一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管制备与使用方法与流程

本发明涉及煤矿，尤其是涉及一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管制备与使用方法。

背景技术：

1、坚硬难冒顶板的煤层采用长壁工作面开采时，采空区易形成大面积悬顶，悬顶在超过极限面积后，大面积的顶板在极短时间内冒落，会严重影响工作面的安全生产。防治顶板大面积来压和冒落的基本原则是，采取有力措施不使采空区悬顶过大。其主要方法是提前要对巷道顶板、工作面顶板或顶煤进行预裂，预裂时施工顶板钻孔然后使用爆破、破碎剂、水力或机械方式将顶板或顶煤预裂。由于静态破碎剂使用安全、方便、无有害气体、无振动且作用力持续时间长，是一种较为理想的顶板预裂方法。在钻孔有限空间及围岩制约等因素影响下，静态破碎剂依靠自身长时间的稳定反应，通过膨胀应力持续弱化顶板岩层，使得岩层内部产生张拉破坏并诱发内部裂纹的产生与扩展，直至贯通形成宏观裂隙，达到弱化致裂煤层顶板的目的。

2、针对于生产能力大、工作面推进速度快、自动化程度高的煤矿，利用注浆泵灌注粉状破碎剂致裂顶板施工工序较复杂，影响施工进度，且需要额外工作人员施工的问题；

3、目前井下使用的致裂顶板方法主要有4种，一是采用二氧化碳致裂技术利用二氧化碳受热后由液态转为气态，产生体积膨胀的原理使顶板开裂，但是该技术仅适用于较完整的顶板，应用范围相对较小，存在着二氧化碳的储存、运输与应用过于不便的问题，且二氧化碳含量超标会造成一定危险，影响煤矿井下安全生产。

4、二是水力压裂技术为向钻孔内注入高压水分段压裂顶板岩石并破坏其完整性，应用广泛，但需要较大设备、人为管控压裂效果较差、施工效率低、破岩效率一般、影响正常生产等问题。

5、三是预裂爆破技术为通过在工作面顺槽预先对顶板进行深孔爆破形成裂缝，随工作面回采顶板自行垮落，是目前应用范围最广、效果最好的顶板致裂技术，但存在着成本较高、有明火、造成大量粉尘、破坏面积较大、易造成工程地质灾害、危险性较高、能量利用率较低、炸药材料保存与运输安全和炸药材料管控严格、影响正常生产等问题。

6、四是利用注浆泵向钻孔内注入静态破碎剂浆液，利用膨胀压力致裂顶板岩石，随工作面回采，巷道顶煤出现冒落，且冒落范围逐渐扩大，自由面不断增加，顶板发生坍塌。但是对于生产能力大的矿山，利用注浆泵灌注膨胀剂浆料施工工序较复杂，影响施工进度，难以在现场推广使用。

7、为此，提出一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管制备与使用方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管制备与使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管的使用方法，在采煤工作面两端头顶板致裂工程中，对于具体工程，根据条件布置钻孔，计算好钻孔间排距l、r，成组向钻孔内安装自膨胀管，包括如下步骤：

3、s1-1、使用时把静态破碎剂压实放入药卷中，在ⅰ型药卷的两端装好a型端头，在ⅱ型药卷的两端装好b型端头，交替放入孔内；

4、s1-2、对接时仅需轻轻用力便可以将a型端头和b型端头对接，且ⅱ型药卷的中空钢管刚好卡入ⅰ型药卷和a型端头之间预留的缝隙中；

5、s1-3、钻孔施工结束后即可将准备好的药卷提前送入钻孔，将注水设备插入钻孔中，之后将钻孔完成封孔工艺；

6、s1-4、等到工作面推进距钻孔近距离时，根据现场条件，可在超前支架与端头支架之间的位置进行注水，当孔内注满水后中空钢管开始回水，此时停止注水，等待药卷吸水反应致裂。

7、一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管制备装置，包括首尾连接的膨胀药卷和用于膨胀药卷注水的注水设备。

8、优选地，所述膨胀药卷包括结构相同的ⅰ型药卷和ⅱ型药卷，所述ⅰ型药卷和ⅱ型药卷的相邻端分螺纹连接有a型端头与b型端头，且a型端头与b型端头的相邻端吻合。

9、优选地，所述ⅰ型药卷包括中空钢管，所述中空钢管的外部固定有静态破碎剂，且静态破碎剂的外部固定有pe外壳，所述中空钢管的一端裸露，且中空钢管裸露端套接有垫片和螺母。

