[發明專利]高壓脈動注水防治煤巖動力災害的方法及裝備

有效

• 申請號: 200910083416.3
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101539028A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 聶百勝;何學秋
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種煤礦安全生產防治技術，尤其涉及一種高壓脈動注水防 治煤巖動力災害的裝置。

背景技術

在煤礦生產過程中，煤與瓦斯突出、沖擊礦壓等煤巖動力災害的發生， 經常會造成大量人員傷亡，給礦井工作者帶來極大的精神和心理壓力，同 時，也會影響煤礦的經濟效益。近年來，隨著礦井開采深度和強度的增加， 煤巖動力災害逐年增加、愈發嚴重，更成為了當前煤礦需要首先解決的問 題。

在現有礦井防突技術中，許多水力化措施正在得到推廣和應用，其特點 都是用水作為處理煤層瓦斯的手段。水力化措施按性質可分為三大類：第一 類，把水作為濕潤劑，向煤層注水濕潤煤體，改變引起突出的因素，包括煤 層的瓦斯動力學性質及物理力學性質。第二類是把水作為動力，在煤層中形 成人工空腔、槽縫和裂縫，或者擴大已有的裂縫以及促使煤體發生位移，達 到卸壓和排放瓦斯的作用，從而起到防止突出的效果。如水力沖刷、水力割 縫、水力壓裂及水力擠出等。第三類是用水作為部分動力，激發突出潛能的 釋放，如水力沖孔等。而沖擊礦壓的防治手段主要采用卸載鉆孔、預裂卸壓 爆破、誘發爆破和煤層預注水等措施。

上述現有技術雖然在一定程度上解決了部分問題，降低了煤巖動力災害 的發生，但至少存在以下缺點：工藝較復雜、防突和防沖擊效果不理想，如 何進一步改進注水技術，提高防突和防沖擊效果就成為本發明要解決問題。

發明內容

鑒于上述現有技術不足，本發明旨在提供一種工藝簡單、效果明顯的利 用高壓脈動注水防治煤巖動力災害的裝備。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種高壓脈動注水防治煤巖動力災害的裝置，包括高壓供水系統、脈沖 壓力水輸出系統和氣動調頻控制系統，脈沖壓力水輸出系統分別與高壓供水 系統和氣動調頻控制系統連接，脈沖壓力水輸出系統接受氣動調頻控制系統 的控制將高壓供水系統提供的高壓水脈動注入到鉆孔中，通過鉆孔向礦井煤 層中注入脈動高壓水，脈動高壓水是指帶有一定壓力并且壓力周期性變化的 水。氣動調頻控制系統包括氣動調頻回路和與氣動調頻回路配合使用的氣控 閥，氣動調頻回路和氣控閥分別與外接氣源連通，氣動調頻回路負責產生脈 沖控制，氣控閥將外接氣源轉換為脈沖控制信號輸出到脈沖壓力水輸出系 統。

所述氣動調頻回路包括兩個兩位五通閥、兩只控制氣容和一個頻率調節 閥，兩只控制氣容和兩只兩位五通閥構成交變矩形波脈沖回路；頻率調節閥 連接在兩位五通閥的調節回路上，頻率調節閥限制流過調節回路上的氣體流 量。

所述氣動調頻回路還包括兩個調節氣容，調節氣容分別連接在兩位五通 閥與兩個控制氣容之間的回路通道上，兩個調節氣容分別調節兩個控制氣容 的氣體容量。

所述脈沖壓力水輸出系統包括換向閥、出水口、高壓溢流閥、低壓溢流 閥、過濾器和排渣閥，換向閥連接在出水口與高壓供水系統之間的連接管路 上，換向閥接受氣控閥的控制；高壓溢流閥連接在高壓供水系統與換向閥之 間，低壓溢流閥連接在換向閥的水流回路上；過濾器和排渣閥連接在出水口 與換向閥之間。

所述脈沖壓力水輸出系統還至少包括一套與換向閥并聯、并且與換向閥 水流控制方向相反的反向換向閥及出水口，反向換向閥同時接受氣控閥的控 制，反向換向閥連接在高壓溢流閥與換向閥之間的連接管路上，反向換向閥 的水流回路與低壓溢流閥連通。

由上述本發明的技術方案可以看出，本發明的出發點在于：通過對煤層 上的鉆孔注入脈動高壓水，一方面使水滲入到不同的裂隙、孔隙中，增加煤 體的潤濕性，同時，使裂隙不斷貫通、擴大，擴大潤濕半徑，最大范圍地改 變煤層的物理力學性質；另一方面，通過周期性的脈動高壓水作用于煤體， 不同壓力下的水可以對煤體的裂隙孔隙產生“膨脹-收縮-膨脹”的反復作 用，最大限度的使煤體力學性質發生改變，減低或消除煤層突出的危險性。 而脈動高壓水的注入還有利于游離高壓瓦斯的排放，減少煤體中的瓦斯含 量，提高安全生產系數，保證生產安全進行。