本发明专利技术公开了一种地面长钻孔多级水封松动爆破致裂方法，属于地面长钻孔深孔爆破领域。包括设置在煤层中的L型长钻孔、进行水密封并向钻孔注入还原剂和氧化以及点火起爆；利用长钻孔通过不断提高钻孔内氧化剂和还原剂的压力，在长钻孔内实现多级爆破，形成更大的卸压范围，通过爆炸冲击在煤体内部形成损伤并发育出裂隙，通过多次爆破使裂隙不断延伸，从而为煤体内部赋存的瓦斯提供渗流通道，增加煤体透气性，以便于瓦斯抽采；同时，在长钻孔的转弯段中构造水密封段，爆炸过程中既增加了爆破对煤体的冲击效果，又由于存在水密封段吸能的作用，减少了爆破对井筒套管的破坏，保持井筒完好，更有利于后续抽采，明显增强松动爆破的有益效果。益效果。益效果。
【技术实现步骤摘要】
一种地面长钻孔多级水封松动爆破致裂装置及方法
[0001]本专利技术属于地面长钻孔深孔爆破领域，具体涉及一种地面长钻孔多级水封松动爆破致裂装置及方法。
技术介绍
[0002]利用传统方法实施地面长钻孔进行煤层松动爆破因距离远，存在装药送药困难，可控性差的难题，且地面长钻孔深孔松动卸压爆破为单级爆破的方式，使用炸药一般为固体炸药，一次装填完炸药爆炸后，在同一孔内无法进行连续两次或多次爆破；爆炸冲击波对井筒产生一定的破坏作用，这些问题都阻碍了松动爆破在地面长钻孔中的应用。
[0003]现有技术也利用爆炸性气体作为爆炸物质克服了装药难的问题，但是需要在钻孔中的多处位置安装起爆器或者连锁起爆器，才能对钻孔区域内的煤层进行爆破，同时由于起爆器只能使用一次，因此在一个区域内只能进行一次爆破，爆破至裂效果有限。
技术实现思路
[0004]针对上述存在的技术不足，本专利技术提供一种地面长钻孔多级水封松动爆破致裂装置及方法，其应用于煤矿卸压增透，能够实现多级爆破，通过爆炸在煤体内部形成裂隙，使钻孔周围煤体的裂纹更加丰富，裂隙延伸更远，克服了一次爆破效果差的问题，从而为煤体内部赋存的瓦斯提供通道，增加煤体透气性，以便于瓦斯抽采，该方法解决了地面长钻孔松动爆破的难题，显著提高爆破卸压增透效果。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的一种地面长钻孔多级水封松动爆破致裂装置，包括在在岩层向煤层构建的L型长钻孔，L型长钻孔包括穿过岩层直至靠近煤层底板的垂直段、在煤层形成圆弧角度小于90
°
的弧形过渡倾斜转弯段以及指向煤层顶板钻进的水平段，水平段钻进距离不少于50m，并尽可能多的覆盖煤层，通过倾斜转弯段以及水平段的角度配合，在倾斜转弯段以及部分水平段形成用以积存水的水密封段；利用水密封段在爆炸过程中吸收前方传来的爆炸冲击波，减少对L型长钻孔垂直段井筒的破坏；在L型长钻孔中设置有点火抽采管路系统，所述的点火抽采管路系统包括设置在L型长钻孔中直至孔底的火力管，以及端部位于倾斜转弯段的水密封段位置的抽采套管，抽采套管端部设有筛管尾部连接有布置在地表的混合管和抽油机；火力管包括两根分别用以输送氧化剂、还原剂的气管以及电缆，火力管的端部连接有点火头，点火头内设有与两根气管端部连接并将氧化剂和还原剂混合的混合室，混合室处还设有与电缆连接的温度探头和点火针，电缆的另一端连接有设置在地表的点火器，通过点火器控制点火针实现远程点火；火力管外侧均包裹有隔热套管；在地表位于L型长钻孔钻孔口处布置有燃烧气源和抽采泵，其中燃烧气源包括两个分别用于填充氧化剂和还原剂的气瓶，每个气瓶的出口分别通过回火防止器与一根气管的尾端连接，其中连接氧化剂的气管上依次设有第一阀门、流量表、快速接头和第二阀门；连接还原剂的气瓶上依次设有阀门和流量表。
[0006]进一步，燃烧气源和抽采泵之间通过开关切换的三通与两根气管连接；或者燃烧
