一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法

摘要

本发明提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，包括：钻孔；导管壁上开设有至少一个用于引导爆炸能量传播方向的引导孔；在导管内壁的底端，按自底向上顺序安装至少一个内部已安装有起爆装置的药包；引导孔与其中一个药包位于同一导管部位；各药包起爆装置通过导线串联后，将导线引出到导管外部；向钻孔内注水至孔口；将已固定好药包和水泥炮的导管缓慢、平稳地插入已注满水的钻孔内；引爆各药包，利用药包爆破能量和破坏、地震效应，在引导孔的引导作用下，在特定区域煤体内按一定延伸方向产生裂隙，进而形成抽瓦斯通道；定期启动抽气设备，通过抽瓦斯通道向外部抽取瓦斯，降低瓦斯突出风险。具有适用范围广、施工成本低和施工方便优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤与瓦斯突出的防治方法，具体涉及一种利用爆破防治煤 与瓦斯突出的方法。

背景技术

在井下采掘过程中，煤与岩石常常一瞬间被从煤体中抛出，并伴随喷出大 量瓦斯，该种现象称为煤与瓦斯突出，简称为"突出"。煤与瓦斯突出事故不仅会 造成采掘工作面和通风系统的破坏，同时大量煤与瓦斯以极快的速度喷出，还 可能会充塞巷道，造成人员窒息和瓦斯爆炸，危及井下作业人员的生命安全。 因此，如何有效防治煤与瓦斯突出，具有重要现实意义。

现有技术中，防治煤与瓦斯突出的方法主要有：开采解放层、震动放炮、 瓦斯抽放、水力冲孔、金属骨架支护、煤层注水、采用不同直径的超前钻孔和 拦挡等。其中，开采解放层是最有效的常用措施。开采解放层是指：在多煤层 矿井中，首先开采无瓦斯突出的煤层或突出危险性较小的煤层，释放瓦斯含量 较高突出危险性较大邻近煤层中的瓦斯，借此消除邻近煤层瓦斯突出的危险。 其中，首先开采的危险性较小的煤层称为保护层或解放层；后开采的煤层为被 保护层或被解放层。一般情况下，解放层的解放范围(解放层与被解放层的垂 距)不超过80米。

开采解放层的方法主要具有以下局限性：(1)解放层的解放范围有限；(2) 仅适用于相邻煤层之间危险性差异较大的特定煤层，使用范围具有一定的局限 性；(3)具有施工成本高、施工不方便的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的 方法，用以解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，包括以下步骤：

S1，确定具有瓦斯突出倾向的煤体位置坐标，得到需要被防治的特定区域 煤体；

S2，在所述特定区域煤体内钻孔；

S3，导管壁上开设有至少一个用于引导爆炸能量传播方向的引导孔；在导 管内壁的底端，按自底向上顺序安装至少一个内部已安装有起爆装置的药包； 并且，引导孔与其中的药包位于导管同一部位，以利于形成定向裂隙；各药包 的起爆装置通过导线串联后，将导线引出到导管外部，再在导管口位置堵塞水 炮泥；

S4，向钻孔内注水至孔口；然后将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平 稳地插入已注满水的钻孔内；

或者，首先将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平稳地插入空钻孔内； 然后再向空钻孔内注满水；

S5，将引出到导管外部的导线接入发爆器，启动发爆器，引爆导管内的各 个药包，各个药包爆炸，利用药包爆破能量和破坏、地震效应，在引导孔的引 导作用下，在特定区域煤体内按一定延伸方向产生裂隙，进而形成抽瓦斯通道； 导管顶端开口壁完整无损；

S6，若爆破导致导管冲出钻孔，将其重新插进钻孔复位，将抽气设备的进 气口与导管顶端开口通过管路连通；定期启动该抽气设备，通过抽瓦斯通道向 外部抽取瓦斯，降低瓦斯突出风险。

优选的，S1具体为：通过查阅地质资料，结合采矿和掘进现场，确定采煤 面或者掘进面的地应力变化情况，最终确定具有瓦斯突出倾向的煤体位置坐标。

优选的，S2具体为：

在老顶来压之前、地应力尚未加大时，提前在特定区域煤体内钻孔；并且， 钻孔时，利用所采煤层上下顺槽或者准备巷道钻孔。

优选的，S3中，所述导管采用钢塑管或者塑料管。

优选的，S3中，沿导管轴向方向，每隔预设距离开设一组平行的引导孔集； 每一个引导孔集包括四个位于同一导管截面的引导孔，该四个引导孔均匀开设 在导管周向方向，分别为第1引导孔、第2引导孔、第3引导孔和第4引导孔； 并且，第1引导孔和第2引导孔的连线为垂直方向，第3引导孔和第4引导孔 的连线为水平方向。

