采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括送藥單元、爆破單元，所述送藥單元包括轉(zhuǎn)換鉆桿、轉(zhuǎn)換錐頭、炸藥外套管、方扣活接錐頭，所述爆破單元包括炸藥管、導(dǎo)爆線、勾爪節(jié)，所述轉(zhuǎn)換鉆桿的前端通過轉(zhuǎn)換錐頭與炸藥外套管連接，所述炸藥管設(shè)置在炸藥外套管內(nèi)，所述炸藥管的前端設(shè)置勾爪節(jié)，所述炸藥外套管的前端設(shè)置方扣活接錐頭，所述導(dǎo)爆線一端與炸藥管內(nèi)連接；還公開了一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治方法，通過本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)下伏煤層綜采過程中沖擊地壓的預(yù)防，進(jìn)而達(dá)到減少因上覆采空區(qū)殘留煤柱破壞形成的沖擊地壓對下伏煤層綜采造成的經(jīng)濟(jì)損失和避免現(xiàn)場作業(yè)人員受到人身傷害的目的。
【專利說明】
采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于沖擊地壓防治技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于地殼的不斷運(yùn)動(dòng)，很多煤田往往分布著多層煤。為了使得煤層最大化開采或開采條件限制等原因，人們往往選擇通過預(yù)留煤柱的方式先開采上部煤層，后開采下伏煤層。
[0003]當(dāng)下伏煤層綜采工作面推進(jìn)至上覆采空區(qū)下位置時(shí)，綜采工作面頂板垮落導(dǎo)致上覆煤層的預(yù)留煤柱失穩(wěn)破壞，上部地層瞬時(shí)垮落下來，形成沖擊地壓，沖擊地壓與下伏煤層頂板作用力疊加在一起作用于下伏煤層綜采工作面上，將造成工作面嚴(yán)重破壞、設(shè)備損壞，甚至人員傷亡，上覆煤層內(nèi)預(yù)留(殘留)煤柱的突然破壞將成為下伏煤層綜合機(jī)械化采煤過程的極大威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)及其方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明實(shí)施例提供一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括送藥單元、爆破單元，所述送藥單元包括轉(zhuǎn)換鉆桿、轉(zhuǎn)換錐頭、炸藥外套管、方扣活接錐頭，所述爆破單元包括炸藥管、導(dǎo)爆線、勾爪節(jié)，所述轉(zhuǎn)換鉆桿的前端通過轉(zhuǎn)換錐頭與炸藥外套管連接，所述炸藥管設(shè)置在炸藥外套管內(nèi)，所述炸藥管的前端設(shè)置勾爪節(jié)，所述炸藥外套管的前端設(shè)置方扣活接錐頭，所述導(dǎo)爆線一端與炸藥管內(nèi)連接。
[0006]上述方案中，所述轉(zhuǎn)換鉆桿的后端與鉆桿連接，所述導(dǎo)爆線的另一端延伸到鉆桿內(nèi)。
[0007]上述方案中，所述勾爪節(jié)由實(shí)心的UPVC和4個(gè)可彈出的勾爪組成。
[0008]上述方案中，所述炸藥外套管內(nèi)壁沿軸向均勻設(shè)置若干個(gè)用于安裝O型圈的圓環(huán)形凹槽。
[0009]上述方案中，所述炸藥管的后端與炸藥外套管之間設(shè)置有密封圈。
