一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置的制作方法

本发明属于煤层围岩卸压技术领域，具体涉及一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置。

背景技术：

现有矿井中破岩方法主要是利用炸药爆破的方法使围岩致裂以及用炸药爆破的方式实现煤岩体集中应力区的卸压，此方法十分危险，尤其对于高瓦斯矿井存在极其重大的安全隐患，矿井使用炸药爆破方法破岩操作危险，易发生人员安全事故，甚至引起瓦斯爆炸的重大事故，使用炸药爆破破岩及卸压时需人员撤离，影响其他工序的同时进行，降低了矿井的作业效率，另外，煤岩体应力集中区采用炸药爆破卸压时对采掘面围岩扰动较为剧烈但短暂，卸压后能量极易再次积聚并释放，且国家对火工品的管制极为严厉，尤其对于矿井炸药的审批过程十分复杂，阻碍了矿井炸药破岩与卸压方法的发展；静态破碎剂是一种常用的建材类材料，在使用中无污染、无噪音，不属于易燃、易爆物品，在岩石、煤体孔内反应时不产生震动、噪音、飞石、粉尘及有毒气体，属无公害环保型产品绿色环保，其与水充分搅拌后随着水化反应发生3～5倍的体积膨胀而产生的巨大膨胀力可将岩体致裂，然而，采石场的岩体岩质较硬，钻孔填充静态破碎剂无需考虑浆液的倒流、跑浆和漏浆等问题，实现简单，相比采石场的岩体条件，井下煤层采掘面围岩情况复杂，在对顶板致裂时要考虑防止浆液的倒流及封堵问题，且对于顶板岩体内含有裂隙的情况还需考虑浆液的跑浆漏浆等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其设计新颖合理，利用静态破碎卸压单元将静态破碎膨胀浆液包裹在其内部，实现静态破碎膨胀浆液在煤岩倾斜或竖直向上的钻孔内不倒流、在煤岩裂隙中不跑浆且不漏浆，采用静态破碎膨胀浆液体积逐渐膨胀将煤层围岩胀裂，缓慢持久且绿色环保，避免使用雷管、炸药对地下水的污染，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其特征在于：包括设置在煤层围岩中预先钻探的钻孔内的静态破碎卸压机构和用于将所述静态破碎卸压机构封堵在钻孔内的封孔锚固块，所述静态破碎卸压机构包括多个依次首尾连接的静态破碎卸压单元，所述静态破碎卸压单元包括圆形的管体以及设置在管体管头端部的管头箍紧件和设置在管体管尾端部的管尾箍紧件，管头箍紧件和管尾箍紧件均为圆环形箍紧件，管头箍紧件的内径等于管体的内径，管头箍紧件的外径小于管体的外径，管尾箍紧件的内径等于管头箍紧件的外径，管尾箍紧件的外径等于管体的外径，管头箍紧件远离管体的一端设置有管头外凸件，管尾箍紧件靠近管体的一端设置有与管头外凸件配合且伸入至管体内的管尾内凹件，管尾箍紧件的内侧壁上设置有与下一个所述静态破碎卸压单元中的管头箍紧件配合且伸出至管体外的防滑结构，管头外凸件或管尾内凹件上设置有与管体连通的注浆管，所述注浆管内设置有单向阀，静态破碎膨胀浆液通过注浆泵和单向阀流入至管体内，管头外凸件或管尾内凹件上设置有用于排气的螺纹孔，螺纹孔与螺钉螺纹配合。

上述的一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其特征在于：所述封孔锚固块沿钻孔长度方向的长度不小于1m；所述封孔锚固块为树脂锚固剂，所述树脂锚固剂通过锚杆钻机均匀的塞入钻孔内。

上述的一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其特征在于：所述防滑结构为多个沿管尾箍紧件内侧壁周向均匀设置在管尾箍紧件的内侧壁上的金属丝，一个防滑结构中的金属丝的数量至少为三个。

上述的一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其特征在于：所述钻孔长度方向的中轴线与水平面的夹角为0°～90°。

上述的一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其特征在于：所述静态破碎膨胀浆液由水和静态破碎剂组成且水和静态破碎剂的质量比为1:3。