10、优选地，所述ⅰ型药卷和ⅱ型药卷中的中空钢管直径相同，中空钢管与孔口塞中的回水管连接。

11、优选地，所述a型端头远离ⅰ型药卷的一端边缘呈倒角结构设计，所述b型端头的内部与a型端头吻合。

12、优选地，所述注水设备包括孔口塞，所述孔口塞位于开设的钻孔开口端，所述孔口塞内贯穿设置有回收管与注水管，其中回水管位于注水管的一侧。

13、优选地，所述注水管与外界注水设备通过管道连接。

14、优选地，位于钻孔内的回收管长度小于注水管，且回收管延伸至孔口塞上端10cm。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、装置结构简单、通过ⅰ型药卷和ⅱ型药卷组合使用。

17、2、装置组装容易、使用时只需将ab型药卷交替装入钻孔内部即可。

18、3、装置制作成本低、制作材料易得，静态破碎剂和自膨胀管价格低廉。

19、4、装置运输方便、自膨胀管体积小可由煤矿工人单人搬运。

20、5、装置安全性高、静态破碎剂装在自膨胀管中，避免工人接触破碎剂，提高了施工安全性。

21、6、效率提高、此装置通过自膨胀管预先装入膨胀药卷，简化施工步骤，节省了施工的时间。

22、7、节约成本、可根据煤层岩性分布、现场施工及生产进度等条件可动态改变自膨胀药卷的用量。

技术特征：

1.一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管的使用方法，在采煤工作面两端头顶板致裂工程中，对于具体工程，根据条件布置钻孔(11)，计算好钻孔(11)间排距l、r，成组向钻孔(11)内安装自膨胀管，其特征在于：

2.一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管，其特征在于：包括首尾连接的膨胀药卷和用于膨胀药卷注水的注水设备。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管，其特征在于：所述膨胀药卷包括结构相同的ⅰ型药卷(1)和ⅱ型药卷(2)，所述ⅰ型药卷(1)和ⅱ型药卷(2)的相邻端分螺纹连接有a型端头(6)与b型端头(7)，且a型端头(6)与b型端头(7)的相邻端吻合。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管，其特征在于：所述ⅰ型药卷(1)包括中空钢管(8)，所述中空钢管(8)的外部固定有静态破碎剂(9)，且静态破碎剂(9)的外部固定有pe外壳(3)，所述中空钢管(8)的一端裸露，且中空钢管(8)裸露端套接有垫片(4)和螺母(5)。

5.根据权利要求4所述的一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管，其特征在于：所述ⅰ型药卷(1)和ⅱ型药卷(2)中的中空钢管(8)直径不同，ⅰ型药卷(1)内的中空钢管(8)外径25mm，ⅱ型药卷(2)中的中空钢管(8)外径29mm。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管，其特征在于：所述a型端头(6)远离ⅰ型药卷(1)的一端边缘呈倒角结构设计，所述b型端头(7)的内部与a型端头(6)吻合。

7.根据权利要求6所述的一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管，其特征在于：所述注水设备包括孔口塞(10)，所述孔口塞(10)位于开设的钻孔(11)开口端，所述孔口塞(10)内贯穿设置有回收管(12)与注水管(13)，其中回水管位于注水管(13)的一侧。

8.根据权利要求7所述的一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管，其特征在于：所述注水管(13)与外界注水设备通过管道连接。

9.根据权利要求8所述的一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管，其特征在于：位于钻孔(11)内的回收管(12)长度小于注水管(13)，且回收管(12)延伸至孔口塞(10)上端10cm。

技术总结
本发明涉及煤矿技术领域，具体为一种煤矿用钻孔串联式自膨胀管的使用方法，用于采煤工作面顶板致裂工程，对于具体工程，根据条件布置钻孔，计算好钻孔间排距L、R，成组向钻孔内安装自膨胀管，包括如下步骤：S1‑1、使用时把静态破碎剂压实放入药卷中，在Ⅰ型药卷的两端装好A型端头，在Ⅱ型药卷的两端装好B型端头，交替放入孔内；S1‑2、对接时仅需轻轻用力便可以将A型端头和B型端头对接，且Ⅱ型药卷的中空钢管刚好卡入Ⅰ型药卷和A型端头之间预留的缝隙中；S1‑3、钻孔施工结束后即可将准备好的药卷提前送入钻孔，装置安全性高、静态破碎剂装在自膨胀管中，避免工人接触破碎剂，提高了施工安全性。

技术研发人员：郭奋超,郑旭鹤,邸春雷,刘长月,袁瑞甫,李辉,邓俊豪
受保护的技术使用者：陕煤集团神木红柳林矿业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15