[0010]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治方法，該方法為:在下伏煤層開采前，在下伏綜采面巷道或鉆場，先將上覆采空區(qū)間的預(yù)留完整煤柱爆破預(yù)裂，使下伏煤層綜采面推采接近上覆煤層采空區(qū)時(shí)，上覆煤層采空區(qū)頂板完成連續(xù)垮落，并形成穩(wěn)定連續(xù)的坍塌堆積體，而后與下伏煤層綜采面頂板協(xié)調(diào)變形;通過上覆采空區(qū)范圍和煤柱高度、寬度確定煤柱爆破影響范圍和碎裂體支撐強(qiáng)度;通過采空區(qū)底板和下部煤層頂板確定的地層厚度、炸藥爆炸影響范圍、煤柱的寬度和高度，確定井下上仰深孔的傾角、方位角與深度，以及炸藥量;通過鉆機(jī)按照確定好的打鉆傾角、方位角和深度，向煤柱的方向進(jìn)行打鉆，待打鉆位置到達(dá)設(shè)定待爆破煤柱位置后，拔出鉆桿;將送藥單元與鉆桿相連，通過鉆機(jī)將送藥單元送到待爆破煤柱位置，向鉆桿內(nèi)高壓注水，通過水壓使爆破單元沖開炸藥外套管頂端的方扣活接錐頭，待爆破單元沖開炸藥外套管束縛后，炸藥管頂端的勾爪張開，與鉆孔內(nèi)壁緊密抓合在一起;提鉆，回收鉆桿與轉(zhuǎn)換鉆桿、轉(zhuǎn)換錐頭和炸藥外套管;接通導(dǎo)爆線，引爆炸藥，使下層采煤工作面尚未到達(dá)采空區(qū)坍塌位置時(shí)內(nèi)部應(yīng)力得到釋放，防止下伏煤層綜采時(shí)沖擊地壓危險(xiǎn)的發(fā)生。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)下伏煤層綜采過程中沖擊地壓的預(yù)防，進(jìn)而達(dá)到減少因上覆采空區(qū)殘留煤柱破壞形成的沖擊地壓對下伏煤層綜采造成的經(jīng)濟(jì)損失和避免現(xiàn)場作業(yè)人員受到人身傷害的目的。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)的爆破單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述的采空區(qū)下伏煤層綜采現(xiàn)狀示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述的采空區(qū)下伏煤層綜采沖擊地壓形成過程示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例提供一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)，如圖1、2所示，該系統(tǒng)包括送藥單元、爆破單元，所述送藥單元包括轉(zhuǎn)換鉆桿13、轉(zhuǎn)換錐頭14、炸藥外套管17、方扣活接錐頭22，所述爆破單元包括炸藥管18、導(dǎo)爆線15、勾爪節(jié)20，所述轉(zhuǎn)換鉆桿13的前端通過轉(zhuǎn)換錐頭14與炸藥外套管17連接，所述炸藥管18設(shè)置在炸藥外套管17內(nèi)，所述炸藥管18的前端設(shè)置勾爪節(jié)20，所述勾爪節(jié)20為炸藥管18前端的堵頭，所述勾爪節(jié)20與炸藥管18通過螺紋連接，所述炸藥外套管17的前端設(shè)置方扣活接錐頭22，所述導(dǎo)爆線15—端與炸藥管18內(nèi)連接。
[0015]所述轉(zhuǎn)換鉆桿13的后端與鉆桿11連接，所述導(dǎo)爆線15的另一端延伸到鉆桿11內(nèi)。
[0016]所述勾爪節(jié)20由實(shí)心的UPVC和4個(gè)可彈出的勾爪21組成，所述可彈出的勾爪21材料為銅，將其內(nèi)嵌在UPVC勾爪節(jié)20上，下部設(shè)有對穿銅彈簧或螺旋銅彈簧，使其在沒有炸藥外套管17的束縛時(shí)自動(dòng)張開，確保炸藥管18與鉆孔內(nèi)壁12倒勾式相連，保證被送達(dá)到指定爆破位置；。
[0017]為避免通過鉆機(jī)10送炸藥過程中，爆破單元在炸藥外套管17中來回撞擊，所述炸藥外套管17內(nèi)壁沿軸向均勻設(shè)置若干個(gè)用于安裝O型圈19的圓環(huán)形凹槽。
[0018]所述炸藥管18的后端與炸藥外套管17之間設(shè)置有密封圈16。
[0019]所述轉(zhuǎn)換鉆桿13為中空結(jié)構(gòu)，外徑為63.5mm，內(nèi)徑為33.5mm，轉(zhuǎn)換鉆桿13材質(zhì)為銅；
