1.一种基于煤岩钻孔平面交联孔网结构的充水承压爆破卸压和支护补强方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
1)针对特定的煤岩赋存条件,明确卸压空间范围,设计平面交联钻孔参数,确定孔深、孔间距、倾/仰角度以及卸压孔径参数;
2)卸压钻孔参数确定后,采用大功率钻机进行顺序打孔作业;打钻过程中,严格控制钻机打钻精度,使得成型后的孔网结构相互交联,处于同一平面范围内;
3)平面孔网结构形成后,对同一排向的爆破孔预先清扫,清除孔内残余煤岩粉,然后在爆破孔内定量装药,并同步安装注水管和排气管;采用导爆索引爆孔内炸药,将导爆索联同注水管和排气管沿孔壁排列引出孔外;
4)在爆破区和非爆区交界位置对应钻孔内预先装设凸角伞扣,防止爆破区钻孔注浆封孔作业过程中封孔段浆液向非爆区交联孔网扩散;采用柔塑性快速注浆封孔装置,多孔同步对爆破区煤岩同一排向的封孔段进行快速注浆封孔作业,封孔装置装设深度一致;
5)封孔段浆液凝固后,开始多孔同步注水、排气作业;当排气管内有水流持续流出时,关闭排气管截止阀,注水管继续注水增压,同时绑定导爆索和雷管、并进行炮线连线作业,待人员撤到安全地点后,引爆雷管和孔内炸药;
6)孔内炸药引爆后,在煤岩体内形成了“交联孔网注浆封孔补强支护圈-交联孔网爆破卸压圈-原岩应力圈”;为避免围岩近区煤岩体的失稳对生产造成影响,还需人工增设或优化爆破后的围岩锚/网/棚支护结构,形成小范围的锚/网/棚加强支护圈,提高围岩稳定性。
2.根据权利要求1所述的基于煤岩钻孔平面交联孔网结构的充水承压爆破卸压和支护补强方法,其特征在于:所述步骤1)中爆破卸压钻孔参数设置,所选定的钻孔孔径为60~
100mm,交联钻孔封孔长度为钻孔总长度的40%~60%。
3.根据权利要求1所述的基于煤岩钻孔平面交联孔网结构的充水承压爆破卸压和支护补强方法,其特征在于:所述步骤3)中钻孔装药与管线布置工序,对于上仰倾向的煤岩钻孔,爆破孔内的注水管装设深度超过封孔段0.1~0.3m,而排气管则需装设至孔底位置;对于下俯倾向的钻孔,需将注水管装设至孔底,而将排气管超过钻孔封孔段0.1~0.3m。
4.根据权利要求1所述的基于煤岩钻孔平面交联孔网结构的充水承压爆破卸压和支护补强方法,其特征在于:所述步骤4)中所述柔塑性快速封孔装置,包括用于钻孔封孔段的伞扣型封堵装置、注浆管和双锥形管接头装置;
所述伞扣型封堵装置包括凸角伞扣和平滑伞扣,凸角伞扣的刚性倒爪上预先弯设凸角,凸角伞扣底座为圆柱形金属底座,其直径小于注浆管内径,底座边缘预先打磨成光滑倒角;平滑伞扣则为带有普通刚性倒爪的环形扣,环形扣内径大于注浆管外径,其外径小于钻孔直径,凸角伞扣和平滑伞扣倒爪间通过柔塑性片状延展材料连接成伞状;
所述注浆管为开缝柔塑性注浆管;
所述双锥形管接头装置包括锥形管阳接头和锥形管阴接头,其中锥形管阴接头外设螺套,螺套与锥形管阴接头连接处有密封垫片;锥形管阳接头端部带有单向阀和外螺纹装置,锥形管阳接头尾部焊接快接阴接头,快接阴接头通过快接阳接头与注浆软管连接;
一种采用上述装置的柔塑性快速注浆封孔方法,包括以下步骤:
1)首先,根据煤岩钻孔用途,在钻孔封孔段以外的孔底空间预先布置管线或装药,并将管线沿孔壁围岩引出;
2)根据钻孔口径、封孔段长度要求,选择、截割相应类型、长度和口径的柔塑性注浆管,所选注浆管口径为钻孔口径的40%~60%,并根据注浆管进出流量大小,设计注浆管开缝条数、开缝长度和宽度,在注浆管的两端并不开缝;
3)开缝注浆管加工成型后,将凸角伞扣内置于注浆管的前端,伞扣凸角设置要保证刚性倒爪的尖端不要碰触注浆管内壁,防止后期注浆过程中伞扣难以自动推出;视注浆管与钻孔口径匹配关系,设计凸角伞扣刚性倒爪长度,保证倒爪自行推出、撑开后,与孔壁间具有足够的防滑阻力;
4)凸角伞扣安设完毕后,将注浆管塞入孔内直至预定封孔长度位置,然后在其尾部分别套进平滑伞扣和带有螺套的锥形管阴接头,并将平滑伞扣推入孔口0.2~0.5m距离;
5)将带有单向阀和外螺纹结构的锥形管阳接头楔入柔塑性注浆管尾部,与锥形管阴接头连接,旋紧螺套直至满足注浆管密封要求;锥形管阳接头尾部焊接快接阴接头,与带有快接阳接头的孔外注浆软管连接后,开始注浆封孔作业;
6)开启注浆泵开始注浆封孔,待注浆管内压力达到一定值后,注浆管前端内置的凸角伞扣自动推出,倒爪撑开,实现封孔段底部的自动封堵,随后继续注浆封孔,直至预定注浆压力,完成钻孔的带压封孔作业;
7)注浆封孔完毕后,拔下带有快接阳接头的孔外注浆软管,孔内浆液压力自动封存,待孔内浆液凝固后,拆卸双锥形管接头装置,循环再使用。
5.根据权利要求1所述的基于煤岩钻孔平面交联孔网结构的充水承压爆破卸压和支护补强方法,其特征在于:所述步骤5)中孔内注水、排气和装药引爆工序,针对煤岩体单位截面孔网密度较大或破损程度较高的条件,煤岩孔内水体滤失量相对较大,应选择较大孔径的注水管开展多孔同步注水作业,必要时在非爆破排向孔内也要预先装设大孔径注水管进行同步注水,保证煤岩注水总量高于孔内水体的滤失量;反之,应减小注水管线的孔径和注水管条数。