上述的一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其特征在于：所述管体为橡胶管体、硬塑料管体、防水瓦楞纸管体或防水牛皮纸管体。

上述的一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其特征在于：所述管头外凸件为圆台状外凸件，所述圆台状外凸件的大径端与管头箍紧件远离管体的一端连接，管尾内凹件为圆台状内凹件，所述圆台状内凹件的大径端与管尾箍紧件靠近管体的一端，所述圆台状内凹件的小径端伸入至管体内；

管头箍紧件和管尾箍紧件均为钢圈。

上述的一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其特征在于：所述注浆管设置在所述圆台状外凸件内，所述注浆管的一端与所述圆台状外凸件小径端的端面平齐，所述注浆管的另一端伸入至所述圆台状外凸件内且与管体连通，螺纹孔设置在所述圆台状外凸件内且位于所述注浆管旁侧，螺纹孔与管体连通，所述圆台状内凹件为密闭式圆台状内凹件。

上述的一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其特征在于：所述注浆管设置在所述圆台状外凸件内，所述注浆管的一端与所述圆台状外凸件小径端的端面平齐，所述注浆管的另一端伸入至所述圆台状外凸件内且与管体连通，螺纹孔设置在所述圆台状内凹件小径端的端面上且与管体连通。

上述的一种内注式静态破碎煤层围岩卸压装置，其特征在于：所述注浆管设置在所述圆台状内凹件小径端的端面上，所述注浆管的一端与所述圆台状外凸件小径端的端面平齐，所述注浆管的另一端伸入至管体内，螺纹孔设置在所述圆台状外凸件小径端的端面上且与管体连通。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过多个依次首尾连接的静态破碎卸压单元的配合，适应不同长度的钻孔的需求，在管体的两端的管头外凸件或管尾内凹件上设置用于安装单向阀的注浆管和用于排气的螺纹孔，实现静态破碎膨胀浆液的单向流入，避免静态破碎膨胀浆液的倒流，并设置防滑结构连接相邻的两个静态破碎卸压单元，避免静态破碎卸压单元因自重而滑出钻孔，使用效果好。

2、本发明通过采用静态破碎膨胀浆液体积逐渐膨胀将煤层围岩胀裂，无需井下煤层施工的停工，无需人员撤离，煤层围岩致裂与开采作业同时进行，不影响其他工序的同时进行，提高了矿井的作业效率，极大提高了矿井安全系数，且操作简单，便于推广使用。

3、本发明通过利用静态破碎卸压单元将静态破碎膨胀浆液包裹在其内部，由于矿井破岩及应力集中区卸压位置通常是在顶板，针对煤岩倾斜或竖直向上的钻孔，利用将静态破碎膨胀浆液包裹的方式实现静态破碎膨胀浆液不倒流、不跑浆和不漏浆，采用静态破碎膨胀浆液体积膨胀产生的巨大膨胀力将煤层围岩胀裂，对煤层采掘面围岩扰动持久、缓慢，足够大的膨胀力能够促使煤层采掘面围岩内积聚的能量逐渐释放，避免应力集中区卸压后能量的再次快速积聚，绿色环保，安全可靠稳定，避免使用雷管、炸药对地下水的污染，使用效果好，成本较炸药等危险火工品成本大大降低，节省了矿井破岩及卸压的成本。

4、本发明设计新颖合理，静态破碎卸压单元将静态破碎膨胀浆液包裹在其内部的方式对围岩卸压适应各种条件的围岩破碎环境，适用性强，管体可采用橡胶管体、硬塑料管体、防水瓦楞纸管体或防水牛皮纸管体，绿色、环保且成本很低。

综上所述，本发明设计新颖合理，利用静态破碎卸压单元将静态破碎膨胀浆液包裹在其内部，实现静态破碎膨胀浆液在煤岩倾斜或竖直向上的钻孔内不倒流、在煤岩裂隙中不跑浆且不漏浆，采用静态破碎膨胀浆液体积逐渐膨胀将煤层围岩胀裂，缓慢持久且绿色环保，避免使用雷管、炸药对地下水的污染，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的一种使用状态图。

