[发明专利]基于聚能爆破的定向水力致裂方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水力致裂方法，尤其是一种用于煤岩体聚能爆破的定向水力致裂方法。

背景技术

在我国煤矿开采中诱发的煤岩动力灾害问题一直十分突出。其中冲击矿压是最棘手的一种煤岩动力灾害。研究表明冲击矿压多发生在具有坚硬顶板的煤层中，尤其是在具有厚度大、强度高、整体性强、结构致密的坚硬厚层砂岩顶板中，以及煤质中硬，脆性和弹性较强的煤层中。而对坚硬顶板定向处理弱化和煤层弱化是防止冲击矿压的有效途径。采用普通钻孔炸药爆破方法会形成较强烈的冲击波，对煤岩体造成较大的应力扰动，存在诱导动力灾害的隐患，对局部围岩的破坏较大不易实现定向处理。另外采用单纯水力致裂法不能控制孔内裂缝的扩展方向。寻找一种安全、高效的处理坚硬顶板、煤岩体强度弱化、防治冲击矿压的有效技术途径和配套装置，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

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种操作简便、控制性好，安全可靠的煤岩体聚能爆破的定向水力致裂方法。

技术方案：本发明的煤岩体聚能爆破的定向水力致裂方法，包括如下步骤：

a．在工作面两端头沿煤层上方各打一个倾斜的致裂钻孔，同时分别在机巷和风巷超前工作面靠两巷外帮侧沿顶板向上施工5~10个致裂钻孔；

b．在施工好的致裂钻孔内逐一安装多节聚能管，聚能管的管壁两侧开有若干聚能孔，安装前在除Ⅰ号聚能管外的所有聚能管内分别穿入细电线，将矿用水胶炸药装入每个聚能管内，每个聚能管的两端均用炮泥填塞，同时在聚能管的末端连接一发电雷管，将Ⅰ号聚能管的电雷管脚线引出插入快速接头的公头，同时将Ⅱ号聚能管前端的细电线插入快速接头的母头，将Ⅱ号聚能管末端的细电线和电雷管脚线一起插入快速接头的公头，同时将Ⅲ号聚能管前端的细电线插入快速接头母头，依次逐个连接至最后一节聚能管，所述的向致裂钻孔内送装的所有聚能管的聚能孔朝向一致，均沿预裂方向；

c．将Ⅰ号聚能管送入致裂钻孔内，把Ⅰ号聚能管的快速接头的公头与Ⅱ号聚能管前端快速接头的母头插接在一起，然后将Ⅱ号聚能管送入致裂钻孔内，将Ⅱ号聚能管快速接头的公头与Ⅲ号聚能管快速接头的母头插接在一起，聚能管与聚能管之间设有防止聚能管转向的限位装置，依次送入并连接多节聚能管至致裂钻孔内，在致裂钻孔孔口处装入一节空聚能管；

d．用膨胀螺栓封孔防止聚能管滑落，同时将电雷管脚线引出至孔外，将1~3个致裂钻孔孔外的电雷管脚线并联，引爆炸药进行聚能爆破，使爆炸能量优先沿聚能孔方向产生爆生裂隙，卸除膨胀螺栓，用水管冲洗爆破后的致裂钻孔，再向钻孔内送入与注水泵相连的封孔器进行封孔；

或采用封孔器封孔，同时将雷管脚线引出至孔外，将1~3个致裂钻孔孔外的电雷管脚线并联，连接好注水管路向致裂钻孔孔内注满水，进行水压聚能爆破，使爆炸能量优先沿聚能孔方向产生爆生裂隙；

e．打开水泵开关向致裂钻孔内注入高压水进行水力致裂，使致裂钻孔周边的爆生裂隙进一步扩展；

f．当致裂钻孔孔壁或周边出现渗水或水压力小于5MPa时，关闭注水阀，停止注水。

所述靠两巷外帮侧垂直顶板向上施工的致裂钻孔深度为5~10m；所述的聚能管采用PVC管。

有益效果：由于采用了上述技术方案，将定向聚能爆破与水力致裂的优势结合，首先采用定向聚能爆破预裂坚硬顶板（煤体），用聚能管进行聚能装药使能量更集中，能将爆生气体的能量更多地转化成聚能射流的动能，使爆炸能量优先沿聚能孔方向产生爆生裂隙，有效控制裂缝方向，防止其他方向裂缝的形成和延伸；大大减小了对围岩的冲击波、地震波影响，增大钻孔间距，减少钻孔费用和劳动强度。最后，通过水力致裂使爆生裂隙进一步扩展形成完整的破裂面，可有效控制水力致裂过程中裂缝的扩展方向，也可进行水压聚能爆破致裂，减少由于爆破所引发的安全隐患，施工工艺简单、节省炸药，安全可靠、切缝效果好，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明采煤工作面内致裂钻孔平面布置示意图；

图2是本发明机巷内聚能爆破钻孔剖面布置示意图；

图3是本发明机巷内水力致裂钻孔结构示意图；

图4是本发明采煤工作面两端头沿煤层上方致裂钻孔布置示意图；

图5是本发明聚能管装药连接示意图；

图6是本发明聚能管装药剖面示意图。