优选的，S3具体为：

导管长度为10-20米，在导管底部7米内，自导管底端向上，每隔100厘米 开设一组平行的引导孔集，共开设4组平行的引导孔集；每一组平行的引导孔 集包括6个引导孔集，相邻引导孔集之间的轴向距离为20厘米；每一个引导孔 的直径为6～8毫米；

在每一组平行的引导孔集的导管内壁位置，均固定一个药包。

优选的，设钻孔直径为d_钻，导管的管径为d_管，则满足以下关系式：

d_钻-d_管≥20毫米。

优选的，导管的顶端开口处用水炮泥堵塞的长度为100厘米。

优选的，S5中，启动发爆器，引爆导管内的各个药包，各个药包爆炸具体 为：

各起爆装置通电，各个药包同时爆炸；或者

每一个起爆装置内还嵌入已设定延时时间的延时装置；

同时向各起爆装置通电，基于延时装置的延时作用，使各药包按照自管底 向上的顺序反向起爆。

优选的，S5中，所述起爆装置为毫秒瞬发电雷管；采用电起爆方式起爆。

本发明提供的利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，具有以下优点：

(1)充分利用已有的巷道和设备，利用地应力在时间、空间的变化规律， 在地应力没有变大前，钻眼、爆破和抽气，减低瓦斯突出风险；具有施工方便、 经济成本低的优点；

(2)通过在导管开设引导孔，可以引导爆炸能量传播方向，形成所需方向 的煤体裂隙，由于引导孔的能量汇聚作用，进一步提高了裂隙产生的深度，提 高爆破质量；

(3)只需一次爆破形成瓦斯抽取通道，后续过程中，只需定时抽取瓦斯即 可，进一步简化了施工程序，提高了该工艺的实用性；

(4)抽出的瓦斯可送入瓦斯罐，或直接供给城市、工厂作为工业、民用燃 料和化工原料，增加能源、减低温室气体排放；

(5)具有适用范围广的优点。

附图说明

图1为煤体周围顺槽和钻孔布置图；

图2为导管结构示意图；

图3为图2中C区域的局部放大图；

图4为图1沿A-A的截面图；

图5为固定药包后导管的结构示意图；

图6为抽取瓦斯系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

本发明提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，通过顶板来压前，煤 与瓦斯突出危险较低的时间段，进行钻孔、注水、安装导管和安装起爆装置， 对煤体引爆后形成瓦斯抽排通道，通过不断抽取瓦斯，降低瓦斯压力，减少瓦 斯突出危险，从而提高作业人员安全性。

具体包括以下步骤：

S1，确定具有瓦斯突出倾向的煤体位置坐标，得到需要被防治的特定区域 煤体；

本步骤具体为：通过查阅地质资料，结合采矿和掘进现场，确定采煤面或 者掘进面的地应力变化情况，最终确定具有瓦斯突出倾向的煤体位置坐标。

S2，在所述特定区域煤体内钻孔；

本步骤具体为：在老顶来压之前、地应力尚未加大时，提前在特定区域煤 体内钻孔；并且，钻孔时，利用所采煤层上下顺槽或者准备巷道钻孔，钻孔的 参数，例如直径、眼深、倾角等，根据采区实际情况，结合现有设备型号、配 置等确定。

如图1所示，为煤体周围顺槽和钻孔布置图；其中，1-第1工作面；2-运输 顺槽；3-回风顺槽；4-配巷；5-联络巷；6-回风巷；7-皮带巷；8-钻孔；10-第2 工作面。图1中箭头方向即为作业时的钻孔施工方向。由此可见，本发明在钻 孔时，充分利用已有的巷道和设备，具有钻孔施工简单方便的优点。图1中共 开设有四条钻孔，通过后续步骤，通过四条钻孔形成四条瓦斯抽取通道，然后 开动抽气设备抽出瓦斯，降低瓦斯浓度，从而保证在第2工作面采煤作业时的 安全性。

S3，导管壁上开设有至少一个用于引导爆炸能量传播方向的引导孔；引导 孔实质为一种聚能结构。在导管内壁的底端，按自底向上顺序安装至少一个内 部已安装有起爆装置的药包；并且，引导孔与其中一个药包位于导管同一部位， 以利于形成定向裂隙；各药包的起爆装置通过导线串联后，将导线引出到导管 外部，再在导管口位置堵塞水炮泥；