图2为本发明的另一种使用状态图。

图3为本发明静态破碎卸压单元的第一种结构示意图。

图4为本发明静态破碎卸压单元的第二种结构示意图。

图5为本发明静态破碎卸压单元的第三种结构示意图。

图6为本发明两个第一种结构或两个第二种结构的静态破碎卸压单元的连接关系示意图。

图7为本发明两个第三种结构的静态破碎卸压单元的连接关系示意图。

附图标记说明:

1—管体；2—管头箍紧件；3—管尾箍紧件；

4—管头外凸件；5—管尾内凹件；6—单向阀；

7—螺纹孔；8—防滑结构；9—钻孔；

10—煤层围岩。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明包括设置在煤层围岩10中预先钻探的钻孔9内的静态破碎卸压机构和用于将所述静态破碎卸压机构封堵在钻孔9内的封孔锚固块，所述静态破碎卸压机构包括多个依次首尾连接的静态破碎卸压单元，所述静态破碎卸压单元包括圆形的管体1以及设置在管体1管头端部的管头箍紧件2和设置在管体1管尾端部的管尾箍紧件3，管头箍紧件2和管尾箍紧件3均为圆环形箍紧件，管头箍紧件2的内径等于管体1的内径，管头箍紧件2的外径小于管体1的外径，管尾箍紧件3的内径等于管头箍紧件2的外径，管尾箍紧件3的外径等于管体1的外径，管头箍紧件2远离管体1的一端设置有管头外凸件4，管尾箍紧件3靠近管体1的一端设置有与管头外凸件4配合且伸入至管体1内的管尾内凹件5，管尾箍紧件3的内侧壁上设置有与下一个所述静态破碎卸压单元中的管头箍紧件2配合且伸出至管体1外的防滑结构8，管头外凸件4或管尾内凹件5上设置有与管体1连通的注浆管，所述注浆管内设置有单向阀6，静态破碎膨胀浆液通过注浆泵和单向阀6流入至管体1内，管头外凸件4或管尾内凹件5上设置有用于排气的螺纹孔7，螺纹孔7与螺钉螺纹配合。

需要说明的是，管头箍紧件2的内径等于管体1的内径，管头箍紧件2的外径小于管体1的外径，管尾箍紧件3的内径等于管头箍紧件2的外径的目的是便于相邻两个静态破碎卸压单元的对接，保证多个依次首尾连接的静态破碎卸压单元组成的静态破碎卸压机构形成一个外径一直的圆柱体，便于与钻孔9配合，通过多个依次首尾连接的静态破碎卸压单元的配合，适应不同长度的钻孔的需求，在管体1的两端的管头外凸件4或管尾内凹件5上设置用于安装单向阀6的注浆管和用于排气的螺纹孔7，实现静态破碎膨胀浆液的单向流入，避免静态破碎膨胀浆液的倒流，并设置防滑结构8连接相邻的两个静态破碎卸压单元，避免静态破碎卸压单元因自重而滑出钻孔；通过采用静态破碎膨胀浆液体积逐渐膨胀将煤层围岩胀裂，无需井下煤层施工的停工，无需人员撤离，煤层围岩致裂与开采作业同时进行，不影响其他工序的同时进行，提高了矿井的作业效率，极大提高了矿井安全系数，且操作简单；利用静态破碎卸压单元将静态破碎膨胀浆液包裹在其内部，由于矿井破岩及应力集中区卸压位置通常是在顶板，针对煤岩倾斜或竖直向上的钻孔，利用将静态破碎膨胀浆液包裹的方式实现静态破碎膨胀浆液不倒流、不跑浆和不漏浆，采用静态破碎膨胀浆液体积膨胀产生的巨大膨胀力将煤层围岩胀裂，对煤层采掘面围岩扰动持久、缓慢，足够大的膨胀力能够促使煤层采掘面围岩内积聚的能量逐渐释放，避免应力集中区卸压后能量的再次快速积聚，绿色环保，安全可靠稳定，避免使用雷管、炸药对地下水的污染，使用效果好，成本较炸药等危险火工品成本大大降低，节省了矿井破岩及卸压的成本；静态破碎卸压单元将静态破碎膨胀浆液包裹在其内部的方式对围岩卸压适应各种条件的围岩破碎环境，适用性强，管体可采用橡胶管体、硬塑料管体、防水瓦楞纸管体或防水牛皮纸管体，绿色、环保且成本很低。

