[發(fā)明專利]一種超聲波激勵放頂或放煤裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710436729.7
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107013212B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王旭鋒;文杰;李曉輝;王選琳;李鵬;曹文豪;秦冬冬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21C37/20
• 分類號: E21C37/20;E21C41/18
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本發(fā)明公開了一種超聲波激勵放頂或放煤裝置及方法，屬于能源工程領(lǐng)域。用鉆機(jī)在工作面前方頂板或頂煤內(nèi)間隔施工超前鉆孔，將超聲激勵裝置放入上述鉆孔中并固定，對鉆孔進(jìn)行超聲激勵致裂，使頂板和頂煤產(chǎn)生裂縫,破壞煤巖體的整體性、降低其強(qiáng)度，以減小頂板來壓的步距及強(qiáng)度，防止突然大面積來壓,保障安全；同時使頂煤得到有效預(yù)裂，放煤順利，頂煤回收率高。該方法為堅硬頂板或頂煤開采提供了一種新型技術(shù)手段，其方法簡單,施工方便,安全可靠,效果好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用超聲波激勵致裂進(jìn)行放頂或放煤的裝置及方法,尤其是一種適用于硬度大、強(qiáng)度高、完整性好的頂板或頂煤的致裂。

背景技術(shù)

我國許多礦區(qū)(如榆林神東礦區(qū)、大同礦區(qū)等)煤層之上直接賦存或在厚度較薄的直接頂上賦存有強(qiáng)度高、厚度大、整體性強(qiáng)、節(jié)理裂隙不發(fā)育的堅硬頂板。堅硬厚層頂板在工作面采空區(qū)后方大面積懸頂往往會給采場造成高應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)采空區(qū)上方懸頂面積達(dá)到一定后,積聚在頂板煤或巖體內(nèi)的高應(yīng)力突然釋放,伴隨的動力效應(yīng)嚴(yán)重威脅著安全開采。輕者造成開采設(shè)備的毀壞,重者造成人員傷亡。

目前常用的強(qiáng)制放頂方式為爆破放頂和注入高壓水放頂,爆破放頂施工方式涉及炸藥問題,在放頂過程中對施工人員和通風(fēng)要求高；尤其是在高瓦斯礦井，其適用性受到限制；注入高壓水放頂施工過程需要考慮水的供給以及鉆孔封孔問題,施工步驟復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處,提供一種簡單、安全可靠的超聲波激勵放頂或放煤裝置及方法。

技術(shù)方案:本發(fā)明的超聲波激勵放頂或放煤裝置,包括置入淺孔與深孔內(nèi)的超聲致裂裝置，導(dǎo)線和超聲波驅(qū)動電源。導(dǎo)線的一端與超聲致裂裝置相連，另一端與超聲波驅(qū)動電源相連。超聲致裂裝置由換能器與致裂控制裝置組成。所述的致裂控制裝置包括V形彈簧片、鋼管、鐵絲和套環(huán)。

所述的V形彈簧片與換能器焊接用來固定超聲致裂裝置。

所述的V形彈簧片上設(shè)有小孔，中部焊接一根鋼管，從V形彈簧片上的小孔里引出鐵絲與鋼管上的套環(huán)相連，套環(huán)下方引出一根鐵絲，類似于一種傘狀結(jié)構(gòu)。回收超聲致裂裝置時，用鉆桿頂住鋼管，拉緊鐵絲使V形彈簧片向內(nèi)收縮，脫離孔壁。

使用上述裝置的超聲波激勵放頂或放煤方法，包括如下步驟：

a.在回采巷道內(nèi)向頂板和頂煤間隔施工超前鉆孔至設(shè)定深度,包括淺孔與深孔兩種類型,淺孔布置在頂煤中,深孔布置在頂板中。

b.對鉆孔進(jìn)行超聲激勵預(yù)裂:首先用導(dǎo)線連接超聲致裂裝置,將超聲致裂裝置用鉆桿送至淺孔或深孔內(nèi)設(shè)定位置。然后用導(dǎo)線連接超聲致裂裝置與超聲波驅(qū)動電源,所述超聲波驅(qū)動電源放置在回采巷道內(nèi)。開啟超聲波驅(qū)動電源,對淺孔或深孔進(jìn)行超聲激勵預(yù)裂，完成一個鉆孔的預(yù)裂后，關(guān)閉超聲波驅(qū)動電源。

c.用鉆桿頂住鋼管，拉住鐵絲，使V形彈簧片向內(nèi)收縮脫離孔壁,取出超聲致裂裝置,重復(fù)步驟b,對下一個淺孔或深孔進(jìn)行致裂,直至完成所有鉆孔的致裂。

所述在頂煤施工的淺孔與在頂板施工的深孔分別與頂煤和頂板所呈的角度為15°～45°，施工過程中可根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

所述淺孔或深孔的深度為采高的3～5倍,在實際運用過程中，可根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；所述淺孔或深孔的間距為5～10m，具體參數(shù)根據(jù)工作面的長度可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整；所述淺孔或深孔的排距根據(jù)頂板的垮落步距確定，為垮落步距的1/5～1/3，可根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

所述淺孔或深孔在空間位置上相互錯開布置或平行布置，保證有足夠的預(yù)裂范圍即可。