气源和抽采泵的接口上均设有快拆快装结构，便于与两根气管快拆快装实现切换。
[0007]一种地面长钻孔多级水封松动爆破致裂装置的致裂方法，其步骤如下：S1、从地面开设L型长钻孔的垂直段进入煤层底板，之后构造倾斜转弯段实现转弯后逐步打钻接近顶板形成倾斜向上结构的水平段，在垂直段设置密封段；对火力管进行地面点火测试和气密性测试，确保能顺利点火并且管线无漏气后，将火力管送到L型长钻孔内部，直至端部接近水平段孔底，然后在垂直段安装抽采套管，在抽采套管前端安装筛管，抽采套管放到钻孔倾斜转弯段最低处，此时若L型长钻孔中没有积水，或者积水在L型长钻孔中形成的水密封段小于L型长钻孔直径，则向L型长钻孔中注入水，直至水位深度高于L型长钻孔直径形成水密封段，设置完毕后对抽采套管和火力管处于岩层的部分进行密封，形成密封段；抽采套管上端连接抽油机，并连接混合管，为松动爆破后的排采做准备；S2、关闭两个气瓶上的阀门，向两个气瓶中按照完全燃烧比例分别充入氧化剂和还原剂，充装完毕后，测试系统的气密性；合格后打开两个气瓶管路上的所有阀门，同时打开混合管上的阀门，通过火力管向L型长钻孔中注入氧化剂和还原剂至设定压力（优选地，压力为0.1MPa，后续每次爆破在前一次基础上增加0.5MPa），后关闭两个气瓶管路上和混合管上的所有阀门；S3、启动点火器对L型长钻孔中注入的氧化剂和还原剂进行点火爆破，同时利用温度探头的数据判断点火器是否点火成功，维持点火直至成功爆破，以增加煤层透气性，爆破后对孔底至水密封段的进行爆破，爆破过程中水密封段有效吸收爆破能量，从而保护前方煤体爆破效果不受影响，有效保护了垂直段井筒所受爆炸的冲击；S4、爆破成功后断开快速接头移除原先连接的气瓶更换为抽采泵，对L型长钻孔水平段在煤层内爆炸后产生的气体进行抽采，此时，由水密封段的水密封作用，减少了垂直段和倾斜转弯段内的气体被抽走，能及时有效将水平钻孔前方的爆炸后混合气抽走直至采至气体中瓦斯浓度达到60%以上后停止抽采，完成一次爆破；S5、重复步骤S2至S4，进行多次爆破，直至达到煤层中爆破峰值达到顶底板的抗压强度；S6、爆破完成后，关闭两个气管上的阀门，打开混合管上的阀门，启动抽油机进行煤层气排采。
[0008]进一步，所述水密封段沿着L型长钻孔水平段方向的有效密封，水深高过孔直径，长度超过2米。
[0009]进一步，所述点火器除了通过点火针进行点火外，还通过温度探头持续监测和显示钻孔内的温度。
[0010]进一步，当L型长钻孔内部瓦斯浓度超过50%时，可选择只注入氧化剂，利用瓦斯与氧化剂的反应进行爆破。
[0011]进一步，步骤S2中，进行2次爆破之后，为提高爆破压力效果，在注入氧化剂和还原剂前，关闭混合管上的阀门对井口进行密封，加大注入到L型长钻孔中的压力，使L型长钻孔中有更多的氧化剂还原剂混合物和更高的压力，从而提高了爆破的压力，提升爆破效果。
[0012]本专利技术的有益效果在于：本方法应用于煤矿卸压增透，能够在地面同一个长钻孔内实现多级爆破，直至达到预定的卸压状态，因此卸压效果比传统松动爆破更可靠，形成的有效卸压范围更大；本方法利用气体作为爆炸材料，克服了固体炸药长钻孔送药难的问题，
