采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统，其特征在于，该系统包括送药单元、爆破单元，所述送药单元包括转换钻杆、转换锥头、炸药外套管、方扣活接锥头，所述爆破单元包括炸药管、导爆线、勾爪节，所述转换钻杆的前端通过转换锥头与炸药外套管连接，所述炸药管设置在炸药外套管内，所述炸药管的前端设置勾爪节，所述炸药外套管的前端设置方扣活接锥头，所述导爆线一端与炸药管内连接；还公开了一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治方法，通过本发明能够实现下伏煤层综采过程中冲击地压的预防，进而达到减少因上覆采空区残留煤柱破坏形成的冲击地压对下伏煤层综采造成的经济损失和避免现场作业人员受到人身伤害的目的。
【专利说明】
采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统及其方法
技术领域
[0001]本发明属于冲击地压防治技术领域，具体涉及一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统及其方法。
【背景技术】
[0002]由于地壳的不断运动，很多煤田往往分布着多层煤。为了使得煤层最大化开采或开采条件限制等原因，人们往往选择通过预留煤柱的方式先开采上部煤层，后开采下伏煤层。
[0003]当下伏煤层综采工作面推进至上覆采空区下位置时，综采工作面顶板垮落导致上覆煤层的预留煤柱失稳破坏，上部地层瞬时垮落下来，形成冲击地压，冲击地压与下伏煤层顶板作用力叠加在一起作用于下伏煤层综采工作面上，将造成工作面严重破坏、设备损坏，甚至人员伤亡，上覆煤层内预留(残留)煤柱的突然破坏将成为下伏煤层综合机械化采煤过程的极大威胁。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统及其方法。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
本发明实施例提供一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统，该系统包括送药单元、爆破单元，所述送药单元包括转换钻杆、转换锥头、炸药外套管、方扣活接锥头，所述爆破单元包括炸药管、导爆线、勾爪节，所述转换钻杆的前端通过转换锥头与炸药外套管连接，所述炸药管设置在炸药外套管内，所述炸药管的前端设置勾爪节，所述炸药外套管的前端设置方扣活接锥头，所述导爆线一端与炸药管内连接。
[0006]上述方案中，所述转换钻杆的后端与钻杆连接，所述导爆线的另一端延伸到钻杆内。
[0007]上述方案中，所述勾爪节由实心的UPVC和4个可弹出的勾爪组成。
[0008]上述方案中，所述炸药外套管内壁沿轴向均匀设置若干个用于安装O型圈的圆环形凹槽。
[0009]上述方案中，所述炸药管的后端与炸药外套管之间设置有密封圈。
[0010]本发明实施例还提供一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治方法，该方法为:在下伏煤层开采前，在下伏综采面巷道或钻场，先将上覆采空区间的预留完整煤柱爆破预裂，使下伏煤层综采面推采接近上覆煤层采空区时，上覆煤层采空区顶板完成连续垮落，并形成稳定连续的坍塌堆积体，而后与下伏煤层综采面顶板协调变形;通过上覆采空区范围和煤柱高度、宽度确定煤柱爆破影响范围和碎裂体支撑强度;通过采空区底板和下部煤层顶板确定的地层厚度、炸药爆炸影响范围、煤柱的宽度和高度，确定井下上仰深孔的倾角、方位角与深度，以及炸药量;通过钻机按照确定好的打钻倾角、方位角和深度，向煤柱的方向进行打钻，待打钻位置到达设定待爆破煤柱位置后，拔出钻杆;将送药单元与钻杆相连，通过钻机将送药单元送到待爆破煤柱位置，向钻杆内高压注水，通过水压使爆破单元冲开炸药外套管顶端的方扣活接锥头，待爆破单元冲开炸药外套管束缚后，炸药管顶端的勾爪张开，与钻孔内壁紧密抓合在一起;提钻，回收钻杆与转换钻杆、转换锥头和炸药外套管;接通导爆线，引爆炸药，使下层采煤工作面尚未到达采空区坍塌位置时内部应力得到释放，防止下伏煤层综采时冲击地压危险的发生。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果:
