一种断层冲击地压防治系统及其防治方法

摘要

本发明公开了一种断层冲击地压防治系统及其防治方法，包括表土层、岩石层、煤层和高压注水系统，表土层位于岩石层的上部，岩石层的中部为煤层，煤层包括断层上盘、断层下盘和断层面，断层上盘和断层下盘之间为断层面，断层面上开设有装药钻孔，断层上盘和断层下盘上均开有注高压水钻孔，高压注水系统通过各注高压水钻孔插入至煤层中，高压注水系统包括水箱、金属注水管、高压水泵、止水阀门和密封组件，金属注水管一端连接在水箱的出水口上，另一端依次连接有高压水泵、止水阀门和密封组件，密封组件固定连接在金属注水管与注高压水钻孔的侧壁之间；本发明的优点在于能够适应高应力区域，突发式破坏并且能长期稳定的防治冲击地压灾害。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿断层冲击地压防治技术领域，特别涉及一种断层冲击地压防治系统及其防治方法。

背景技术

冲击地压是指地下开采的深部或构造应力很高的区域，在临空岩体中发生突发式破坏的现象。这种现象也称为岩爆。发生的原因是临空岩体积聚的应变能突然而猛烈地全部释放，致使岩体发生像爆炸一样的脆性断裂。冲击地压造成大量岩石崩落，并产生巨大声响和气浪冲击，不但可将矿井破坏，而且震动波可危及地面建筑物。冲击地压危害极大严重威胁到煤矿人员的生命安全，是煤矿安全开采中巨大的隐患。然而现阶段关于冲击地压防治的方法还相对较少尤其是断层冲击地压，因此，针对这种断层冲击地压，需要发明一种能够适应高应力区域，突发式破坏并且能长期稳定的防治冲击地压灾害的方法。

发明内容

根据上述背景技术所描述的技术问题，本发明提供一种断层冲击地压防治系统及其防治方法可以有效对断层冲击地压进行防治，解决冲击地压带来的和灾害与隐患。

本发明采用的技术方案是，一种断层冲击地压防治系统，包括表土层、岩石层、煤层和高压注水系统；

所述表土层位于所述岩石层的上部，所述岩石层的中部为煤层，所述煤层包括断层上盘、断层下盘和断层面，所述断层上盘和断层下盘之间为断层面，所述断层面上开设有装药钻孔，所述断层上盘和断层下盘上均开有注高压水钻孔，所述高压注水系统通过各所述注高压水钻孔插入至煤层中；

所述高压注水系统包括水箱、金属注水管、高压水泵、止水阀门和密封组件，所述金属注水管一端连接在所述水箱的出水口上，另一端依次连接有所述高压水泵、止水阀门和密封组件，所述密封组件固定连接在金属注水管与所述注高压水钻孔的侧壁之间，所述密封组件包括卡扣和楔形体，所述卡扣卡接固定在所述楔形体上。

进一步的，所述金属注水管位于所述楔形体中的一段为注水管加粗段。

进一步的，所述金属注水管末端均匀设置有出水孔。

进一步的，所述卡扣为一弹性部件。

进一步的，所述楔形体上设置有与金属注水管配合连接的间隙孔。

该断层冲击地压防治系统的防治方法，通过应力集中进行应力释放，对释放高应力后的断层处煤层进行开采，具体包括如下步骤：

第一步，探明煤层的断层面以及断层上盘和断层下盘的具体位置；

第二步，在地表打钻孔分别到达断层面和断层面附近的断层上盘和断层下盘；

第三步，在断层面的装药钻孔底部装入适量炸药并进行爆破对断层面处的应力集中进行应力释放；

第四步，所述断层面的高应力解除后在断层上盘和断层下盘的注高压水钻孔里装入高压金属注水管进行高压注水，对断层上盘和断层下盘的煤层进行高压水致裂，使应力集中区域的煤层进一步对其应力进行释放；

第五步，在注水过程中，若金属注水管中的水进入煤体后使水压不从注高压水钻孔的侧壁中释放当水向上溢时，密封组件中的楔形体会向上进行压缩使得卡扣与注高压水钻孔的侧壁更加紧从而使得水压不释放，使水压力全部用于对煤层的压裂，楔形体处的金属注水管进行加粗可以使得水压不泄露；

第六步，在注水过程中，若水从水箱通过高压水泵经金属注水管注入煤层当中，当水发生泄露时可以通过止水阀进行注水控制；

第七步，当注高压水钻孔和装药钻孔对其位置处的煤层全部完成高应力解除时，便可以对断层面处的煤层进行安全开采从而避免的断层处应力集中导致的冲击地压危害。

本发明具有以下的有益效果：

1、本发明通过在地表向煤层断层面、断层上盘和断层下盘打钻孔对断层面进行装药爆破，对断层上盘和下盘进行高压注水致裂，使断层的应力集中进行应力释放，然后对释放高应力后的断层处煤层进行开采，同时为断层冲击地压的防治起到了重要作用。

2、本发明中设置了密封组件，可以有效的解决水压被释放的可能性，使其水压力的作用力最大化的用于煤层的压裂。

3、本发明结构简单，操作方便，通过三个钻孔对钻孔位置处的煤层全部完成高应力解除，有利于对断层处的煤层进行安全开采，从而避免的断层处应力集中导致的冲击地压危害。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的密封组件结构放大图。

