專利名稱：一種定向水壓爆破提高煤層透氣性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水壓爆破法，尤其是一種定向水壓爆破提高煤層透氣性的方法。
背景技術(shù)：
煤層的透氣性是衡量煤層瓦斯可抽性的一個重要指標(biāo)，對于低透氣性煤層的瓦斯抽放，必須采用專門的措施增加煤層的透氣性，才能有效地抽出瓦斯。國內(nèi)外試驗(yàn)過的方法有:煤層注水、水力壓裂、高壓水力割縫、深孔爆破等。煤層注水是在煤層有一定透氣性的前提下，通過滲流作用和毛細(xì)管力的作用滲入到煤體中，在水、瓦斯氣體和煤體三相作用中，水占領(lǐng)了原瓦斯的位置，瓦斯成為游離狀態(tài)，沿著水滲入的路線脫出，但對于高瓦斯煤層，其透氣性往往較差，很難通過煤層注水提高瓦斯抽放率。水力壓裂是通過機(jī)械力在原巖煤體中實(shí)現(xiàn)壓裂造縫，需要注入的水壓非常大，不易控制孔內(nèi)裂隙的擴(kuò)展，并且水力壓裂的大裂縫比較少，即使壓出了裂縫，卸壓后保持裂縫也很困難，需要加支撐劑，這就增加了壓裂的難度。高壓水力割縫是通過高壓水射流在抽采鉆孔煤層范圍內(nèi)定點(diǎn)徑向切割或煤層范圍內(nèi)上、下來回切割，切割后在鉆孔周圍形成一條深度扁平縫槽，利用水流將切割下來的煤塊帶出孔外，從而增加煤體的暴露面積，達(dá)到煤層增透的目的，但對于松軟煤層，高壓水力割縫容易造成噴孔現(xiàn)象，常使瓦斯超標(biāo)，危險性較大。深孔爆破就是炸藥在煤體內(nèi)爆破后，通過巨爆炸力的作用，在爆破孔的周圍形成包括壓縮圈、徑向和環(huán)向裂隙交錯的裂隙及次生裂隙圈在內(nèi)的較大的連通裂隙網(wǎng)，以提高煤體的透氣性。各種常規(guī)卸壓增透措施雖然起到了一定的效果，但是目前尚無法滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要，單一的手段已不能滿足煤礦深部改善煤層透氣性、防止煤與瓦斯突出災(zāi)害的要求。因此，如何改善煤層透氣性、提高瓦斯抽放率、防止煤與瓦斯突出等的有效技術(shù)途徑，對于保障煤礦的安全高效生產(chǎn)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對已有技術(shù)中存在的問題，提供了工藝簡單、操作方便、安全可靠、控制性好、效果良好的水壓爆破法，其有效地發(fā)揮了水力和爆炸力的優(yōu)勢，并將它們的優(yōu)勢有機(jī)地結(jié)合起來，從而提高了煤層的透氣性。本發(fā)明的水壓爆破提高煤層透氣性的方法:包括鉆孔、水力割縫、裝藥、注水、封孔、爆破等步驟。(I)利用鉆機(jī)向預(yù)開采的煤巖體鉆孔，孔徑為75、4mm，鉆孔施工至煤層頂板或底板；
(2)在煤層中進(jìn)行水力割縫，切割后在煤層鉆孔周圍形成一條深度扁平縫槽，以使煤體在水壓爆破之后能夠產(chǎn)生定向擴(kuò)展的裂隙；
(3)在孔口放置直徑為36 45mm的鋼制套管，并采用水泥砂漿對套管和鉆孔之間的空隙進(jìn)行填充，起到固定套管的作用；
(4)當(dāng)水泥砂漿養(yǎng)護(hù)48小時以上，具有足夠強(qiáng)度時，把乳化炸藥裝填在直徑為32 40mm的PVC管中，送到煤層位置，裝藥長度略小于鉆孔所穿過的煤層長度，并保證起爆系統(tǒng)的完好;
(5)使用閥門聯(lián)接鋼制套管和注水管，開始向鉆孔中注水，當(dāng)注水到鉆孔開始返水時，停止注水，然后密封鋼制套管，實(shí)現(xiàn)封孔；
