一种电脉冲与注浆加固相结合的石门揭煤方法

摘要

本发明公开了一种电脉冲与注浆加固相结合的石门揭煤方法，该方法包括：由揭煤工作面向煤层施工钻孔，将放电电极和高压电缆送入钻孔后向钻孔内注入水；通过防爆高压电脉冲发生器和放电电极向钻孔中的水放电，形成强大的冲击波，使煤体产生裂隙，促进了瓦斯解吸，多次放电结束后将钻孔连入瓦斯抽采管路；然后向煤层中注入水泥浆液，增强煤体力学强度，使煤层得到加固，最后完成揭煤。本发明将电脉冲致裂与注浆加固的方法相结合，不仅提高了煤层的孔隙率、渗透率，促进了瓦斯的解吸，有效预防了煤与瓦斯突出的危险性，而且对煤层进行了加固，有利于提高石门揭煤的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及石门揭煤技术领域，具体涉及一种适用于易突出的高瓦斯煤层电脉冲与注浆加固相结合的石门揭煤方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是井下作业时最常见的灾害之一，而石门揭煤时突出的平均强度远远大于其他各类巷道突出强度的总和。石门揭煤时的突出问题严重的威胁了井下工人的安全，同时制约着煤矿的高效生产。研究表明，石门突出是在瓦斯压力、地应力以及煤的力学性质等因素综和作用的结果，其中煤的力学强度是其能否抵挡突出的关键因素。

现有的突出煤层的揭煤方法主要从卸压增透和煤层加固这两个方面进行，煤层卸压增透方式主要有水力冲孔、水力压裂和水力割缝等措施，煤层加固方面主要有金属骨架和注浆加固等措施。这些措施在石门揭煤防突中取得了一些效果，但也存在着施工难度大、效率低等问题，严重制约煤矿的生产进度。因此，迫切需要提供一种简单高效、安全快捷的石门揭煤方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全、高效的电脉冲与注浆加固相结合的石门揭煤方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种电脉冲与注浆加固相结合的石门揭煤方法，包括以下步骤：

a.在揭煤工作面距离煤层法向距离小于7m之前，采用常规的钻孔方式向煤层施工钻孔；

b.钻孔施工完成后，在揭煤工作面处分别将正高压电缆和负高压电缆套在电缆护管内，并将放电电极与防爆高压电脉冲发生器分别通过正高压电缆和负高压电缆连接起来，利用电缆护管将放电电极送入到预钻孔底部，并将高压胶管送入到钻孔中，高压胶管露出钻孔的一端连接有两路，一路依次连接注浆控制阀、注浆泵和浆液箱，另一路依次连接注水开关、水泵和水箱；通过封孔器对钻孔进行密封，并用塞子塞住电缆护管；

c.密封完成后，打开注水开关，开启水泵，向钻孔中注水直至水注满钻孔，关闭注水开关；

d.开启防爆高压电脉冲发生器并通过放电电极在水中放电，重复放电10-300次后停止放电；利用电缆护管将放电电极向外后退3-10m，重复放电步骤，直至放电电极完全退出钻孔；

e.通过水泵和高压胶管将钻孔内的水排出，取出放电电极和电缆护管后再次封孔，将高压胶管与井下瓦斯抽采管连接，进行瓦斯抽采；

f.瓦斯抽采完成后，打开注浆控制阀，利用注浆泵将配制好的水泥浆液注入钻孔内，使浆液注入到煤体的裂隙中加固煤体，然后按照常规方法进行掘进，直至穿过煤层进入顶板2m，完成揭煤工作。