爆破所用炸藥放置在炸藥管18中，所述炸藥管18內(nèi)徑60mm，外徑63_，炸藥管18材質(zhì)為UPVC，設(shè)置每節(jié)管1.5m，管通過螺紋連接；
所述轉(zhuǎn)換鉆桿13之間通過錐形螺紋連接，轉(zhuǎn)換鉆桿13與炸藥外套管17通過轉(zhuǎn)換錐頭14連接，轉(zhuǎn)換鉆桿13的數(shù)量根據(jù)相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)，鉆桿11的數(shù)量根據(jù)鉆孔12的長度和鉆換鉆桿13的數(shù)量確定；
所述送藥單元最前端的炸藥外套管17由帶有方扣活接錐頭22密封，方扣活接錐頭22作為整個(gè)送藥單元的最前端可極大的降低送炸藥過程的阻力，防治了巖肩和水進(jìn)入炸藥外套管17的空腔內(nèi)與爆破單元接觸；
所述炸藥管18內(nèi)部所裝的炸藥為水膠炸藥，炸藥安裝量根據(jù)設(shè)計(jì)爆破的范圍而定；
炸藥安裝完畢后，所述炸藥管18用UPVC堵頭進(jìn)行封堵，UPVC堵頭中心軸位置留有供導(dǎo)爆線15穿過的孔道，UPVC堵頭與炸藥管18通過螺紋連接；
煤系地層中一般縱向分布著多層煤層，上部煤層已經(jīng)被開采，煤柱尚未破壞，存留下來很多采空區(qū)3和完整煤柱2，下伏近距煤層綜采時(shí)，如圖3所示，由于完整煤柱2的存在致使上部地層6尚未發(fā)生垮塌，地表I尚未發(fā)生變形。下伏待開采煤層4通過綜采方式進(jìn)行開采，采礦過程中工作面回采采用液壓支架5對頂部地層6進(jìn)行支撐，此時(shí)的液壓支架5可承受上部地層6所帶來的所有靜壓力，礦井工人8可根據(jù)具體施工情況將液壓支架5移動(dòng)到所需位置。
[0020]當(dāng)下伏煤層綜采工作面推采至上覆采空區(qū)下方時(shí)，綜采工作面頂板垮落，可能引起上覆煤層采空區(qū)預(yù)留煤柱2的突然垮塌，采空區(qū)頂板大面積失穩(wěn)，對綜采工作面形成沖擊地壓，可能造成沖擊地壓與上覆巖層的自身重力將疊加在一起共同作用于下伏煤層綜采工作面上，造成地表I下沉，工作面嚴(yán)重破壞、設(shè)備(液壓支柱5等)損壞，甚至人員8傷亡(圖4)，上部煤層內(nèi)預(yù)留煤柱2破壞將成為下部煤層綜合機(jī)械化采煤過程的極大威脅。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治方法，如圖3-5所示，該方法為:在下伏煤層開采前，在下伏煤層綜采面巷道或鉆場，先將上覆采空區(qū)間的預(yù)留完整煤柱2爆破預(yù)裂，使下伏煤層綜采面推采接近上覆煤層采空區(qū)時(shí)，上覆煤層采空區(qū)頂板完成連續(xù)垮落，并形成穩(wěn)定連續(xù)的坍塌堆積體9，而后與下伏煤層綜采面頂板協(xié)調(diào)變形，從而避免了沖擊地壓的產(chǎn)生;通過上覆采空區(qū)范圍和煤柱高度、寬度確定煤柱爆破影響范圍和碎裂體支撐強(qiáng)度;通過采空區(qū)底板和下部煤層頂板確定的地層厚度、炸藥爆炸影響范圍、煤柱的寬度和高度，確定井下上仰深孔的傾角、方位角與深度，以及炸藥量;通過鉆機(jī)10按照確定好的打鉆傾角、方位角和深度，向煤柱2的方向進(jìn)行打鉆，待打鉆位置到達(dá)設(shè)定待爆破煤柱位置后，拔出鉆桿11;將送藥單元與鉆桿11相連，通過鉆機(jī)10將送藥單元送到待爆破煤柱位置，向鉆桿11內(nèi)高壓注水，通過水壓使爆破單元沖開炸藥外套管17頂端的方扣活接錐頭22，待爆破單元沖開炸藥外套管17束縛后，炸藥管18頂端的勾爪21張開，與鉆孔內(nèi)壁12緊密抓合在一起;提鉆，回收鉆桿11與轉(zhuǎn)換鉆桿13、轉(zhuǎn)換錐頭14和炸藥外套管17;接通導(dǎo)爆線15，引爆炸藥，使下層采煤工作面尚未到達(dá)采空區(qū)坍塌位置時(shí)內(nèi)部應(yīng)力得到釋放，防止下伏煤層綜采時(shí)沖擊地壓危險(xiǎn)的發(fā)生。
