矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备

摘要

本发明专利公开一种矿用冲击煤岩体防止煤岩动力灾害的技术及装备。该技术将多个气动冲击器构件径向整合于管状设备中，利用冲击器构件径向冲击钻孔壁；产生的高强度应力波在煤岩体中传播，并对煤岩体造成拉压、剪切破坏；最终使钻孔周围一定范围的裂隙网络快速发育，使煤岩体有效卸压，促进瓦斯解吸和渗流，降低煤层瓦斯含量，释放煤体中的应力，防止煤与瓦斯突出、冲击地压等防止煤岩动力灾害。

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备，应用于煤矿安全领域。

背景技术

我国煤矿井下条件十分复杂，存在大量致密度较高、透气性较差的高瓦斯、低透气性煤岩体，这些煤岩层内部积聚着大量不同形式的能量，却得不到有效的卸压，因此，严重制约了快速掘进、回采的进度，同时也给安全工作带来了不小的挑战。

在遇到此类高瓦斯致密煤岩层时，往往要进行瓦斯抽放卸压，然而，其高致密性使得抽放效果甚微，既造成了人力资源的浪费，又造成了资金的浪费。但是，如若不进行抽放或抽放效果不理想，此类煤层内部的瓦斯会一直存在，无法得到释放，在采掘过程中，一旦出现震动、放炮等扰动，极易出现煤与瓦斯突出事故；同时，对于深部煤体巷道围岩而言，由于巷帮高集中应力的存在，使得巷帮、围岩极易发生垮塌、大位移、大变形等冲击地压事故。以上事故均会造成非常大的经济损失和不良的社会影响，因此，需要借助煤层增透卸压技术对煤层透气性进行改造。

然而，现存的常用卸压手段还存在一定问题，例如，深孔爆破技术由于使用的是乳化炸药进行增透，属于热爆炸的范畴，在井下高瓦斯环境下会受到一定的制约，加上威力巨大，极易诱发突出，同时，在接线、安装过程中也存在一定的触电、爆炸事故，因此该法具有很大的危险性；水力割缝技术在理论上具有较大可行性，但在较大地应力的真实情况下，煤层在割缝后会自动“愈合”，因此割缝效果较差。

气动冲击器技术作为矿用凿岩技术的一种，已经在矿井地面得到了很广泛的应用，技术相对比较成熟。然而，将其应用于井下煤层增透，是史无前例的，因此，该技术具有一定的难度和前瞻性。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备，保证煤岩体增透卸压过程的安全、可靠、高效进行。

该套技术及装备针对井下使用，可根据孔径、深度等钻孔参数合理选型或加长，实现不同孔径、不同深度钻孔全方位卸压，达到促进瓦斯解吸和渗流，降低煤层瓦斯含量，释放煤体中的应力，防止煤与瓦斯突出、冲击地压等防止煤岩动力灾害的目的。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

钻孔工作完成后，将设备放入孔内并用卡盘固定；在井下压风管路持续供风下，气动冲击器构件(冲击钎头)对钻孔壁360°进行冲击；对于钻孔周边一定范围内的煤岩体，产生的高强度应力波在传播过程中造成拉压、剪切破坏，形成大量连续、不连续裂隙网络，使得原本封闭的瓦斯解吸-扩散-渗流通道全面开启；同时，对于不同力学性质的煤岩体，应力波冲击频率及能量可以调节，适合于不同煤岩层。

同时，本发明采取以下装备设计方案：

将多个气动冲击器构件按一定方位、顺序径向固定于圆管中；圆管多节连接，可以拆卸，便于加工冲击器构件以及井下拆装；单个冲击器由细软管供应高压空气，驱动作业；高压空气由井下压风管路提供，作业结束后，通过圆管与孔壁的环状间隙流出钻孔；与此同时，锤头为圆弧型，曲率大于钻孔壁，保证锤头在最大动能下不至于插入煤岩体，同时锤头可以最大限度产生高强度应力波，在煤岩体中产生裂隙和裂纹。

附图说明

附图1为本发明专利的概要图。气动冲击器构件错位、径向固定于圆管中，在高压空气的作用下，以一定频率径向往复冲击钻孔煤壁，产生的冲击波造成直接的剪切和压裂破坏；高压气体从软管进入，经冲击钎头间隙流出，最终从卡盘上小孔流出。

具体实施方式

本发明专利的中心思想是将气动冲击器应用于煤矿安全领域，利用气动冲击器对钻孔壁进行不同频率冲击，提高煤岩体内裂隙发育情况，进而防止煤岩动力灾害。下面对本发明作进一步的具体解释和描述：

1.设备的安装

首先，在煤岩中钻孔，保证钻孔直径与卡盘外径的耦合。撤出所有钻孔设备后，将该设备一节一节相连并慢慢送入钻孔中，到达指定位置后，利用卡盘与煤壁耦合，对管路起到一定的支撑作用，保证冲击器各向冲击距离相等，降低冲击不均匀的可能；同时空气腔与井下压风管路连接(配阀门)。

2.设备的运行

在完成步骤1且检查现场确认一切就绪后，开启阀门，设备运行。冲击器构件在高压空气的驱动下，往复运动，冲击孔壁，起到增透卸压的效果；高压空气经软管进入冲击器，在内部结构的分流下，驱动冲击器活塞往复运动，之后废气(乏风)经装置与煤壁的环状间隙流出。

3.设备的撤出

设备运行一段时间后，关闭阀门，设备停止运动。取下卡盘并将管路缓慢撤出。之后，可通过钻孔窥视煤壁或瓦斯抽放等途径确定增透效果。