[发明专利]气液固三相耦合爆破弱化冲击地压及增透方法

说明书

技术领域

本发明涉及气液固三相耦合爆破弱化冲击地压及增透方法，尤其适用于高应力、高瓦斯和低透气性突出煤层下向穿层钻孔区域性卸压增透。

背景技术

冲击地压是煤矿开采过程中最严重的灾害之一，特别是随着煤矿开采深度的增加，地应力和瓦斯压力显著升高，极易造成煤与瓦斯突出事故，给煤矿的安全生产带来极大的威胁。冲击地压灾害已成为制约煤矿高效集约化开采和安全生产的重要因素。目前常用的卸压增透措施主要有深孔控制爆破、水力割缝、水力压裂和煤层注水等，这些方法都存在着一定的缺点，卸压增透效果持续性差，甚至可能导致局部的应力集中，增加突出危险性，常出现效检超标、回采速度缓慢等问题，传统的技术手段已经不能满足防治冲击地压与瓦斯突出双重灾害耦合作用下的复杂动力灾害的要求。

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，提供一种方法简单、提高卸压增透效果，减少突出危险的气液固三相耦合爆破弱化冲击地压及增透方法。

技术方案：本发明的气液固三相耦合爆破弱化冲击地压及增透方法：

a、从顶板岩巷向煤层施工爆破孔和抽采孔，孔间距为3m，爆破孔的终孔位置穿过煤层0.5m；

b、采用密封材料对爆破孔和抽采孔进行密封，然后对爆破孔进行高压注水；

c、去除爆破孔内的密封材料，向爆破孔内送入内部分段装有药包的PVC套管，在分段装入PVC套管内的药包两端及间隔段充填黄泥封堵段；

d、装药完成后，再次向爆破孔内进行常压注水，直至注水充满PVC套管周围的空隙，然后再次用密封材料对爆破孔进行密封；

e、待封孔材料凝固后，对爆破孔实施爆破，完成钻孔气液固三相耦合爆破，然后，通过抽采孔进行瓦斯抽采；

所述的送药前注水时间为4~6小时，注水压力在10MPa左右；所述的PVC套管的前端装有防进水的圆木锥。

有益效果：本发明将钻孔施工技术、煤层注水技术和水压爆破技术相结合，通过深孔注水软化煤体，使水与煤岩体充分耦合后进行分段式水压爆破。先采取深孔注水软化煤体，使水与煤岩体充分耦合后进行多段式水压爆破，利用水的不可压缩性传递及增强爆破能量，提高爆破的卸压增透效果，有效地解决开采过程中的冲击地压和煤与瓦斯突出问题。通过深孔注水改变了煤岩体的物理力学性能，降低了煤岩体集聚弹性能的能力，利用水的不可压缩性，无损失和均匀地传递能量，同时分段式爆破能够形成爆炸冲击波的叠加，增强爆破效果，使炸药爆炸的能量充分对煤岩体进行破碎致裂弱化。通过爆破孔内产生的水中冲击波、爆生气体尖劈作用、水射流及气泡脉动产生的二次压缩波使爆破孔周围产生裂隙网，煤体集中应力向深部转移，煤体透气性增大，减少了突出势能，确保煤矿的安全生产。该方法卸压增透效果好，操作工艺简单，能够减少钻孔数量30%~50%，提高瓦斯抽采浓度60%，开采速度提高20%~30%，具有极好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明气液固三相耦合爆破钻孔布置图。

图2是多段式水压爆破钻孔装药示意图。

图中：1-爆破孔，2-抽采孔，3-药包，4-密封材料，5-圆木锥，6-黄泥封堵段，7- PVC套管，8-起爆线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的气液固三相耦合爆破弱化冲击地压及增透方法，先根据煤层地质参数：煤层厚度、倾角、走向、瓦斯参数及巷道的布置情况，确定钻孔的布置参数，包括钻孔倾角、穿过煤层长度，确定爆破孔1和抽采孔2的间距为3m，爆破孔1终孔位置穿过煤层0.5m。按常规施工钻孔，钻孔施工完成后，采用聚氨脂密封材料4对爆破孔和抽采孔进行密封，确保爆破孔能够承受15MPa以上的压力。封孔完成、待封孔材料凝固后，向爆破孔1内进行高压注水，注水压力控制在9.5-10.5MPa，注水时间4~6小时，此时，由于煤体含水量较少，高压水能够迅速在钻孔周围煤体内扩散，达到润湿煤体、降低煤体弹性势能的作用，同时，使煤体由气固两相介质转变为气液固三相介质。注水结束后，去除爆破孔1内的密封材料4，向爆破孔1内送入内部分段装有药包3的PVC套管7，在分段装入PVC套管内的药包两端及间隔段充填黄泥封堵段6，在PVC套管7的前端用圆木锥5进行封堵，PVC套管7内药包3的位置需设置在煤层厚度范围内，保证爆炸产生能量用来破裂煤体。完成送药后，将起爆线8引至孔口位置，再次用密封材料4对爆破孔1进行封孔，封孔完成后，向爆破孔1内进行常压注水，使PVC套管7周围的空隙内充满水为至。之后，通过起爆线8进行钻孔水压爆破，爆破过程中，井下人员要远离爆破点。通过爆破，可以有效地破裂煤体，使钻孔周围煤体裂隙发育，产生裂隙网络，为瓦斯的流动提供通道，同时消除应力集中，使地应力向深部转移，从而实现弱化冲击地压和增透的目的。爆破完成后，对抽采孔2进行瓦斯抽采，消除煤与瓦斯突出危险，从而保障安全生产。