，能屏蔽或消弱地应力并减弱煤体弹性变形能的传递，从而防治冲击地压对巷道的破坏，克服了煤层注水无法处理断层构造、耗时长、效果差的缺点。割缝后集中应力进一步向岩体深部转移，也具有卸压效果，同时预裂缝槽的出现为下一步的松动爆破提供了补偿空间，可以有效降低单纯松爆压密煤岩体并产生大扰动诱发冲击的风险。本方法中所使用水射流割缝方式由于有水的存在，可以流畅地将炮孔内的石渣清理干净，便于后续装药的进行，鉴于射流割缝深度可以利用切割速度及压力随时调整，故不存在因切缝浅而影响爆破效果的问题。因此，本发明的水射流割缝松动爆破防治冲击地压方法成本低，效率高，效果好、卸压范围广、风险小，具有较大的应用推广价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明水射流割缝松动爆破防治冲击地压示意图。
[0026]图2是本发明炮孔封孔段示意图。
[0027]图3是本发明径向割缝示意图。
[0028]图4是本发明轴向割缝示意图。
[0029]图5是本发明径向和轴向相结合割缝示意图。
[0030]图6是本发明网格化缝槽示意图。
[0031]图7是本发明的割缝孔呈梅花形布置的示意图。
[0032]图中，I为岩体，2为煤体，3为炮孔，4为PVC管，5为炸药，6为缝槽，7为聚氨酯，8为黄沙，9为黄泥，10割缝厚度，11割缝半径，12切槽宽度，13切槽深度。
【具体实施方式】[0033]下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步说明。
[0034]本发明的二次卸压防治冲击地压的方法，其具体措施如下:
[0035](I)选址:根据煤岩体地质状况，确定试验区域，并初步断定冲击地压类型。
[0036](2)成孔:对欲卸压区域施工钻孔并洗孔。
[0037](3)水射流割缝:对构造型冲击地压采用在巷道周边煤岩体内沿钻孔轴向切槽和径向割缝相结合的割缝方式进行施工，使巷道围岩均匀卸压，并形成网格化缝槽群；对顶板断裂型冲击地压进行径向水射流割缝，使集中应力往缝槽端部转移，通过不同的割缝钻孔布置方式区域卸压；对煤体压缩型冲击地压采用在深部煤岩体区域径向割缝，使集中应力向深部转移，从而减小该塑性区域承压。优选地，割缝孔(用于割缝的钻孔)的排与排之间呈梅花形布置，如图7所示，每排割缝孔间距为15m-25m。
[0038](4)洗孔:清洗割缝孔，将钻孔中的煤岩渣排除。
[0039](5)装药:将药卷及起爆雷管按照设计方案送入钻孔，采用不耦合装药和正向引爆方式。
[0040](6)封孔:使用黄泥和黄沙封孔，并保证起爆系统完好。
[0041](7)爆破:采用电力起爆系统起爆，起爆后爆炸应力波和爆生气体沿着缝槽方向传播，使煤层产生足够多的裂隙。
[0042]下面提供具体实施例。
[0043]实施例一
[0044]某矿，岩石坚固性系数f=3，煤的坚固性系数f=l，在选好的位置用钻机向煤岩体打穿层钻孔，如图1所示，岩体I厚度32m，煤体2厚度3m，孔深36m，孔径为113mm ;然后通孔，将钻孔中的岩粉煤渣清理干净，进行径向水力割缝，如示意图3所示，其中右边的(b)图为左边的(a)图中A-A截面的示意图，图中3为炮孔，6为缝槽；而后将装好雷管的炸药5放入PVC管4，每一段管长2m，送入11段PVC管；然后将同样长度(同样是2m)的装满黄沙8的PVC管送入炮孔，并在每段中部捆绑0.5m的聚氨酯7，保证PVC管在炮孔中央，共送入5段；然后用黄泥9封孔，长度4m，用棍子捣实；最后连接好起爆系统，确认无误后起爆。从而达到松爆的目的。图2是炮孔封孔段的示意图。
[0045]实施例二
[0046]某矿，岩石坚固性系数f=5，煤的坚固性系数f=2，在选好的位置用钻机向煤岩体打穿层钻孔，岩体I厚度37m，煤体2厚度4m，孔深42，孔径为94mm ;然后通孔，将钻孔中的岩粉煤渣清理干净，进行轴向割缝，如示意图4所示其中右边的(b)图为左边的(a)图中B-B截面的示意图，图中3为炮孔，6为缝槽；而后将装好雷管的炸药5放入PVC管4，管长2m，送入15段PVC管；然后将同样长度(同样是2m)的装满黄沙8的PVC管送入炮孔，并在每段中部捆绑0.5m的聚氨酯7，保证PVC管在炮孔中央，共送入5段；然后用黄泥9封孔，长度3m，用棍子捣实；最后连接好起爆系统，确认无误后起爆。从而达到松爆的目的。