(6)起爆采用電力起爆系統(tǒng)，為克服長距離連續(xù)裝藥可能產(chǎn)生的溝槽效應(yīng)，在炸藥中每隔I m設(shè)置一個起爆雷管，起爆線要做好防水處理，防止由于線路絕緣程度降低而出現(xiàn)拒爆。引爆乳化炸藥進(jìn)行水壓爆破，在爆生壓力作用下，使煤層鉆孔周邊產(chǎn)生大量的裂隙，提高煤層透氣性。本發(fā)明的有益效果是:
在高瓦斯低透氣性煤層中進(jìn)行定向水壓爆破，能充分合理地將水力和炸藥的爆炸力有機(jī)地結(jié)合起來。水壓爆破時產(chǎn)生的高速水流及二次壓縮波使水力割縫產(chǎn)生的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，在煤層鉆孔周圍形成交叉裂隙網(wǎng)，以增加水壓裂縫數(shù)目，較大地提高了煤層的透氣性，能有效解裂縫數(shù)目少導(dǎo)致瓦斯難抽采的問題。并可使煤層集中應(yīng)力向煤體深部轉(zhuǎn)移，提高了煤層瓦斯抽采的能力。同時地應(yīng)力的消除或降低及瓦斯的釋放，使工作面附近區(qū)域煤體安全性增加，即在工作面前方形成一個有效的足夠長的超前保護(hù)距離，達(dá)到防治煤與瓦斯突出的目的。
圖1是本發(fā)明的定向水壓爆破提高煤層透氣性方法的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中:1-砂巖，2-煤層，3-雷管，4-乳化炸藥，5-鉆孔，6-水泥砂漿，7- PVC管，8-鋼制套管，9-引線，10-閥門，11-高壓注水管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施做進(jìn)一步描述:
實(shí)施例1:某礦煤層2的平均厚度為5m，煤層2的硬度為f=3，為緩傾斜煤層2，上覆巖層為堅硬的砂巖1，其平均厚度為20m，在煤礦井下運(yùn)輸石門內(nèi)，采用鉆機(jī)向預(yù)開采的煤巖體鉆孔5，孔徑為75mm，鉆孔5的深度為24m。然后在煤層內(nèi)進(jìn)行水力割縫，切割后在煤層鉆孔5周圍形成一條深度扁平縫槽。在孔口放置直徑為36mm的鋼制套管8，并采用水泥砂漿6對鋼制套管8和鉆孔5之間的空隙進(jìn)行填充，當(dāng)水泥砂漿6養(yǎng)護(hù)48小時以上，具有足夠強(qiáng)度時，把乳化炸藥4裝填在直徑為32mm的PVC管7中，裝藥量為100g，在乳化炸藥4中每隔I m設(shè)置一個起爆雷管3，把PVC管7送到煤層2中，并將引線9引至鉆孔5外。使用閥門10聯(lián)接鋼制套管8和高壓注水管11，開始向鉆孔5中注水，注滿水后停止注水，然后密封鋼制套管8，實(shí)現(xiàn)封孔。引爆乳化炸藥4進(jìn)行水壓爆破，在爆生壓力作用下，使煤層鉆孔5周邊產(chǎn)生大量的裂隙，從而提高了煤層的透氣性。實(shí)施例2:某礦煤層2的平均厚度為9m，煤層2的硬度為f=4，為緩傾斜煤層2，上覆巖層為堅硬的砂巖1，其平均厚度為28m，在煤礦井下運(yùn)輸石門內(nèi)，采用鉆機(jī)向預(yù)開采的煤巖體鉆孔5，孔徑為94mm，鉆孔5的深度為35m。然后在煤層內(nèi)進(jìn)行水力割縫，切割后在煤層鉆孔5周圍形成一條深度扁平縫槽。在孔口放置直徑為45mm的鋼制套管8，并采用水泥砂漿6對鋼制套管8和鉆孔5之間的空隙進(jìn)行填充，當(dāng)水泥砂漿6養(yǎng)護(hù)48小時以上，具有足夠強(qiáng)度時，把乳化炸藥4裝填在直徑為40mm的PVC管7中，裝藥量為200g，在乳化炸藥4中每隔I m設(shè)置一個起爆雷管3，把PVC管7送到煤層2中，并將引線9引至鉆孔5外。使用閥門10聯(lián)接鋼制套管8和高壓注水管11，開始向鉆孔5中注水，注滿水后停止注水，然后密封鋼制套管8，實(shí)現(xiàn)封孔。引爆乳化炸藥4進(jìn)行水壓爆破，在爆生壓力作用下，使煤層鉆孔5周邊產(chǎn)生大量的裂隙，從而提高了煤層的透氣性。
