一种小煤柱定向水力切割泄压方法技术

本发明专利技术属于煤矿开采技术领域，具体为一种小煤柱定向水力切割泄压方法，解决了背景技术中的技术问题，其包括在巷道小煤柱侧布置切顶钻孔；采用磨料水力切割装置对钻孔进行射流切割，切割过程中，保持双向喷头的喷射角度不变，使钻孔间的水力切缝位于同一平面内；对钻孔的孔口进行封孔，在钻孔中灌注膨胀剂。通过静态膨胀剂实现辅助切顶，膨胀剂进入裂缝中后，经过水化反应，使晶体变形，随着时间的增加而产生巨大的膨胀压力给孔壁加压，因此裂隙可继续向外扩展，使两孔之间裂隙贯穿，达到切断巷道顶板与实体煤侧顶板之间的联系的目的；超前切割顶板释放应力及阻断上覆压力传递，为后期小煤柱巷道的掘进创造应力环境；治理了悬板不易控制的问题。控制的问题。控制的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种小煤柱定向水力切割泄压方法


[0001]本专利技术属于煤矿开采
，具体为一种小煤柱定向水力切割泄压方法。

技术介绍

[0002]某煤矿中，待开采巷道设计宽5m，高3.5 m，设计全长2698m；巷道为煤巷，留煤顶、沿底板掘进，掘进范围内煤层倾角1
‑3°
。工作面巷道的两侧分别设置有进风巷和回风巷。待掘进巷道与相邻回采工作面之间的面间煤柱为小煤柱。切顶卸压沿空掘巷即在工作面前方回采巷道实体煤侧布置切顶钻孔，对工作面顶板进行超前预裂切缝，使顶板沿预定方向产生切缝，切断巷道顶板与实体煤侧顶板之间的联系；随着工作面的不断推进，采空区顶板沿切缝垮落，使侧向支承压力峰值降低并向深部转移，同时应力降低区范围增加，待采空区运动稳定后沿采空区边缘在实体煤侧留小煤柱掘进下一工作面区段巷道，实现沿空掘巷，整个过程即为切顶卸压沿空掘巷。但是目前的水压致裂的压裂方向难以控制，裂缝走向比较随机，因此，相邻钻孔间切缝不能完全连通，导致整体水力切顶效果不佳，需要进行补充钻孔、切缝等返工工作，延缓整体施工进度。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在目前水压致裂的压裂方向难以控制，导致钻孔间整体切顶效果不佳的技术问题，提供了一种小煤柱定向水力切割泄压方法。
[0004]本专利技术解决其技术问题采用的技术手段是：一种小煤柱定向水力切割泄压方法，包括以下步骤：步骤一、钻孔：在巷道小煤柱侧布置切顶钻孔（8），所有钻孔（8）位于同一条直线上，钻孔（8）距离小煤柱侧帮的间距为300~500mm且相邻钻孔（8）间距1000~1200mm，钻孔（8）位于与工作面巷道顶板（7）垂直的平面内，钻孔（8）的倾角与工作面推进方向之间的夹角为70
°
~80
°
，钻孔（8）的深度为21000~24000mm；步骤二、水力切割：采用磨料水力切割装置对钻孔进行射流切割，磨料水力切割装置包括依次相连的砂浆搅拌桶、低压砂浆管路、高压砂浆泵、高压砂浆管路、喷头移动管路和双向喷头，双向喷头包括喷头基体，喷头基体上设置有两个位置相对且朝外喷射的喷嘴；将双向喷头固定至推杆钻机的钻杆上，启动砂浆搅拌桶和高压砂浆泵后，利用推杆钻机使双向喷头沿着钻孔的轴线上下移动通过磨料水射流进行水力切割，切割完成后，关闭高压砂浆泵和砂浆搅拌桶，进行下一个钻孔的切割，切割过程中，保持双向喷头的喷射角度不变，使钻孔间的水力切缝位于同一平面内；步骤三、灌注膨胀剂：对钻孔的孔口进行封孔，在封孔段中插入进浆管和排气管，进浆管的内端位于封孔段的顶部，排气管的内端位于孔底处，进浆管连接有注浆泵，膨胀剂加水搅拌后通过注浆泵沿进浆管注入钻孔中，直至排气管处返浆，关闭注浆泵，截断进浆管和排气管后并密封。
[0005]优选的，步骤二中，磨料水力切割装置还包括高压管缠绕滚筒，高压砂浆管路绕至
高压管缠绕滚筒上。
[0006]优选的，步骤二中，喷嘴为钨钢喷嘴，钨钢喷嘴通过固定螺丝连接至双向喷头上。
[0007]优选的，步骤二中，双向喷头的移动速度为10~30mm/s，单孔切割时间为40~60min。
[0008]优选的，钻孔靠近孔口3m长的孔段为煤顶段，剩余部分为切缝段，煤顶段不进行切割，切缝段靠近孔口处设有封孔段，封孔段的长度为500mm。
[0009]优选的，步骤二中，推杆钻机设置为六棱钻杆。
