一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法技术

本发明专利技术涉及一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，以解决目前使用炸药来预裂岩石存在危险性高、环保性差的问题。该矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，包括以下步骤；S1，设定岩巷内岩石的钻孔位置及数量，在岩石上打出钻孔，所述钻孔沿巷内岩石的两侧和顶部设置，钻孔的轴线与岩巷的延伸方向平行；S2，在每一个钻孔安装孔口装置，然后在钻孔内注满水；S3，将能量转换器与脉冲功率驱动源连接；将能量转换器放置在所述钻孔中；S4，启动脉冲功率驱动源向能量转换器放电，能量转换器产生的冲击波将岩石致裂；所述冲击波的强度为280‑299MPa；多个钻孔实施冲击波作业后产生的裂缝形成裂缝带，即完成岩巷内岩石的预裂。

【技术实现步骤摘要】
一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法
本专利技术属于矿山工程
，具体涉及一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法。
技术介绍
矿产资源是工业化的物质基础。我国一次消费能源主要依靠煤炭供给，且长期占比达到60％以上，是我国工业化发展的主要支柱。我国煤炭生产中，每年要在地下掘进约1万2千公里的巷道，其中9千公里为煤巷道，3千公里为岩石巷道(岩巷)。岩石巷道的掘进目前主要采用炸药爆破的方式，但该方式工程量大，导致掘进速度慢、成本高，而且还存在一定的安全隐患。炸药等火工品在岩巷掘进中有较大的技术优势，但炸药所产生的冲击波可控性差，且存在危险性高、环保性差的问题，因此，炸药等火工品的使用受到的管制越来越严格，导致矿产资源开采的效率下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，以解决目前使用炸药来预裂岩石存在危险性高、环保性差的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，包括以下步骤；S1，设定岩巷内岩石的钻孔位置及数量，在岩石上打出钻孔，所述钻孔沿巷内岩石的两侧和顶部设置，钻孔的轴线与岩巷的延伸方向平行；S2，在每一个钻孔安装孔口装置，然后在钻孔内注满水；S3，将能量转换器与脉冲功率驱动源连接；将能量转换器放置在所述钻孔中；S4，启动脉冲功率驱动源向能量转换器放电，能量转换器产生的冲击波将岩石致裂；所述冲击波的强度为280-299MPa；多个钻孔实施冲击波作业后产生的裂缝形成裂缝带，即完成岩巷内岩石的预裂。优选的，步骤S4还包括以下操作，采用内窥镜观察该次致裂后岩石中钻孔内壁产生的裂缝大小，其宽度若没有达到设定的裂缝宽度时，向所述钻孔注满水，并启动脉冲功率驱动源再次放电，直至岩石裂缝达到设定的宽度，所述设定的裂缝宽度大于10nm。优选的，所述钻孔内设有一个或一个以上的作业段，相邻两个作业段的距离为5-10m，所述能量转换器从钻孔最深处向外依次对所述作业段实施冲击波作业，能量转换器的冲击波输出窗口对准所述作业段的中点。优选的，所述能量转换器包括地电极、高压电极、绝缘支撑、外壳和电缆接口，所述外壳为圆筒状结构，其内部中空，高压电极通过绝缘支撑固定在外壳前端，电缆接口端部的电缆线穿过所述外壳后端、绝缘支撑与高压电极后端连接，地电极通过两个冲击波定向反射弧板与外壳前端连接，且地电极与高压电极前端相对设置，两个冲击波定向反射弧板对称设置在外壳的前端，且两个冲击波定向反射弧板相对的一侧均为圆弧面；两个冲击波定向反射弧板与地电极、外壳围合成的开口为冲击波输出窗口。优选的，能量转换器对多个钻孔的相同作业段实施冲击波的方向位于同一平面。优选的，所述地电极与高压电极通过金属丝连接，能量转换器放电后，在地电极一侧重新补充一根金属丝。优选的，所述孔口装置包括卡接在钻孔孔口的胀套，胀套上端的环形固定板下表面与钻孔边缘接触，胀套内套设有管状的锥套，锥套下端的锥状口卡接在胀套下端周向设置的膨胀片内，膨胀片向外凸出并与钻孔孔壁紧密接触，所述膨胀片与胀套下端为弹性连接；锥套上端左右两侧设有连接板，连接板上设有螺杆，螺杆穿过连接板上的螺纹孔后与抵接板活动连接，抵接板下端与所述环形固定板上表面接触，锥套内设有单向阀，锥套上端设有与所述能量转换器适配的连接部，连接部上设有密封圈。优选的，所述脉冲功率驱动源电储能大于100kJ。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术提供的矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，通过钻孔，经多次数的低强度冲击波对岩石进行预裂，利用疲劳效应原理致裂岩石，更加安全、环保，克服了通过炸药爆炸来产生冲击波使岩石预裂存在危险性大、环保性差的问题。2.当金属丝将地电极与高压电极连接后进行冲击波作业时，能够提高能量转换器的转换效率，进而提升了致裂岩石的效果。3.本专利技术的方法采用电液效应产生冲击波，只要对脉冲功率驱动源补充电能就可连续工作，因此提高了矿产资源开采的效率。4.冲击波定向输出可将钻孔连线区域的岩石充分致裂，从而形成了破裂带，使得该破裂带的岩石能够易于掘进，同时避免了冲击波未定向输出而导致其余区域的岩石被致裂的问题。5.通过设置钻孔的位置及数量，也即通过设置钻孔的密度可控制岩石的致裂精度；通过设置冲击波强度和作用次数可控制岩石的预裂程度。6.本专利技术提供的矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，提高了煤炭资源开采的环保性和安全性。附图说明图1是本专利技术矿井岩巷掘进工作面岩石预裂的示意图；图2为图1的A-A视图；图3为能量转换器的结构示意图；图4为图3中冲击波定向反射弧板的剖视图；图5为孔口装置的结构示意图；图6为图5的剖视图。附图标记如下：1-地电极，2-金属丝，3-高压电极，4-绝缘支撑，5-外壳，6-电缆接口，7-岩巷，8-岩石，9-钻孔，10-孔口装置，11-能量转换器，13-冲击波定向反射弧板，20-胀套，21-环形固定板，22-锥套，23-膨胀片，24-连接板，25-螺杆，26-抵接板，27-单向阀，28-密封圈。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的内容作进一步详细描述：一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，包括能量转换器11和孔口装置12。如图3、图4所示，能量转换器11包括地电极1、金属丝2、高压电极3、绝缘支撑4、外壳5、电缆接口6和冲击波定向反射弧板13。外壳5为圆筒状结构，其内部中空，高压电极3通过绝缘支撑4固定在外壳5端部，电缆接口6端部的电缆线穿过外壳5本体、绝缘支撑4后与高压电极3后端连接，地电极1通过两个冲击波定向反射弧板13与外壳5前端连接，且地电极1与高压电极3前端相对设置，两个冲击波定向反射弧板13对称设置在外壳5的前端，且两个冲击波定向反射弧板13相对的一侧为圆弧面；两个冲击波定向反射弧板13与地电极1、外壳5围合成的开口为冲击波输出窗口。地电极1与高压电极3通过金属丝2连接。金属丝2可选择性使用，当金属丝2将地电极1与高压电极3连接后进行冲击波作业时，能够提高能量转换器11的转换效率，进而提升了致裂岩石8的效果。如图5、图6所示，孔口装置12包括卡接在钻孔9孔口的胀套20，胀套20上端的环形固定板21下表面与钻孔9边缘接触，胀套20内套设有管状的锥套22，锥套22下端的锥状口卡接在胀套20下端周向设置的膨胀片23内，膨胀片23向外凸出并与钻孔9孔壁紧密接触，进而将孔口装置12与钻孔9固定，膨胀片23与胀套20下端为弹性连接，弹性连接便于膨胀片23自动恢复至原来的位置，使得膨胀片23能够再次向外凸出将孔口装置12固定。锥套22上端左右两侧设有连接板24，连接板24上设有螺杆25，螺杆25穿过连接板24上的螺纹孔后与抵接板26活动连接，抵接板26下端与环形固定板21上表面接触，旋转螺杆25使其向下移动时可将锥套22上移，进而可将锥套22下端的锥状口卡接在胀套20下端，从而实现膨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，其特征在于：包括以下步骤；/nS1，设定岩巷(7)内岩石(8)的钻孔(9)位置及数量，在岩石(8)上打出钻孔(9)，所述钻孔(9)沿巷内岩石(8)的两侧和顶部设置，钻孔(9)的轴线与岩巷(7)的延伸方向平行；/nS2，在每一个钻孔(9)安装孔口装置(10)，然后在钻孔(9)内注满水；/nS3，将能量转换器(11)与脉冲功率驱动源连接；将能量转换器(11)放置在所述钻孔(9)中；/nS4，启动脉冲功率驱动源向能量转换器(11)放电，能量转换器(11)产生的冲击波将岩石(8)致裂；所述冲击波的强度为280-299MPa；多个钻孔(9)实施冲击波作业后产生的裂缝形成裂缝带，即完成岩巷(7)内岩石(8)的预裂。/n

