[發明專利]一種等離子體上行致裂殘采區遺留煤柱的方法和裝置

有效

• 申請號: 201910512068.0
• 申請日: 2019-06-13
• 公開（公告）號: CN110388206B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 宋誠;毋皓田;白錦文;張純旺;馮國瑞;李化運;李松玉;冉洪宇;康立勛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21C37/18;E21C37/12
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種等離子體上行致裂殘采區遺留煤柱的方法和裝置，屬于煤礦開采技術領域。采用等離子體裝置從下伏煤層對殘采區遺留煤柱實現上行致裂，充分利用離子間的強烈運動瞬間產生高溫、高壓的特性，形成沖擊波使煤柱產生裂隙并擴展,降低煤柱的完整性，以達到強度弱化、應力釋放、減緩礦壓顯現的目的，從而實現煤礦綠色開采，安全生產。

技術領域

本發明涉及一種等離子體上行致裂殘采區遺留煤柱的方法和裝置，屬于煤礦開采技術領域。

背景技術

新中國成立初期我國的采煤工藝相對落后，為保證圍巖的穩定性、保障工作面的安全生產，會留設部分煤柱支撐上覆巖層；在現代高度機械化的開采過程中，受構造及其它開采條件的限制，部分煤柱的留設不可避免；采用柱式體系采煤法時，部分煤柱會留下不采。這就導致在煤層開采完畢后，殘采區會有大量的遺留煤柱。

當我國煤礦使用下行開采方法時，下伏煤層會受到殘采區遺留煤柱集中應力的影響，從而造成工作面礦壓顯現強烈，工作面片幫嚴重，采空區頂板垮落劇烈并伴有巨響，工作面支架壓力增加明顯，支架壓死、巷道單體支柱破壞也時有發生，甚至人員傷亡，嚴重危害礦井安全生產，可見下伏煤層工作面開采過程中受殘采區遺留煤柱的影響十分嚴重。

當前對于受殘采區遺留煤柱影響的下伏煤層工作面強礦壓的控制方法有：（1）調整下伏煤層工作面的開采方向、布置方位，從而避開殘采區遺留煤柱的集中應力影響區，但并未從根本上解決問題；（2）加強下伏煤層工作面的支護，但當工作面礦壓顯現強烈時，通過單純加強支護的技術措施就很難保證安全生產，且支護成本高；（3）在受殘采區遺留煤柱影響的下伏煤層工作面，也留設更大的煤柱，但造成了煤炭資源的極大浪費；（4）在殘采區遺留煤柱中或其頂底板進行爆破，但施工工程量大，可控性差,尤其對于高瓦斯礦井容易引發瓦斯爆炸,存在安全隱患；（5）采用水壓致裂殘采區遺留煤柱，但消耗了大量的水資源,且致裂過程中高壓壓裂液中的化學試劑容易污染井下環境。因此,需要尋找一種效率高、易控制、效果好的致裂殘采區遺留煤柱的系統及方法來保障下伏煤層工作面的安全生產。

等離子態是一種區別于固態、液態和氣態的聚集態，當某些液體受外界能量激發生成液相等離子體，利用離子間強烈運動瞬間產生高溫、高壓的特性，形成沖擊波使巖體產生裂隙并擴展。目前它已被廣泛應用于油氣鉆井、開采，金屬的切割，定向破碎巖塊。然而,等離子體致裂技術在煤炭開采技術領域(尤其在上行等離子體致裂殘采區遺留煤柱方面)的應用卻很少。

發明內容

本發明旨在提供一種等離子體上行致裂殘采區遺留煤柱的方法和裝置，不僅效率高、易控制、效果好、靈活性強、無塵、無噪，可以避免現有方法的劣勢和不足，而且充分利用離子間的強烈運動瞬間產生高溫、高壓的特性，形成沖擊波使煤柱產生裂隙并擴展, 降低煤柱的完整性，以達到強度弱化、應力釋放、減緩礦壓顯現的目的，從而實現煤礦綠色開采，安全生產。

本發明提供了一種等離子體上行致裂殘采區遺留煤柱的方法，包括以下步驟：

步驟一：用高壓電纜將等離子體脈沖控制器、等離子體發生器、電極穩固裝置、液相放電等離子體電極連接；同時用信號傳輸線將等離子體脈沖控制器、數據采集儀、信號放大器、檢波探頭連接；再用兩用水管將儲水罐、高壓泵、冷卻器、等離子體發生器連接形成完整回路，通過等離子體發生器冷卻控制閥控制開關；最后用兩用水管將高壓泵、壓力表、高壓水噴頭連接，通過高壓水噴頭控制閥控制開關；并與井下供電系統相連接；

步驟二：確定下伏煤層工作面與殘采區遺留煤柱的位置關系，在殘采區遺留煤柱斜下方的應力降低區，距工作面端頭一定距離處的運輸順槽和回風順槽的頂板巖層中分別向殘采區遺留煤柱打孔間距d為6～10米的鉆孔，等離子體致裂鉆孔和檢波鉆孔分別到殘采區遺留煤柱的中央位置停止打鉆；

步驟三：將兩用水管、高壓水噴頭，液相放電等離子體電極、電極穩固裝置、高壓電纜穿過鉆孔封隔器，并布置在第二步鉆取的等離子體致裂鉆孔的內部，使鉆孔封隔器膨脹封孔，同時將信號傳輸線、檢波探頭布置在第二步鉆取的檢波鉆孔的頂部；