《一種區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法》是中國礦業大學於2009年9月5日申請的發明專利，該專利的申請號為2009101827523，公布號為CN101666241，公布日為2010年3月10日，發明人是林柏泉、楊威、郝志勇、翟成。
《一種區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法》先從煤層的頂板巷道或底板巷道向防突區域的煤層內先施工一個爆破孔和四個控制孔，通過對爆破孔實施爆破並注水確定爆破孔、控制孔和注水孔相互間的間距；按設定的間距在防突區域內交替施工多個爆破孔、多個控制孔和多個注水孔，對爆破孔實施爆破後，向該注水孔內注入壓力水，當水壓達到一定壓力時，保持該壓力一段時間，當水壓隨裂隙擴大降低時，再次增高注水壓力，如此循環多次，直到注水壓力完全穩定後停止注水，在該區域內實施瓦期抽放。可控制水力壓裂方向，避免無序壓裂，消除了單純水力壓裂技術所造成的應力集中，可使煤岩體實現整體卸壓，最終消除突出危險性。
2014年11月6日，《一種區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法
- 公布號：CN101666241
- 公布日：2010年3月10日
- 申請號：2009101827523
- 申請日：2009年9月5日
- 申請人：中國礦業大學
- 地址：江蘇省徐州市南三環路中國礦業大學科技處
- 發明人：林柏泉、楊威、郝志勇、翟成
- 分類號：E21F7/0（2006.01）I
- 代理機構：南京經緯專利商標代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：唐惠芬
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
高瓦斯低透氣性煤層由於瓦斯不易抽放，在開採過程中將伴隨大量瓦斯湧出，並且常發生煤與瓦斯突出事故，隨著煤炭生產的高效集約化和開採深度的增加，該問題也越來越嚴重，制約煤炭的安全生產。2009年9月前的技術主要圍繞對煤岩體卸壓增透開展，但是傳統的技術存在的最大問題是卸壓區域小，並且在卸壓的同時往往伴隨應力集中的產生。採用的低透氣性突出煤層卸壓防突措施主要有深孔鬆動爆破、深孔控制爆破和水射流等，這些方法均存在鑽孔有效影響範圍小、工作量大、抽放效率低和防突時間長等問題。控制爆破技術雖然能從一定程度上對煤岩體卸壓並排放瓦斯，但是由於爆破後從爆破孔到控制孔之間的裂隙發育不太明顯，並且在很短暫的時間內將會閉合，在鬆軟煤層中則更為嚴重，影響控制爆破技術的使用。水力壓裂技術相對來說能夠實現大範圍內卸壓，但是在卸壓的同時卻也產生高應力集中，集中應力能達到原始應力的3～4倍左右，給煤礦的安全生產造成新的障礙。此外，水力壓裂技術壓裂方向沒有得到控制，為無序壓裂，常造成卸壓區被多次壓裂，而應力集中區域應力集中程度更大，在採用水力壓裂之後相繼發生了多起突出事故，這也證明了這一點，因此水力壓裂技術在工程使用過程中存在很大的安全隱患，限制了該技術的使用。
發明內容
專利目的
《一種區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法》的目的是針對2009年9月前已有技術存在的問題，提供一種方法簡單，卸壓範圍大，能有效消除低透氣性煤層突出危險生的區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法。
技術方案
該發明的區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法：
a、從煤層的頂板巷道或底板巷道向防突區域的煤層內先施工一個爆破孔，然後在距離該爆破孔中心位置約5米、10米、15米或20米施工四個控制孔；
b、按常規方法對該爆破孔實施爆破；
c、向該爆破孔內注水，按常規方法實施水力壓裂，根據四個控制孔內有無滲水情況設定爆破孔、控制孔和注水孔相互間的間距；
d、按設定的間距在防突區域內交替施工多個爆破孔、多個控制孔和多個注水孔；
e、對爆破孔實施常規爆破作業，之後封閉其餘所有的控制孔；
f、向該注水孔內注入壓力水，當水壓達到一定壓力時，保持該壓力一段時間；當水壓隨裂隙擴大降低時，再次增高注水壓力，如此循環多次，直到注水壓力完全穩定後停止注水；
g、按照常規方法在該區域內實施瓦斯抽放。
所述一定壓力的水壓為20～40兆帕；所述保持壓力一段時間約為30分鐘。
有益效果
通過在水力壓裂之前使用控制爆破技術，可控制水力壓裂方向，避免無序壓裂，消除了單純水力壓裂技術所造成的應力集中，同時通過水力壓裂進一步擴大了由控制爆破所形成的弱面，消除由控制爆破所形成的應力集中，使得煤岩體實現整體卸壓，最終消除突出危險生。對煤體透氣性可提高100～1000倍，給瓦斯釋放和流動創提供了良好條件，在抽放和排放瓦斯的過程中煤層瓦斯壓力和含量持續降低，形成鑽爆壓抽一體化防突技術。該技術可以減少鑽孔40～60％，防突時間縮短30％～50％；高壓水在注入煤岩體的同時也增大了煤層的含水量，起到煤層注水的作用，在回採過程中能抑制粉塵飛揚，給作業空間創造良好環境。