优选的，所述的防爆高压电脉冲发生器的频率为5-10Hz，脉冲个数为200-800，电压范围0-600kV。

优选的，步骤f中，所述的水泥浆液的水灰比为1：1.5。

优选的，步骤f中，所述注浆压力为0.5-1.5MPa，流量为10-30L/min，注浆时间1-5h。

优选的，步骤c中，注水压力为0.3-0.9MPa。更优选的，注水压力为0.6MPa。

优选的，步骤d中，利用电缆护管将放电电极往后退6m。

优选的，所述的电缆护管的材质为钢管。

本发明通过高压电脉冲在水中放电产生强大的冲击波作用于煤体，使煤体产生裂隙，同时促进瓦斯的解吸。抽采瓦斯后向煤层注入水泥砂浆，使煤体得到加固，有利于揭煤作业。本发明将电脉冲致裂与注浆加固相结合，不仅提高了煤层的孔隙率和渗透率，促进了瓦斯的解吸，大大的减小了煤层中的瓦斯压力，而且形成的裂隙有利于浆液在煤体中的扩散，使煤体强度得以提高，从而提高石门揭煤的安全性，在本技术领域具有广泛的实用价值。

附图说明

图1是本发明的电脉冲与注浆加固相结合的石门揭煤示意图。

图2是防爆高压电脉冲发生器、注浆泵站与注水泵站连接示意图。

图3是图1中A-A揭煤工作面钻孔布置示意图。

图中：1-防爆高压电脉冲发生器，2-塞子，3-电缆护管，4-放电电极，5-正高压电缆，6-负高压电缆，7-高压胶管，8-封孔器，9-注浆控制阀，10-注浆泵，11-浆液箱，12-注水控制阀，13-水泵，14-水箱，15-煤层，16-钻孔，17-揭煤工作面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1和图2所示，本发明的电脉冲与注浆加固相结合的石门揭煤方法，包括以下步骤：

a.在揭煤工作面17距离煤层15法向距离小于7m之前，采用常规的钻孔方式向煤层15施工直径为10cm的钻孔16，如图3所示钻孔呈矩形阵列分布；

b.钻孔16施工完成后，在揭煤工作面17处分别将正高压电缆5和负高压电缆6套在直径为3cm的电缆护管3内，并将放电电极4与防爆高压电脉冲发生器1分别通过正高压电缆5和负高压电缆6连接起来，利用电缆护管3将放电电极4送入到钻孔底部，并将直径为2cm的高压胶管7送入到钻孔16中，高压胶管7露出钻孔16的一端连接有两路，一路依次连接注浆控制阀9、注浆泵10和浆液箱11，另一路依次连接注水开关12、水泵13和水箱14；通过封孔器8对钻孔16进行密封，并用塞子2塞住电缆护管3；

c.密封完成后，打开注水开关12，开启水泵13，将水箱14中的水注入钻孔16中，压力为0.6MPa，直至水注满钻孔16后，关闭注水开关12；

d.开启防爆高压电脉冲发生器1并通过放电电极4在水中放电，形成强大的冲击波作用在煤层15上，使煤层15发生破碎，重复放电260次后停止放电；利用电缆护管3将放电电极4向外后退6m，重复放电步骤，直至放电电极4完全退出钻孔；

e.通过水泵13和高压胶管7将钻孔16内的水排出，取出放电电极4和电缆护管3后再次封孔，将高压胶管7与井下瓦斯抽采管连接，进行瓦斯抽采；

f.瓦斯抽采完成后，打开注浆控制阀9，利用注浆泵10将浆液箱11中配制好的水泥浆液(水灰比为1：1.5，注浆压力为0.9MPa，流量为15L/min，注浆时间3h)注入钻孔16内，使浆液注入到煤体的裂隙中以加固钻孔16周围的煤体，然后按照常规方法进行掘进，直至穿过煤层进入顶板2m，完成揭煤工作。