[0047]实施例三
[0048]某矿，岩石坚固性系数f=4，煤的坚固性系数f=3，在选好的位置用钻机向煤岩体打穿层钻孔，岩体I厚度50m，煤体2厚度5m，孔深56，孔径为94mm ;然后通孔，将钻孔中的岩粉煤渣清理干净，采用径向割缝和轴向切槽相结合的方式防治冲击地压，如示意图5所示，其中右边的(b)图为左边的(a)图中C-C截面的示意图，图中3为炮孔，6为缝槽；而后将装好雷管的炸药5放入PVC管4，管长2m，送入25段PVC管；然后将同样长度(同样是2m)的装满黄沙8的PVC管送入炮孔，并在每段中部捆绑0.5m的聚氨酯7，保证PVC管在炮孔中央，共送入5段；然后用黄泥9封孔，长度5m，用棍子捣实；最后连接好起爆系统，确认无误后起爆。从而达到松爆的目的。
[0049]除上述实施例外，其它实施例中也可以采用多个径向割缝的方式，形成网格化缝槽，如图6所示。这中网格化缝槽的优点是均匀卸压，防止割缝后形成局部区域的应力集中。
[0050]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。
【权利要求】
1.一种二次卸压防治冲击地压的方法，其步骤包括: 1)根据煤岩体地质状况确定欲卸压区域和冲击地压类型； 2)对欲卸压区域施工钻孔，根据冲击地压类型在钻孔中利用水射流对煤岩体进行割缝； 3)通过钻孔进行松动爆破，起爆后爆炸应力波和爆生气体沿着缝槽方向传播，使煤层产生足够多的裂隙，达到卸压的目的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:进行所述割缝的前后进行通孔，将钻孔中岩粉煤渣清理干净。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述割缝的具体方式为: 对构造型冲击地压，采用在巷道周边煤岩体内沿钻孔轴向切槽和径向割缝相结合的割缝方式进行施工，使巷道围岩均匀卸压，并形成网格化缝槽群； 对顶板断裂型冲击地压，进行径向水射流割缝，使集中应力往缝槽端部转移，通过不同的割缝钻孔布置方式区域卸压； 对煤体压缩型冲击地压，采用在深部煤岩体区域径向割缝，使集中应力向深部转移，从而减小该塑性区域承压。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:利用水射流对煤岩体进行割缝时，采用的高压水压力为25?35MPa ;径向割缝半径为0.5?2m，径向割缝厚度为2?4mm ;轴向切槽深度为0.5?2m，轴向切槽宽度为2?4_。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于:害I]缝孔的排与排之间呈梅花形布置，每排割缝孔间距为15m?25m。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述爆破的具体方法为: a)装药:将药卷及起爆雷管按照设计方案送入钻孔，采用不耦合装药和正向引爆方式； b)封孔:使用黄泥和黄沙封孔，并保证起爆系统完好； c)爆破:采用电力起爆系统起爆，起爆后爆炸应力波和爆生气体沿着缝槽方向传播，使煤层产生足够多的裂隙。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于:封孔黄泥长度为2?4m,黄沙段长度8?12m ;聚氨酯的长度为0.5?0.8mο
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于:在PVC管中装入黄沙，形成黄沙段，每段PVC管长I?3m,共5?10段。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于:所述装药的长度不低于2m。
【文档编号】E21C41/18GK103821516SQ201410086020
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】吕有厂, 代志旭, 康勇, 王晓川, 陈建忠, 王峰, 高建成, 仝艳军 申请人:平顶山天安煤业股份有限公司