附圖說明
圖1是該發明測試控制爆破有效控制距離鑽孔布置圖；
圖2是該發明的區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法實例一鑽孔布置示意圖；
圖3是該發明的區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法實例二鑽孔布置示意圖。
圖中：1-爆破孔，2-控制孔，3-注水孔。
權利要求
1、《一種區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法》其特徵在於：
a、從煤層的頂板巷道或底板巷道向防突區域的煤層內先施工一個爆破孔（1），然後在距離該爆破孔（1）中心位置約5米、10米、15米或20米施工四個控制孔（2）；
b、按常規方法對該爆破孔（1）實施爆破；
c、向該爆破孔（1）內注水，按常規方法實施水力壓裂，根據四個控制孔（2）內有無滲水情況設定爆破孔（1）、控制孔（2）與注水孔（3）相互間的間距；
d、按設定的間距在防突區域內交替施工多個爆破孔（1）、多個控制孔（2）和多個注水孔（3）；
e、對爆破孔（1）實施常規爆破作業，之後封閉其餘所有的控制孔（2）；
f、向該注水孔（3）內注入壓力水，當水壓達到一定壓力時，保持該壓力一段時間；當水壓隨裂隙擴大降低時，再次增高注水壓力，如此循環多次，直到注水壓力完全穩定後停止注水；
g、按照常規方法在該區域內實施瓦斯抽放。
2、根據權利要求1所述的區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法，其特徵在於：所述一定壓力的水壓為20～40兆帕。
3、根據權利要求1所述的區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法，其特徵在於：所述保持壓力一段時間約為30分鐘。
實施方式
實施例一 大範圍區域瓦斯治理防突（防突區域面積的長度和寬度都超過設定孔間距3倍距離）
首先在現場實驗確定控制爆破有效控制距離，如附圖1所示，從煤層的頂板巷道或底板巷道向防突區域的煤層內先施工一個爆破孔1，然後在距離該爆破孔1中心位置約5米、10米、15米或20米施工四個控制孔2，鑽孔直徑根據現場需要確定。所有鑽孔都施工結束後，按常規方法對該爆破孔1實施爆破作業，爆破之後向爆破孔1注入約30兆帕的高壓水實施水力壓裂，約半小時後檢查控制孔2的出水情況。根據四個控制孔2內有無滲水情況設定爆破孔1與控制孔2的間距；注水之後若距離爆破孔5米處鑽孔有水湧出，表明該處控制爆破有效控制距離大於5米，此時對距離爆破孔5米處的鑽孔實施封孔作業，封孔之後並繼續注水，檢查其餘3個控制孔2的出水狀況，並重複以上操作。若15米處鑽孔有水湧出，而20米處鑽孔沒有水湧出，表明該處控制爆破有效控制距離大於15米而小於20米，則有效控制距離可以確定為15米；如果20米處鑽孔也有水湧出，表明該處控制爆破有效控制爆破距離大於20米，則有效控制距離可以確定為20米。考慮到煤層的非均一性，一般控制孔2和爆破孔1的距離不大於有效控制距離。當有效控制距離設定為5米時，孔間距可設定為4～5米；有效控制距離設定為10米時，孔間距可設定為7～8米；當有效控制距離為15米時，孔間距可設定為10～12米；當有效控制距離為20米時，孔間距可設定為14～16米。按設定的孔間距在防突區域內交替施工多個爆破孔1、多個控制孔2和多個注水孔3，如圖2所示。對爆破孔1逐一實施常規爆破作業，使爆破孔1與控制孔2、爆破孔1與注水孔3之間形成裂隙或弱面；爆破後按常規方法逐個封閉所有的控制孔2；然後逐一向注水孔3內注入壓力水，實施水力壓裂作業。將水壓升到20兆帕，保持該壓力約30分鐘。當水壓力突然下降表明注水孔3已被壓裂，此時保持水壓力或升高水壓力持續壓裂。若注水孔3沒被壓裂，則繼續升高注水壓力，直到起注水孔3被壓裂為止，當注水壓力達到40兆帕時注水孔3仍然沒有被壓裂，則表明該處不具備壓裂條件；當注水孔3被壓裂時，注水壓力將明顯降低，此時重新升高注水壓力，經數次反覆之後，注水壓力最終穩定不再變化，此時表明壓裂完成，停止注水。
實施例二 小範圍條帶瓦斯治理防突（防突區域狹長，其寬度小於3倍設定的孔間距）
如圖3所示，控制爆破有效控制距離的確定與實施例一相同，略。在狹長的區域內實施防突作業，利E用高位巷道或低位巷道掩護煤層巷道掘進，此時除鑽孔布置方式不同之外，其餘部分和實例1完全相同。按照圖3所示布置爆破孔1、控制孔2和注水孔3。為了實現整體區域卸壓，要求爆破孔1和注水孔3之見的間距為實例1中設定孔間距的0.8倍，並在注水孔3兩側布置控制孔2，使得該控制孔2和注水孔3之見的間距也為實例1中設定孔間距的0.8倍，確保爆破能夠在爆破孔1和注水孔3兩側的控制孔2間也能形成弱面，並控制水力壓裂的方向，避免在注水孔3兩側產生應力集中。
榮譽表彰
2014年11月6日，《一種區域瓦斯治理鑽爆壓抽一體化防突方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