图3为本发明中金属注水管末端示意图。

图中：1、表土层；2、岩石层；3、煤层；31、断层上盘；32、断层下盘；33、断层面；34、注高压水钻孔；35、装药钻孔；4、高压注水系统；41、水箱；42、金属注水管；43、高压水泵；44、止水阀门；45、密封组件；46、卡扣；47、楔形体；48、注水管加粗段；49、出水孔；50、间隙孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一种断层冲击地压防治系统，包括表土层1、岩石层2、煤层3和高压注水系统4；

所述表土层1位于所述岩石层2的上部，所述岩石层2的中部为煤层3，所述煤层3包括断层上盘31、断层下盘32和断层面33，所述断层上盘31和断层下盘32之间为断层面33，所述断层面33上开设有装药钻孔35，所述断层上盘31和断层下盘32上均开有注高压水钻孔34，所述高压注水系统4通过各所述注高压水钻孔34插入至煤层3中；

所述高压注水系统4包括水箱41、金属注水管42、高压水泵43、止水阀门44和密封组件45，所述金属注水管42一端连接在所述水箱41的出水口上，另一端依次连接有所述高压水泵43、止水阀门44和密封组件45，所述密封组件45固定连接在金属注水管42与所述注高压水钻孔34的侧壁之间，所述密封组件45包括卡扣46和楔形体47，所述卡扣46卡接固定在所述楔形体47上。

本优选实施例中，所述金属注水管42位于所述楔形体47中的一段为注水管加粗段48，使得水压不易泄露。

本优选实施例中，所述金属注水管42末端均匀设置有出水孔49，使得水压作用力均匀用于煤层的压裂。

本优选实施例中，所述卡扣46为一弹性部件，在楔形体向上压缩时，可与孔壁更加贴合，不易释放水压，提高注水效率。

本优选实施例中，所述楔形体47上设置有与金属注水管42配合连接的间隙孔50。

该断层冲击地压防治系统的防治方法，通过应力集中进行应力释放，对释放高应力后的断层处煤层3进行开采，具体包括如下步骤：

第一步，探明煤层3的断层面33以及断层上盘31和断层下盘32的具体位置；

第二步，在地表打钻孔分别到达断层面33和断层面33附近的断层上盘31和断层下盘32；

第三步，在断层面33的装药钻孔35底部装入适量炸药并进行爆破对断层面33处的应力集中进行应力释放；

第四步，所述断层面33的高应力解除后在断层上盘31和断层下盘32的注高压水钻孔34里装入高压金属注水管42进行高压注水，对断层上盘31和断层下盘32的煤层3进行高压水致裂，使应力集中区域的煤层3进一步对其应力进行释放；

第五步，在注水过程中，若金属注水管42中的水进入煤体后使水压不从注高压水钻孔34的侧壁中释放而水向上溢时，密封组件45中的楔形体47会向上进行压缩使得卡扣46与注高压水钻孔34的侧壁更加紧从而使得水压不释放，使水压力全部用于对煤层3的压裂，楔形体47处的金属注水管42进行加粗可以使得水压不泄露；

第六步，在注水过程中，若水从水箱41通过高压水泵43经金属注水管42注入煤层3当中，当水发生泄露时可以通过止水阀进行注水控制；

第七步，当注高压水钻孔34和装药钻孔35对其位置处的煤层3全部完成高应力解除时，便可以对断层面33处的煤层3进行安全开采从而避免的断层处应力集中导致的冲击地压危害。

本发明的工作原理及过程：

首先，使用探测仪探明煤层3的断层面33以及断层上盘31和断层下盘32的具体位置，在地表打钻孔分别到达断层面33和断层面33附近的断层上盘31和断层下盘32，然后在断层面33的装药钻孔35底部装入适量炸药并进行爆破对断层面33处的应力集中进行应力释放，断层面33的高应力解除后在断层上盘31和断层下盘32的注高压水钻孔34里装入高压金属注水管42进行高压注水，通过控制止水阀门44将水从水箱41通过高压水泵43经金属注水管42注入煤层3当中，使应力集中区域的煤层3进一步对其应力进行释放，若金属注水管42中的水进入煤体后使水压不从注高压水钻孔34的侧壁中释放当水向上溢时，密封组件45中的楔形体47会向上进行压缩使得卡扣46与注高压水钻孔34的侧壁更加紧从而使得水压不释放，使水压力全部用于对煤层3的压裂，而楔形体47处的金属注水管42进行加粗可以使得水压不泄露，当注高压水钻孔34和装药钻孔35对其位置处的煤层3全部完成高应力解除时，便可以对断层面33处的煤层3进行安全开采从而避免的断层处应力集中导致的冲击地压危害。

本发明通过在地表向煤层断层面、断层上盘和断层下盘打钻孔对断层面进行装药爆破，对断层上盘和下盘进行高压注水致裂，使断层的应力集中进行应力释放，然后对释放高应力后的断层处煤层进行开采，同时为断层冲击地压的防治起到了重要作用；其中设置的密封组件，可以有效的解决水压被释放的可能性，使其水压力的作用力最大化的用于煤层的压裂；本发明结构简单，操作方便，通过三个钻孔对钻孔位置处的煤层全部完成高应力解除，有利于对断层处的煤层进行安全开采，从而避免的断层处应力集中导致的冲击地压危害，达到防治的效果。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。