本发明能够实现下伏煤层综采过程中冲击地压的预防，进而达到减少因上覆采空区残留煤柱破坏形成的冲击地压对下伏煤层综采造成的经济损失和避免现场作业人员受到人身伤害的目的。
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例提供一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统的爆破单元的结构示意图；
图3为本发明实施例所述的采空区下伏煤层综采现状示意图；
图4为本发明实施例所述的采空区下伏煤层综采冲击地压形成过程示意图；
图5为本发明实施例提供一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治方法的示意图。
【具体实施方式】
[0013]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0014]本发明实施例提供一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统，如图1、2所示，该系统包括送药单元、爆破单元，所述送药单元包括转换钻杆13、转换锥头14、炸药外套管17、方扣活接锥头22，所述爆破单元包括炸药管18、导爆线15、勾爪节20，所述转换钻杆13的前端通过转换锥头14与炸药外套管17连接，所述炸药管18设置在炸药外套管17内，所述炸药管18的前端设置勾爪节20，所述勾爪节20为炸药管18前端的堵头，所述勾爪节20与炸药管18通过螺纹连接，所述炸药外套管17的前端设置方扣活接锥头22，所述导爆线15—端与炸药管18内连接。
[0015]所述转换钻杆13的后端与钻杆11连接，所述导爆线15的另一端延伸到钻杆11内。
[0016]所述勾爪节20由实心的UPVC和4个可弹出的勾爪21组成，所述可弹出的勾爪21材料为铜，将其内嵌在UPVC勾爪节20上，下部设有对穿铜弹簧或螺旋铜弹簧，使其在没有炸药外套管17的束缚时自动张开，确保炸药管18与钻孔内壁12倒勾式相连，保证被送达到指定爆破位置；。
[0017]为避免通过钻机10送炸药过程中，爆破单元在炸药外套管17中来回撞击，所述炸药外套管17内壁沿轴向均匀设置若干个用于安装O型圈19的圆环形凹槽。
[0018]所述炸药管18的后端与炸药外套管17之间设置有密封圈16。
[0019]所述转换钻杆13为中空结构，外径为63.5mm，内径为33.5mm，转换钻杆13材质为铜；
爆破所用炸药放置在炸药管18中，所述炸药管18内径60mm，外径63_，炸药管18材质为UPVC，设置每节管1.5m，管通过螺纹连接；
所述转换钻杆13之间通过锥形螺纹连接，转换钻杆13与炸药外套管17通过转换锥头14连接，转换钻杆13的数量根据相关规范设计，钻杆11的数量根据钻孔12的长度和钻换钻杆13的数量确定；
所述送药单元最前端的炸药外套管17由带有方扣活接锥头22密封，方扣活接锥头22作为整个送药单元的最前端可极大的降低送炸药过程的阻力，防治了岩肩和水进入炸药外套管17的空腔内与爆破单元接触；
所述炸药管18内部所装的炸药为水胶炸药，炸药安装量根据设计爆破的范围而定；
炸药安装完毕后，所述炸药管18用UPVC堵头进行封堵，UPVC堵头中心轴位置留有供导爆线15穿过的孔道，UPVC堵头与炸药管18通过螺纹连接；
煤系地层中一般纵向分布着多层煤层，上部煤层已经被开采，煤柱尚未破坏，存留下来很多采空区3和完整煤柱2，下伏近距煤层综采时，如图3所示，由于完整煤柱2的存在致使上部地层6尚未发生垮塌，地表I尚未发生变形。下伏待开采煤层4通过综采方式进行开采，采矿过程中工作面回采采用液压支架5对顶部地层6进行支撑，此时的液压支架5可承受上部地层6所带来的所有静压力，矿井工人8可根据具体施工情况将液压支架5移动到所需位置。
[0020]当下伏煤层综采工作面推采至上覆采空区下方时，综采工作面顶板垮落，可能引起上覆煤层采空区预留煤柱2的突然垮塌，采空区顶板大面积失稳，对综采工作面形成冲击地压，可能造成冲击地压与上覆岩层的自身重力将叠加在一起共同作用于下伏煤层综采工作面上，造成地表I下沉，工作面严重破坏、设备(液压支柱5等)损坏，甚至人员8伤亡(图4)，上部煤层内预留煤柱2破坏将成为下部煤层综合机械化采煤过程的极大威胁。