同时可利用煤层释放的瓦斯参与爆破，减少还原剂的消耗；本方法利用水进行密封，爆炸冲击波从气体中传到水中，吸收了部分能量，水中再传到气体中，最后冲击井筒，能量减弱，对井筒进行保护，减少了爆炸对井筒的破坏，而在煤层中则直接作用于煤体，减弱了对井筒的破坏，却不减少对煤体的损伤，有利于后续的煤层气（瓦斯）开采。通过爆炸在煤体内部形成裂隙，从而为煤体内部赋存的瓦斯提供通道，增加煤体透气性，以便于瓦斯抽采。本专利技术不存在哑炮问题，也不会因此而给现场留下隐患，内部氧化剂、还原剂便于用空气稀释到小于燃烧下限的浓度并及时抽走。整个方案无需井下人工干预，通过地表远程即可完成所有操作和实施，安全可靠，且自动化程度高，具有广泛的实用价值。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地面长钻孔多级水封松动爆破致裂装置，其特征在于：包括在在岩层（20）向煤层（21）构建的L型长钻孔（17），L型长钻孔（17）包括穿过岩层（20）直至靠近煤层（21）底板的垂直段、在煤层（21）形成圆弧角度小于90
°
的弧形过渡倾斜转弯段以及指向煤层（21）顶板钻进的水平段，水平段钻进距离不少于50m，并尽可能多的覆盖煤层（21），通过倾斜转弯段以及水平段的角度配合，在倾斜转弯段以及部分水平段形成用以积存水的水密封段（18）；利用水密封段（18）在爆炸过程中吸收前方传来的爆炸冲击波，减少对L型长钻孔（17）垂直段井筒的破坏；在L型长钻孔（17）中设置有点火抽采管路系统，所述的点火抽采管路系统包括设置在L型长钻孔（17）中直至孔底的火力管（14），以及端部位于倾斜转弯段的水密封段（18）位置的抽采套管（13），抽采套管（13）端部设有筛管（19）尾部连接有布置在地表的混合管（9）和抽油机（10）；火力管（14）包括两根分别用以输送氧化剂、还原剂的气管（3）以及电缆（8），火力管（14）的端部连接有点火头（15），点火头（15）内设有与两根气管（3）端部连接并将氧化剂和还原剂混合的混合室（15
‑
3），混合室（15
‑
3）处还设有与电缆（8）连接的温度探头（15
‑
1）和点火针（15
‑
2），电缆（8）的另一端连接有设置在地表的点火器（7），通过点火器（7）控制点火针（15
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2）实现远程点火；火力管（14）外侧均包裹有隔热套管（16）；在地表位于L型长钻孔（17）钻孔口处布置有燃烧气源和抽采泵（11），其中燃烧气源包括两个分别用于填充氧化剂和还原剂的气瓶（1），每个气瓶（1）的出口分别通过回火防止器（2）与一根气管（3）的尾端连接，其中连接氧化剂的气管（3）上依次设有第一阀门（4）、流量表（5）、快速接头（6）和第二阀门；连接还原剂的气瓶（1）上依次设有阀门和流量表（5）。2.根据权利要求1所述地面长钻孔多级水封松动爆破致裂装置，其特征在于：燃烧气源和抽采泵（11）之间通过开关切换的三通与两根气管（3）连接；或者燃烧气源和抽采泵（11）的接口上均设有快拆快装结构，便于与两根气管（3）快拆快装实现切换。3.一种使用权利要求1所述地面长钻孔多级水封松动爆破致裂装置的致裂方法，其特征在于步骤如下：S1、从地面开设L型长钻孔（17）的垂直段进入煤层（21）底板，之后构造倾斜转弯段实现转弯后逐步打钻接近顶板形成倾斜向上结构的水平段，在垂直段设置密封段（12）；对火力管（14）进行地面点火测试和气密性测试，确保能顺利点火并且管线无漏气后，将火力管（14）送到L型长钻孔（17）内部，直至端部接近水平段孔底，然后在垂直段安装抽采套管（13），在抽采套管（13）前端安装筛管（19），抽采套管（13）放到钻孔倾斜转弯段最低处，此时若L型长钻孔（17）中没有积水，或者积水在L型长...
【专利技术属性】
技术研发人员：林柏泉，徐幼平，翟成，刘厅，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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