本实施例中，所述封孔锚固块沿钻孔9长度方向的长度不小于1m；所述封孔锚固块为树脂锚固剂，所述树脂锚固剂通过锚杆钻机均匀的塞入钻孔9内。

需要说明的是，封孔锚固块沿钻孔9长度方向的长度不小于1m的目的是避免静态破碎卸压机构被封堵过浅，导致静态破碎膨胀浆液水化反应时产生喷孔现象而发生安全事故。

本实施例中，所述防滑结构8为多个沿管尾箍紧件3内侧壁周向均匀设置在管尾箍紧件3的内侧壁上的金属丝，一个防滑结构8中的金属丝的数量至少为三个。

需要说明的是，防滑结构8为多个沿管尾箍紧件3内侧壁周向均匀设置在管尾箍紧件3的内侧壁上的金属丝，实现管尾箍紧件3和下一个所述静态破碎卸压单元中的管头箍紧件2配合，下一个所述静态破碎卸压单元中的管头箍紧件2被塞入管尾箍紧件3内，多个金属丝介于管头箍紧件2和管尾箍紧件3之间，对管头箍紧件2和管尾箍紧件3进行均匀的挤压密实，避免静态破碎卸压单元因自重而滑出钻孔。

本实施例中，所述钻孔9长度方向的中轴线与水平面的夹角为0°～90°。

需要说明的是，如图1所示，钻孔9长度方向的中轴线与水平面的夹角介于0°～90°之间，静态破碎卸压机构由下至上倾斜的插入钻孔9中；如图2所示，钻孔9长度方向的中轴线与水平面的夹角为90°，静态破碎卸压机构由下至上垂直的插入钻孔9中，静态破碎卸压机构适应各种不同的钻孔9角度。

本实施例中，所述静态破碎膨胀浆液由水和静态破碎剂组成且水和静态破碎剂的质量比为1:3。

本实施例中，所述管体1为橡胶管体、硬塑料管体、防水瓦楞纸管体或防水牛皮纸管体。

需要说明的是，橡胶管体质地软，且具有极好的密闭性可防止静态破碎膨胀浆液的外流，具有极好的膨胀性，使静态破碎剂在膨胀时随静态破碎剂的体积同时膨胀而不会胀裂，并且可较好的传递膨胀力；另外，橡胶具有较好的耐磨性，在将静态破碎卸压机构捅入钻孔9的过程中不会因孔壁的粗糙而破裂，避免静态破碎膨胀浆液的外流，适用于硬岩煤层；

硬塑料管体、防水瓦楞纸管体或防水牛皮纸管体具有一个的硬度同时又易被撑开，可较好的传递膨胀力，硬岩煤层和软岩煤层均适用。

本实施例中，所述管头外凸件4为圆台状外凸件，所述圆台状外凸件的大径端与管头箍紧件2远离管体1的一端连接，管尾内凹件5为圆台状内凹件，所述圆台状内凹件的大径端与管尾箍紧件3靠近管体1的一端，所述圆台状内凹件的小径端伸入至管体1内；

管头箍紧件2和管尾箍紧件3均为钢圈。

需要说明的是，管头外凸件4为圆台状外凸件且管尾内凹件5为圆台状内凹件的目的是便于注浆管的安装，管头箍紧件2和管尾箍紧件3均为钢圈，可将相邻管体1以及相配合的管头外凸件4和管尾内凹件5箍紧连接为一个整体，防止静态破碎膨胀浆液的渗流。

本实施例中，所述注浆管设置在所述圆台状外凸件内，所述注浆管的一端与所述圆台状外凸件小径端的端面平齐，所述注浆管的另一端伸入至所述圆台状外凸件内且与管体1连通，螺纹孔7设置在所述圆台状外凸件内且位于所述注浆管旁侧，螺纹孔7与管体1连通，所述圆台状内凹件为密闭式圆台状内凹件。

