[发明专利]一种用于煤矿井下深孔静力破岩法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深孔静力破岩法，尤其是一种用于煤矿井下对处于三轴应力状态下的天然岩体进行深孔静力破岩法。

背景技术

在煤矿井下开采工作中，虽然机械化程度有了很大提高，但由于地质条件限制或者生产需要，经常需要深孔破岩。如深孔爆破弱化预裂综放工作面开切眼坚硬顶板，减少老顶初次来压步距；巷道内超前深孔预爆破顶板卸压等。目前，煤矿井下使用的深孔破岩方法有钻深孔装炸药爆破破岩和使用深孔注高压水胀裂、软化破岩。但这两种方法在一些具体应用中都存在安全隐患、达不到破岩要求等缺陷。

在公开文献中可以获得公开号为CN 103924956 A的“一种块煤开采用超前预裂方法”专利，煤岩体水压致裂过程实际上就是在水压驱动下微裂纹萌生、扩展、贯通，直到最后宏观裂纹产生导致失稳破裂的过程。其实质是在一段封闭的钻孔内注入50～60MPa的高压水，高压水膨胀压力使孔壁附近产生大量裂纹，使岩体中原有裂纹张开和扩展。这种水压预裂方法至少存在两个缺点。其一，岩体中包含许多天然缺陷，例如孔隙、微裂缝等，由于水的渗透性很强，在高压水力作用下，这些天然孔隙、裂隙就会成为导水通道，使高压水渗流，压力降低，达不到破岩所需力度。其二，水压致裂通过管路输送压力达50～60MPa的高压水，因此，管路连接处可能存在被冲破的危险，而一旦管路连接处被冲破，压力达到50～60MPa的高压水破坏力很大，会对周围的设备以及施工人员造成一定伤害，存在很大的安全隐患。

在公开的文献中可以获得公开号为CN 102620612 A的“一种煤矿深孔爆破法”专利，公开号为CN 103244180 A的“一种留小煤柱沿空掘巷围岩控制方法”专利，公开号为CN 103244124 A的“一种煤矿巷道工作面强制放顶卸压过空巷的方法”专利，公开号为CN 103278055 A的“一种坚硬顶板深孔预裂爆破切顶卸压方法”专利。这些公开方法的主要措施都是钻深孔装入烈性炸药，利用炸药爆炸瞬间产生的巨大威力来破碎岩体。以上专利所述方法虽被广泛使用，但存在很多不足之处。炸药是瞬间爆炸，气体膨胀作用破岩，过程不易控制，炸药爆炸瞬间释放的巨大能量产生剧烈的震动，有时地表都有震感，会对煤矿井下及地面建筑物、构筑物产生一定的破坏；炸药爆炸瞬间产生冲击波和飞石，可能崩倒、崩坏周围支架和设备，造成人员伤亡，此类事件时有发生；炸药破岩还会产生粉尘、炮烟等有毒有害气体，恶化井下生产环境，危害工人身体健康；更为严重的是炸药破岩可能存在瞎炮、残爆、爆燃等不可预测的隐患。

现有技术静力破碎法，主要用于闹市区的拆除破碎工程，厂房内的混凝土基础拆除和建筑石材如大理石、花岗岩的开采等，破碎对象是处于二维应力状态下的有自由面的小范围岩体。这些应用的破碎对象范围小，处于二维应力状态且存在自由面，易于实施。在公开的文献中可以获得题为“静态胀裂剂(SCA)的研究进展”的论文，主要从破碎原理、配方组成及施工方法等方面进行了综述，评述了静态胀裂剂的研究进展和发展方向。但仅此对小范围内的混凝土、建筑石材如大理石、花岗岩的开采等进行钻孔静力破碎。

为了满足煤矿井下开采过程中所遇到的破岩需求，消除安全隐患，减少对设备以及人员的危害，迫切需要寻求一种用于煤矿井下深孔静力破岩法。

发明内容

基于目前煤矿井下破岩所公开和实际应用的现有技术，本发明要解决的具体技术问题是如何使用胀裂剂的膨胀压力在煤矿井下进行深孔破岩，并提供一种用于在煤矿井下安全、温和、可控而又有效的深孔静力破岩法，尤其是一种用于高瓦斯矿井的深孔静力破岩法。

实现上述本发明所提供的一种用于煤矿井下深孔静力破岩法的具体技术方案如下。

一种用于煤矿井下深孔静力破岩法，其所述破岩法是按下列步骤进行的：

（1）根据被破岩体的普氏硬度系数（f），在被破岩体上按不同结构布设主孔和辅孔：

当被破岩体是软岩f≤4时，按主辅直线结构布孔；

当被破岩体是中硬岩4＜f≤8时，按主辅菱形结构布孔；

当被破岩体是硬岩f＞8时，按主辅五花结构布孔；

（2）按孔径35～50mm，

孔距a=q²(t)/[π(0.025σ_c+0.0014)²]，式中，σ_c为被破岩体的单轴抗压强度，q(t)为胀裂剂随时间变化产生的膨胀压力；

孔深是按被破岩体深度减去1m计算；

孔角度是孔轴线与水平面的夹角，取25°～45°，主孔和辅孔角度相同；