[0021]本发明实施例还提供一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治方法，如图3-5所示，该方法为:在下伏煤层开采前，在下伏煤层综采面巷道或钻场，先将上覆采空区间的预留完整煤柱2爆破预裂，使下伏煤层综采面推采接近上覆煤层采空区时，上覆煤层采空区顶板完成连续垮落，并形成稳定连续的坍塌堆积体9，而后与下伏煤层综采面顶板协调变形，从而避免了冲击地压的产生;通过上覆采空区范围和煤柱高度、宽度确定煤柱爆破影响范围和碎裂体支撑强度;通过采空区底板和下部煤层顶板确定的地层厚度、炸药爆炸影响范围、煤柱的宽度和高度，确定井下上仰深孔的倾角、方位角与深度，以及炸药量;通过钻机10按照确定好的打钻倾角、方位角和深度，向煤柱2的方向进行打钻，待打钻位置到达设定待爆破煤柱位置后，拔出钻杆11;将送药单元与钻杆11相连，通过钻机10将送药单元送到待爆破煤柱位置，向钻杆11内高压注水，通过水压使爆破单元冲开炸药外套管17顶端的方扣活接锥头22，待爆破单元冲开炸药外套管17束缚后，炸药管18顶端的勾爪21张开，与钻孔内壁12紧密抓合在一起;提钻，回收钻杆11与转换钻杆13、转换锥头14和炸药外套管17;接通导爆线15，引爆炸药，使下层采煤工作面尚未到达采空区坍塌位置时内部应力得到释放，防止下伏煤层综采时冲击地压危险的发生。
[0022]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统，其特征在于，该系统包括送药单元、爆破单元，所述送药单元包括转换钻杆、转换锥头、炸药外套管、方扣活接锥头，所述爆破单元包括炸药管、导爆线、勾爪节，所述转换钻杆的前端通过转换锥头与炸药外套管连接，所述炸药管设置在炸药外套管内，所述炸药管的前端设置勾爪节，所述炸药外套管的前端设置方扣活接锥头，所述导爆线一端与炸药管内连接。2.根据权利要求1所述的采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统，其特征在于:所述转换钻杆的后端与钻杆连接，所述导爆线的另一端延伸到钻杆内。3.根据权利要求1或2所述的采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统，其特征在于:所述勾爪节由实心的UPVC和4个可弹出的勾爪组成。4.根据权利要求3所述的采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统，其特征在于:所述炸药外套管内壁沿轴向均匀设置若干个用于安装O型圈的圆环形凹槽。5.根据权利要求4所述的采空区下伏煤层的综采冲击地压防治系统，其特征在于:所述炸药管的后端与炸药外套管之间设置有密封圈。6.—种采空区下伏煤层的综采冲击地压防治方法，其特征在于，该方法为:在下伏煤层开采前，在下伏综采面巷道或钻场，先将上覆采空区间的预留完整煤柱爆破预裂，使下伏煤层综采面推采接近上覆煤层采空区时，上覆煤层采空区顶板完成连续垮落，并形成稳定连续的坍塌堆积体，而后与下伏煤层综采面顶板协调变形;通过上覆采空区范围和煤柱高度、宽度确定煤柱爆破影响范围和碎裂体支撑强度;通过采空区底板和下部煤层顶板确定的地层厚度、炸药爆炸影响范围、煤柱的宽度和高度，确定井下上仰深孔的倾角、方位角与深度，以及炸药量;通过钻机按照确定好的打钻倾角、方位角和深度，向煤柱的方向进行打钻，待打钻位置到达设定待爆破煤柱位置后，拔出钻杆;将送药单元与钻杆相连，通过钻机将送药单元送到待爆破煤柱位置，向钻杆内高压注水，通过水压使爆破单元冲开炸药外套管顶端的方扣活接锥头，待爆破单元冲开炸药外套管束缚后，炸药管顶端的勾爪张开，与钻孔内壁紧密抓合在一起;提钻，回收钻杆与转换钻杆、转换锥头和炸药外套管;接通导爆线，引爆炸药，使下层采煤工作面尚未到达采空区坍塌位置时内部应力得到释放，防止下伏煤层综采时冲击地压危险的发生。
【文档编号】E21C41/18GK106050237SQ201610664842
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月12日 公开号201610664842.6, CN 106050237 A, CN 106050237A, CN 201610664842, CN-A-106050237, CN106050237 A, CN106050237A, CN201610664842, CN201610664842.6
【发明人】李建文, 徐拴海, 邵红旗, 王晓东, 曹祖宝, 赵冬, 王新锋, 袁克阔, 朱世彬
【申请人】中煤科工集团西安研究院有限公司