如图3所示，实际使用时，所述注浆管的一端与所述圆台状外凸件小径端的端面平齐，所述注浆管的另一端伸入至所述圆台状外凸件内且与管体1连通的目的是避免注浆管伸出圆台状外凸件外，减少静态破碎卸压单元的体积，同时便于配合另一个静态破碎卸压单元，螺纹孔7设置在所述圆台状外凸件内且位于所述注浆管旁侧，螺纹孔7与管体1连通，在圆台状外凸件上完成注浆管和螺纹孔7的设置，需要说明的是，向管体1内注浆时，不可避免的会存在多余的气体，需要将管体1内的气体排出，注浆时，保持螺纹孔7向上倾斜，便于气体的排出，因此，采用该结构的静态破碎卸压单元时，从圆台状外凸件侧向管体1内注浆，圆台状外凸件向上倾斜，保持螺纹孔7向上倾斜，圆台状内凹件为密闭式圆台状内凹件，当管体1的注浆量与螺纹孔7的排浆量一致时，说明管体1注浆已满，利用螺杆密封螺纹孔7。

本实施例中，所述注浆管设置在所述圆台状外凸件内，所述注浆管的一端与所述圆台状外凸件小径端的端面平齐，所述注浆管的另一端伸入至所述圆台状外凸件内且与管体1连通，螺纹孔7设置在所述圆台状内凹件小径端的端面上且与管体1连通。

如图4所示，实际使用时，将注浆管设置在所述圆台状外凸件内，将螺纹孔7设置在所述圆台状内凹件小径端的端面上且与管体1连通，避免将螺纹孔7和注浆管设置在圆台状外凸件时，螺纹孔7占据注浆管的安装位置，需要说明的是，向管体1内注浆时，不可避免的会存在多余的气体，需要将管体1内的气体排出，注浆时，保持螺纹孔7向上倾斜，便于气体的排出，因此，采用该结构的静态破碎卸压单元时，从圆台状外凸件侧向管体1内注浆，圆台状外凸件向下倾斜，则圆台状内凹件向上倾斜，则螺纹孔7保持向上倾斜，当管体1的注浆量与螺纹孔7的排浆量一致时，说明管体1注浆已满，利用螺杆密封螺纹孔7。

本实施例中，所述注浆管设置在所述圆台状内凹件小径端的端面上，所述注浆管的一端与所述圆台状外凸件小径端的端面平齐，所述注浆管的另一端伸入至管体1内，螺纹孔7设置在所述圆台状外凸件小径端的端面上且与管体1连通。

如图5所示，实际使用时，向管体1内注浆时，不可避免的会存在多余的气体，需要将管体1内的气体排出，注浆时，保持螺纹孔7向上倾斜，便于气体的排出，因此，采用该结构的静态破碎卸压单元时，从圆台状内凹件侧向管体1内注浆，圆台状内凹件向下倾斜，则圆台状外凸件向上倾斜，则螺纹孔7保持向上倾斜，当管体1的注浆量与螺纹孔7的排浆量一致时，说明管体1注浆已满，利用螺杆密封螺纹孔7。

本发明使用时，根据钻孔9的长度确定静态破碎卸压单元的数量，配置静态破碎膨胀浆液，采用多个注浆泵分别对多个静态破碎卸压单元的的管体1内注入静态破碎膨胀浆液，静态破碎膨胀浆液通过注浆泵和单向阀6流入至管体1内，通过螺纹孔7对管体1内气体进行排气，当管体1注浆已满，利用螺杆密封螺纹孔7，将多个装满静态破碎膨胀浆液的静态破碎卸压单元依次收尾连接，插入钻孔9内，利用封孔锚固块对钻孔9进行封堵，静态破碎膨胀浆液膨胀缓慢进行，采用静态破碎膨胀浆液体积膨胀产生的巨大膨胀力将煤层围岩胀裂，对煤层采掘面围岩扰动持久、缓慢，足够大的膨胀力能够促使煤层采掘面围岩内积聚的能量逐渐释放，避免应力集中区卸压后能量的再次快速积聚，使用效果好。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。