一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备及系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备及系统，包括：导管(20)、药包(52)和导线(51)；其中，药包(52)的内部已安装有起爆装置；导管(20)的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(52)；并且，引导孔与其中的药包位于导管同一部位；各个药包(52)的起爆装置通过导线(51)串联后，将导线(51)引出到导管口的外部。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。
【专利说明】一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备及系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种防治煤与瓦斯突出的设备，具体涉及一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备及系统。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]现有技术中，在满足一定条件下，通常选择比较安全的矿层或矿体首先进行开采，形成采空区和自然冒落拱后发生卸荷作用，防止或缓解冲击地压以及冒顶和瓦斯突出。如果条件合适，具备解放层的情况下，开采解放层是防治冲击地压、冒顶和瓦斯突出的最有效措施。
[0004]由于煤层群中某一层被开采，可提供坚硬岩体弹性能释放的有利条件，对解放瓦斯突出煤层和冲击地压煤层，该种方法均为有效方法。开采解放层以后，应及时利用解放层的解放效应及时开采危险层，不能时隔太久。
[0005]解放层是指煤层群中没有瓦斯突出危险或者危险较小的煤层，现有技术中，使用综合采煤机或者炮采，该种方法存在的主要问题为:施工不方便、形成的煤体裂隙方向不可控，以及裂隙产生的深度有限，因此，具有爆破质量有限的问题。
实用新型内容
[0006]针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备及系统，用以解决上述问题。
[0007]本实用新型采用的技术方案如下:
[0008]本实用新型提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备，包括:导管(20)、药包(52)和导线(51);其中，所述药包(52)的内部已安装有起爆装置；
[0009]所述导管(20)的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所述药包
(52);并且，引导孔与其中的药包位于导管同一部位；各个所述药包(52)的起爆装置通过所述导线(51)串联后，将所述导线(51)引出到导管口的外部。
[0010]优选的，所述导管(20)为钢塑管或者塑料管。
[0011]优选的，沿所述导管(20)的轴向方向，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I引导孔、第2引导孔、第3引导孔和第4引导孔；并且，第I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。
[0012]优选的，所述导管(20)的长度为10-20米，在所述导管(20)的底部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；
[0013]在每一组平行的引导孔集的导管内壁位置，均固定一个所述药包(52)。
[0014]优选的，设钻孔直径为，所述导管(20)的管径为ds，则满足以下关系式:
[0015]d钻-d管彡2O毫米。
[0016]优选的，还包括:水炮泥；
[0017]所述水炮泥堵塞在所述导管(20)的导管口位置。
[0018]优选的，所述水炮泥堵塞所述导管(20)顶端开口处的长度为100厘米。
[0019]优选的，所述起爆装置为通过电起爆方式起爆的毫秒瞬发电雷管。
[0020]本实用新型还提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的系统，包括发爆器、上述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备；所述发爆器与引出到导管口外部的导线(51)电连接。
[0021]本实用新型还提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的系统，包括抽气设备(9)、上述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备；所述抽气设备(9)与所述导管(20)的顶端开口通过管路连通。
[0022]本实用新型提供的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备及系统，具有以下优点:
[0023](I)具有经济成本低和施工方便的优点；
[0024](2)通过在导管开设弓丨导孔，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；
[0025](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；
[0026](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；
[0027](5)具有适用范围广的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为煤体周围顺槽和钻孔布置图；
[0029]图2为导管结构示意图；
[0030]图3为图2中C区域的局部放大图；
[0031]图4为图1沿A-A的截面图；
[0032]图5为固定药包后导管的结构示意图；
[0033]图6为抽取瓦斯系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图对本实用新型进行详细说明:
[0035]本实用新型提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备，可减少瓦斯突出危险，从而提高作业人员安全性。具体的，包括:导管20、药包52和导线51 ;其中，所述药包52的内部已安装有起爆装置；
[0036]所述导管20的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所述药包52;并且，引导孔与其中的药包位于导管同一部位；各个所述药包52的起爆装置通过所述导线51串联后，将所述导线51引出到导管口的外部。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]药包和药量等参数，按照实际具体情况确定。
[0040]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I引导孔、第2引导孔、第3引导孔和第4引导孔；并且，第I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。
[0041]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。
[0042]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。
[0043]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I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。