[0010]本专利技术的有益效果是：步骤一先在超前工作面一定范围内的巷道内，采用水力切顶技术，在巷道小煤柱侧布置切顶钻孔，然后对钻孔进行磨料水力切割，使得钻孔中的切缝位于同一平面内，实现定向切割裂缝，再通过静态膨胀剂实现辅助切顶，膨胀剂进入裂缝中后，经过水化反应，使晶体变形，随着时间的增加而产生巨大的膨胀压力给孔壁加压，膨胀剂的膨胀压力在50～70MPa之间，远大于岩层的抗拉能力2~5MPa，因此裂隙可继续向外扩展。膨胀剂的体积膨胀率在30%以上，可使裂隙继续向两侧扩展500～800mm，从而使两孔之间裂隙贯穿，达到切断巷道顶板与实体煤侧顶板之间的联系的目的；超前切割顶板释放应力及阻断上覆压力传递，为后期小煤柱巷道的掘进创造低应力环境；为增加切顶深度、提高切顶效果、甚至于增加钻孔间距，减少切顶工程量，使用静态膨胀剂辅助钻孔膨胀，增加裂隙深度；通过切顶有效改善了本工作面的压力分布，有效的缓解了周期较长、超前支撑应力集中等问题；可靠的治理了悬板不易控制的问题，大大减少了安全隐患。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本专利技术
技术介绍
中回采工作面和将要开掘的5208巷示意图。
[0013]图2为本专利技术所述超前预裂切缝相对于巷道的剖视图。
[0014]图3为本专利技术所述钻孔相对于巷道顶板的结构示意图。
[0015]图4为本专利技术所述钻孔相对于工作面推进方向的示意图。
[0016]图5为本专利技术所述磨料水力切割装置的结构示意图。
[0017]图6为图5中A
‑
A剖视图。
[0018]图7为本专利技术所述双向喷头的结构示意图。
[0019]图8为本专利技术步骤三中排气管、进浆管的配合示意图。
[0020]图中：1、砂浆搅拌桶；2、低压砂浆管路；3、高压砂浆泵；4、高压砂浆管路；5、高压管缠绕滚筒；6、喷头移动管路；7、巷道顶板；8、钻孔；9、双向喷头；10、磨料水射流；11、切缝；12、喷头基体；13、导向头；14、固定螺丝；15、钨钢喷嘴；16排气管；17、进浆管。
具体实施方式
[0021]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0023]本专利技术提供了某实施例，其中，待掘进的相邻巷道为5208巷；5208巷为煤巷，留煤顶、沿底板掘进，掘进范围内煤层倾角1
‑3°
。5208巷与相邻回采工巷道8210的工作面之间的面间煤柱为5m宽的小煤柱，相邻回采工作面8210两侧分别设置有进风巷和回风巷。针对这种小煤柱，本实施例提供一种小煤柱定向水力切割泄压方法，如图1至图8所示，包括以下步骤：步骤一、钻孔：如图1、图2、图3和图4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小煤柱定向水力切割泄压方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、钻孔：在巷道小煤柱侧布置切顶钻孔（8），所有钻孔（8）位于同一条直线上，钻孔（8）距离小煤柱侧帮的间距为300~500mm且相邻钻孔（8）间距1000~1200mm，钻孔（8）位于与工作面巷道顶板（7）垂直的平面内，钻孔（8）的倾角与工作面推进方向之间的夹角为70
°
~80
°
，钻孔（8）的深度为21000~24000mm；步骤二、水力切割：采用磨料水力切割装置对钻孔（8）进行射流切割，磨料水力切割装置包括依次相连的砂浆搅拌桶（1）、低压砂浆管路（2）、高压砂浆泵（3）、高压砂浆管路（4）、喷头移动管路（6）和双向喷头（9），双向喷头（9）包括喷头基体（12），喷头基体（12）上设置有两个位置相对且朝外喷射的喷嘴；将双向喷头（9）固定至推杆钻机的钻杆上，启动砂浆搅拌桶（1）和高压砂浆泵（3）后，利用推杆钻机使双向喷头（9）沿着钻孔（8）的轴线上下移动通过磨料水射流（10）进行水力切割，切割完成后，关闭高压砂浆泵（3）和砂浆搅拌桶（1），进行下一个钻孔（8）的切割，切割过程中，保持双向喷头（9）的喷射角度不变，使钻孔（8）间的切缝（11）位于同一平面内；步骤三、灌注膨胀剂：对钻孔（...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永文，张强，谢吉鹏，
申请(专利权)人：晋能控股煤业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：