实施例2

如图1和图2所示，本发明的电脉冲与注浆加固相结合的石门揭煤方法，包括以下步骤：

a.在揭煤工作面17距离煤层15法向距离小于7m之前，采用常规的钻孔方式向煤层15施工直径为10cm的钻孔16，如图3所示钻孔呈矩形阵列分布；

b.钻孔16施工完成后，在揭煤工作面17处分别将正高压电缆5和负高压电缆6套在直径为3cm的电缆护管3内，并将放电电极4与防爆高压电脉冲发生器1分别通过正高压电缆5和负高压电缆6连接起来，利用电缆护管3将放电电极4送入到预钻孔底部，并将直径为2cm的高压胶管7送入到钻孔16中，高压胶管7露出钻孔16的一端连接有两路，一路依次连接注浆控制阀9、注浆泵10和浆液箱11，另一路依次连接注水开关12、水泵13和水箱14；通过封孔器8对钻孔16进行密封，并用塞子2塞住电缆护管3；

c.密封完成后，打开注水开关12，开启水泵13，将水箱14中的水注入钻孔16中，压力为0.3MPa，直至水注满钻孔16后，关闭注水开关12；

d.开启防爆高压电脉冲发生器1并通过放电电极4在水中放电，形成强大的冲击波作用在煤层15上，使煤层15发生破碎，重复放电10次后停止放电；利用电缆护管3将放电电极4向外后退3m，重复放电步骤，直至放电电极4完全退出钻孔；

e.通过水泵13和高压胶管7将钻孔16内的水排出，取出放电电极4和电缆护管3后再次封孔，将高压胶管7与井下瓦斯抽采管连接，进行瓦斯抽采；

f.瓦斯抽采完成后，打开注浆控制阀9，利用注浆泵10将浆液箱11中配制好的水泥浆液(水灰比为1：1.5，注浆压力为0.5MPa，流量为10L/min，注浆时间5h)注入钻孔16内，使浆液注入到煤体的裂隙中以加固钻孔16周围的煤体，然后按照常规方法进行掘进，直至穿过煤层进入顶板2m，完成揭煤工作。

实施例3

如图1和图2所示，本发明的电脉冲与注浆加固相结合的石门揭煤方法，包括以下步骤：

a.在揭煤工作面17距离煤层15法向距离小于7m之前，采用常规的钻孔方式向煤层15施工直径为10cm的钻孔16，如图3所示钻孔呈矩形阵列分布；

b.钻孔16施工完成后，在揭煤工作面17处分别将正高压电缆5和负高压电缆6套在直径为3cm的电缆护管3内，并将放电电极4与防爆高压电脉冲发生器1分别通过正高压电缆5和负高压电缆6连接起来，利用电缆护管3将放电电极4送入到预钻孔底部，并将直径为2cm的高压胶管7送入到钻孔16中，高压胶管7露出钻孔16的一端连接有两路，一路依次连接注浆控制阀9、注浆泵10和浆液箱11，另一路依次连接注水开关12、水泵13和水箱14；通过封孔器8对钻孔16进行密封，并用塞子2塞住电缆护管3；

c.密封完成后，打开注水开关12，开启水泵13，将水箱14中的水注入钻孔16中，压力为0.9MPa，直至水注满钻孔16后，关闭注水开关12；

d.开启防爆高压电脉冲发生器1并通过放电电极4在水中放电，形成强大的冲击波作用在煤层15上，使煤层15发生破碎，重复放电300次后停止放电；利用电缆护管3将放电电极4向外后退10m，重复放电步骤，直至放电电极4完全退出钻孔；

e.通过水泵13和高压胶管7将钻孔16内的水排出，取出放电电极4和电缆护管3后再次封孔，将高压胶管7与井下瓦斯抽采管连接，进行瓦斯抽采；

f.瓦斯抽采完成后，打开注浆控制阀9，利用注浆泵10将浆液箱11中配制好的水泥浆液(水灰比为1：1.5，注浆压力为1.5MPa，流量为30L/min，注浆时间1h)注入钻孔16内，使浆液注入到煤体的裂隙中以加固钻孔16周围的煤体，然后按照常规方法进行掘进，直至穿过煤层进入顶板2m，完成揭煤工作。

以上实施例中，所述的防爆高压电脉冲发生器1的频率为5-10Hz，脉冲个数为200-800，电压范围0-600kV。

所述的电缆护管3的材质为钢管。