[0044]需要强调的是，本实用新型图2、图3和图4中所标注数字的单位均为毫米。
[0045]设钻孔直径为，导管的管径为d胃，则满足以下关系式:
[0046]d钻-d管彡20毫米。
[0047]导管的顶端开口处用水炮泥堵塞的长度为100厘米。
[0048]本实用新型还提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的系统，包括发爆器、上述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备；所述发爆器与引出到导管口外部的导线51电连接。
[0049]本实用新型还提供一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的系统，包括抽气设备9、上述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备；所述抽气设备9与所述导管20的顶端开口通过管路连通。
[0050]下面介绍一种本实用新型提供的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备及系统的具体应用场景，但需要强调的，以下应用场景仅为一个具体示例，本领域技术人员可以理解，本实用新型提供的设备及系统还可以应用于其他具体场景，本实用新型对此并不限制:
[0051]SI，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；
[0052]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。
[0053]S2，在所述特定区域煤体内钻孔；
[0054]例如，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。
[0055]如图1所示，为煤体周围顺槽和钻孔布置图；其中，1-第I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。可见，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。
[0056]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；
[0057]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；
[0058]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；
[0059]上述两种方式注水时，注水不需要额外加压，普通灌注即可。
[0060]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。
[0061]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；
[0062]其中，药包可采用以下两种方式引爆:
[0063](I)第一种
[0064]各起爆装置通电，各个药包同时爆炸。
[0065](2)第二种
[0066]每一个起爆装置内还嵌入已设定延时时间的延时装置；
[0067]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。
[0068]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。
[0069]综上所述，本实用新型提供的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备及系统，具有以下优点:
[0070](I)具有经济成本低和施工方便的优点；
[0071 ] (2)通过在导管开设弓丨导孔，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；
[0072](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；
[0073](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；
[0074](5)具有适用范围广的优点。
[0075]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备，其特征在于，包括:导管(20)、药包(52)和导线(51);其中，所述药包(52)的内部已安装有起爆装置； 所述导管(20)的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所述药包(52)；并且，引导孔与其中的药包位于导管同一部位；各个所述药包(52)的起爆装置通过所述导线(51)串联后，将所述导线(51)引出到导管口的外部。
2.根据权利要求1所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备，其特征在于，所述导管(20)为钢塑管或者塑料管。
3.根据权利要求1所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备，其特征在于，沿所述导管(20)的轴向方向，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I引导孔、第2引导孔、第3引导孔和第4引导孔；并且，第I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。
4.根据权利要求3所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备，其特征在于，所述导管(20)的长度为10-20米，在所述导管(20)的底部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，均固定一个所述药包(52)。
5.根据权利要求4所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备，其特征在于，设钻孔直径为，所述导管(20)的管径为d胃，则满足以下关系式: d钻-d管彡20毫米。
6.根据权利要求1所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备，其特征在于，还包括:水炮泥； 所述水炮泥堵塞在所述导管(20)的导管口位置。
7.根据权利要求6所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备，其特征在于，所述水炮泥堵塞所述导管(20)顶端开口处的长度为100厘米。
8.根据权利要求1所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备，其特征在于，所述起爆装置为通过电起爆方式起爆的毫秒瞬发电雷管。
9.一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的系统，其特征在于，包括发爆器、权利要求1-8任一项所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备；所述发爆器与引出到导管口外部的导线(51)电连接。
10.一种利用爆破防治煤与瓦斯突出的系统，其特征在于，包括抽气设备(9)、权利要求1-8任一项所述的利用爆破防治煤与瓦斯突出的设备；所述抽气设备(9)与所述导管(20)的顶端开口通过管路连通。
【文档编号】E21F7/00GK203939520SQ201420385687
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】逄焕东, 杨永杰, 马德鹏, 高文乐, 孙文进 申请人:山东科技大学, 杨永杰, 马德鹏