權(quán)利要求
1.一種定向水壓爆破提高煤層透氣性的方法，其特征在于:包括鉆孔、水力割縫、固定套管、裝藥、注水、封孔、爆破步驟: a.鉆孔:用鉆機(jī)向預(yù)開采的煤巖體鉆孔(5)，孔徑為75、4_，鉆孔(5)施工至煤層(2)頂板或底板； b.水力割縫:在煤層(2)中進(jìn)行水力割縫，切割后在煤層的鉆孔(5)周圍形成一條深度扁平縫槽，以使煤層(2)在水壓爆破之后能夠產(chǎn)生定向擴(kuò)展的裂隙； c.固定套管:在孔口放置直徑為36 45_的鋼制套管(8)，并采用水泥砂漿(6)對鋼制套管(8)和鉆孔(5)之間的空隙進(jìn)行填充，起到固定鋼制套管(8)的作用； d.裝藥:當(dāng)水泥砂漿(6)養(yǎng)護(hù)48小時以上，把乳化炸藥(4)裝填在直徑為32 40mm的PVC管(7)中，送到煤層(2)位置； e.注水封孔:使用閥門(10)聯(lián)接鋼制套管(8)和高壓注水管(11)，向鉆孔(5)中注水，注滿水后密封鋼制套管(8)，實(shí)現(xiàn)封孔； f.爆破:引爆乳化炸藥(4)進(jìn)行水壓爆破，在爆生壓力作用下，使鉆孔(5)周邊產(chǎn)生大量的裂隙，從而提高煤層透氣性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向水壓爆破提高煤層透氣性的方法，其特征在于:所述的裝藥長度小于鉆孔(5)所穿過的煤層(2)長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定向水壓爆破提高煤層透氣性的方法，其特征在于:所述的乳化炸藥(4)中每隔I m設(shè)置一個起爆雷管(3)。
全文摘要
一種定向水壓爆破提高煤層透氣性的方法，其是采用水壓爆破致裂使煤巖體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，先在煤層內(nèi)打鉆孔，進(jìn)行高壓水力割縫，切割后在煤層鉆孔周圍形成一條深度扁平縫槽；在煤層鉆孔內(nèi)裝入炸藥，然后注水封孔，引爆炸藥進(jìn)行水壓爆破，在爆生壓力作用下，使煤層鉆孔周邊產(chǎn)生定向擴(kuò)展的裂隙。在高瓦斯低透氣性煤層中進(jìn)行水壓爆破，能充分合理地將水力和炸藥的爆炸力有機(jī)地結(jié)合起來，水壓爆破使水力割縫產(chǎn)生的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，在煤層鉆孔周圍形成定向擴(kuò)展的交叉裂隙網(wǎng)，較大地提高了煤層的透氣性，能夠有效解決裂縫數(shù)目少導(dǎo)致煤層瓦斯難抽采的問題，并可使煤層集中應(yīng)力向煤體深部轉(zhuǎn)移，提高了瓦斯排放的能力。其工藝簡單，操作方便，安全可靠，控制性好，效果良好。
文檔編號E21B43/26GK103195466SQ20131010762
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月30日
發(fā)明者夏彬偉, 盧義玉, 宋晨鵬, 付宏偉, 葛兆龍, 劉小川, 劉承偉, 趙彬欽 申請人:重慶大學(xué)