【技术特征摘要】
1.一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，其特征在于：包括以下步骤；
S1，设定岩巷(7)内岩石(8)的钻孔(9)位置及数量，在岩石(8)上打出钻孔(9)，所述钻孔(9)沿巷内岩石(8)的两侧和顶部设置，钻孔(9)的轴线与岩巷(7)的延伸方向平行；
S2，在每一个钻孔(9)安装孔口装置(10)，然后在钻孔(9)内注满水；
S3，将能量转换器(11)与脉冲功率驱动源连接；将能量转换器(11)放置在所述钻孔(9)中；
S4，启动脉冲功率驱动源向能量转换器(11)放电，能量转换器(11)产生的冲击波将岩石(8)致裂；所述冲击波的强度为280-299MPa；多个钻孔(9)实施冲击波作业后产生的裂缝形成裂缝带，即完成岩巷(7)内岩石(8)的预裂。


2.根据权利要求1所述的一种矿井巷道上方弱保护层的形成方法，其特征在于：步骤S4还包括以下操作，采用内窥镜观察该次致裂后岩石(8)中钻孔(9)内壁产生的裂缝大小，其宽度若没有达到设定的裂缝宽度时，向所述钻孔(9)注满水，并启动脉冲功率驱动源再次放电，直至岩石(8)裂缝达到设定的宽度，所述设定的裂缝宽度大于10nm。


3.根据权利要求2所述的一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，其特征在于：所述钻孔(9)内设有一个或一个以上的作业段，相邻两个作业段的距离为5-10m，所述能量转换器(11)从钻孔(9)最深处向外依次对所述作业段实施冲击波作业，能量转换器(11)的冲击波输出窗口对准所述作业段的中点。


4.根据权利要求1所述的一种矿井岩巷掘进工作面岩石预裂方法，其特征在于：所述能量转换器(11)包括地电极(1)、高压电极(3)、绝缘支撑(4)、外壳(5)和电缆接口(6)，所述外壳(5)为圆筒状结构，其内部中空，高压电极(3)通过绝缘支撑(4)固定在外壳(5)前端，电缆接口(6)端部的电缆线穿过所述外壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘美娟，张硕，张永民，汤俊萍，
申请(专利权)人：西安闪光能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61