如图5所示，为固定药包后导管的结构示意图；其中，52为药包，51为串 联各药包的起爆装置的导线，也可称为起爆网络。

其中，导管的材质和结构根据现场情况确定，可以采用钢塑管或者塑料管， 具有重量轻、便于安装的优点。

药包和药量等参数，按照实际具体情况确定。

引导孔优选采用以下布设方式：沿导管轴向方向，每隔预设距离开设一组 平行的引导孔集；每一个引导孔集包括四个位于同一导管截面的引导孔，该四 个引导孔均匀开设在导管周向方向，可参考图4，分别为第1引导孔、第2引导 孔、第3引导孔和第4引导孔；并且，第1引导孔和第2引导孔的连线为垂直 方向，第3引导孔和第4引导孔的连线为水平方向。通过该种布置方式，可引 导裂缝向上下以及左右方向延伸，形成所需的煤体裂隙。

作为一种具体示例，当钻孔参数如下时：直径：89毫米；眼深：14米；倾 角15度。

导管长度选定为10-20米，如图2所示，为导管结构示意图；导管长度为 14米，其中，20-导管；21-引导孔；在导管底部7米内，自导管底端向上，每隔 100厘米开设一组平行的引导孔集，共开设4组平行的引导孔集；每一组平行的 引导孔集包括6个引导孔集，相邻引导孔集之间的轴向距离为20厘米；每一个 引导孔的直径为6～8毫米；对应的，共向导管内安装4个药包；其中，药包为 直径76mm乳化药卷，每个药包质量1kg。

参考图3，为图2中C区域的局部放大图，如图4所示，为图1沿A-A的 截面图；在图4中，导管的直径为8厘米，并且，41代表第1引导孔；42代表 第2引导孔，43代表第3引导孔，44代表第4引导孔。

需要强调的是，本发明图2、图3和图4中所标注数字的单位均为毫米。

设钻孔直径为d_钻，导管的管径为d_管，则满足以下关系式：

d_钻-d_管≥20毫米。

导管的顶端开口处用水炮泥堵塞的长度为100厘米。

S4，向钻孔内注水至孔口；然后将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平 稳地插入已注满水的钻孔内；

或者，首先将已固定好药包和水炮泥的导管缓慢、平稳地插入空钻孔内； 然后再向空钻孔内注满水；

上述两种方式注水时，注水不需要额外加压，普通灌注即可。

实际应用中，优先选用先向钻孔内注水至孔口，再将已固定好药包和水炮 泥的导管缓慢、平稳地插入已注满水的钻孔内；此时，相邻药包之间被水间隔， 水的主要作用是传递爆炸应力，而且作为一种惰性介质，有利于提高安全；该 种方式的安全性更高。

S5，将引出到导管外部的导线接入发爆器，启动发爆器，引爆导管内的各 个药包，各个药包爆炸，利用药包爆破能量和破坏、地震效应，在引导孔的引 导作用下，在特定区域煤体内按一定延伸方向产生裂隙，进而形成抽瓦斯通道； 导管顶端开口壁完整无损；

其中，药包可采用以下两种方式引爆：

(1)第一种

各起爆装置通电，各个药包同时爆炸。

(2)第二种

每一个起爆装置内还嵌入已设定延时时间的延时装置；

同时向各起爆装置通电，基于延时装置的延时作用，使各药包按自管底向 上顺序反向起爆。延时时间根据实际需要设定，可以为毫秒级延时时间。

另外，本发明中，起爆装置可采用毫秒瞬发电雷管；采用电起爆方式起爆。

S6，若爆破导致导管冲出钻孔，将其重新插进钻孔复位，将抽气设备的进 气口与导管顶端开口通过管路连通；定期启动该抽气设备，通过抽瓦斯通道向 外部抽取瓦斯，降低瓦斯突出风险。其中，管路可以采用软管，如图6所示， 为抽取瓦斯系统的结构示意图，其中，9为抽气设备；61即为连通各个导管顶 端开口的软管。各软管构成了导管回路。

综上所述，本发明提供的利用爆破防治煤与瓦斯突出的方法，具有以下优 点：

(1)充分利用已有的巷道和设备，利用地应力在时间、空间的变化规律， 在地应力没有变大前，钻眼、爆破和抽气，减低瓦斯突出风险；具有施工方便、 经济成本低的优点；

(2)通过在导管开设引导孔，可以引导爆炸能量传播方向，形成所需方向 的煤体裂隙，由于引导孔的能量汇聚作用，进一步提高了裂隙产生的深度，提 高爆破质量；

(3)只需一次爆破形成瓦斯抽取通道，后续过程中，只需定时抽取瓦斯即 可，进一步简化了施工程序，提高了该工艺的实用性；

(4)抽出的瓦斯可送入瓦斯罐，或直接供给城市、工厂作为工业、民用燃 料和化工原料，增加能源、减低温室气体排放；

(5)具有适用范围广的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。