[0022]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括送藥單元、爆破單元，所述送藥單元包括轉(zhuǎn)換鉆桿、轉(zhuǎn)換錐頭、炸藥外套管、方扣活接錐頭，所述爆破單元包括炸藥管、導(dǎo)爆線、勾爪節(jié)，所述轉(zhuǎn)換鉆桿的前端通過轉(zhuǎn)換錐頭與炸藥外套管連接，所述炸藥管設(shè)置在炸藥外套管內(nèi)，所述炸藥管的前端設(shè)置勾爪節(jié)，所述炸藥外套管的前端設(shè)置方扣活接錐頭，所述導(dǎo)爆線一端與炸藥管內(nèi)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)換鉆桿的后端與鉆桿連接，所述導(dǎo)爆線的另一端延伸到鉆桿內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)，其特征在于:所述勾爪節(jié)由實(shí)心的UPVC和4個(gè)可彈出的勾爪組成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)，其特征在于:所述炸藥外套管內(nèi)壁沿軸向均勻設(shè)置若干個(gè)用于安裝O型圈的圓環(huán)形凹槽。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治系統(tǒng)，其特征在于:所述炸藥管的后端與炸藥外套管之間設(shè)置有密封圈。6.—種采空區(qū)下伏煤層的綜采沖擊地壓防治方法，其特征在于，該方法為:在下伏煤層開采前，在下伏綜采面巷道或鉆場，先將上覆采空區(qū)間的預(yù)留完整煤柱爆破預(yù)裂，使下伏煤層綜采面推采接近上覆煤層采空區(qū)時(shí)，上覆煤層采空區(qū)頂板完成連續(xù)垮落，并形成穩(wěn)定連續(xù)的坍塌堆積體，而后與下伏煤層綜采面頂板協(xié)調(diào)變形;通過上覆采空區(qū)范圍和煤柱高度、寬度確定煤柱爆破影響范圍和碎裂體支撐強(qiáng)度;通過采空區(qū)底板和下部煤層頂板確定的地層厚度、炸藥爆炸影響范圍、煤柱的寬度和高度，確定井下上仰深孔的傾角、方位角與深度，以及炸藥量;通過鉆機(jī)按照確定好的打鉆傾角、方位角和深度，向煤柱的方向進(jìn)行打鉆，待打鉆位置到達(dá)設(shè)定待爆破煤柱位置后，拔出鉆桿;將送藥單元與鉆桿相連，通過鉆機(jī)將送藥單元送到待爆破煤柱位置，向鉆桿內(nèi)高壓注水，通過水壓使爆破單元沖開炸藥外套管頂端的方扣活接錐頭，待爆破單元沖開炸藥外套管束縛后，炸藥管頂端的勾爪張開，與鉆孔內(nèi)壁緊密抓合在一起;提鉆，回收鉆桿與轉(zhuǎn)換鉆桿、轉(zhuǎn)換錐頭和炸藥外套管;接通導(dǎo)爆線，引爆炸藥，使下層采煤工作面尚未到達(dá)采空區(qū)坍塌位置時(shí)內(nèi)部應(yīng)力得到釋放，防止下伏煤層綜采時(shí)沖擊地壓危險(xiǎn)的發(fā)生。
【文檔編號(hào)】E21C41/18GK106050237SQ201610664842
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月12日 公開號(hào)201610664842.6, CN 106050237 A, CN 106050237A, CN 201610664842, CN-A-106050237, CN106050237 A, CN106050237A, CN201610664842, CN201610664842.6
【發(fā)明人】李建文, 徐拴海, 邵紅旗, 王曉東, 曹祖寶, 趙冬, 王新鋒, 袁克闊, 朱世彬
【申請人】中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司