專利名稱：化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法。
背景技術(shù)：
隨著開采深度的增加，由于地應(yīng)力、采動應(yīng)力及構(gòu)造應(yīng)力的共同作用，大多數(shù)礦井不同程度地受到?jīng)_擊地壓的威脅，同時煤層本身的沖擊傾向性、開采技術(shù)條件及地質(zhì)因素，沖擊地壓的顯現(xiàn)會日益嚴(yán)重，且沖擊地壓顯現(xiàn)越來越頻繁。沖擊強(qiáng)度與破壞程度越來越大，特別是開采深度達(dá)到地表500 m以下時發(fā)生尤為頻繁和強(qiáng)烈。沖擊地壓嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)，能造成采掘空間嚴(yán)重變形破壞、人員死亡和設(shè)備損壞、移位等；含瓦斯煤層發(fā)生沖擊時還會引起煤層或采空區(qū)瓦斯大量涌出，遇火易引發(fā)瓦斯爆炸。目前我國大多數(shù)采深較大的煤礦出現(xiàn)了沖擊地壓等動力現(xiàn)象。目前治理沖擊地壓的方法主要有開采保護(hù)層、煤層注水、卸壓鉆孔、頂板斷裂和卸壓爆破等，關(guān)鍵是降低煤層的彈性能及轉(zhuǎn)移應(yīng)力峰值，實(shí)現(xiàn)減弱或轉(zhuǎn)移沖擊地壓。開采保護(hù)層在單一煤層難以實(shí)施。在采掘工作面及巷道防治沖擊地壓，煤層注水和卸壓爆破較為常用，前者局限性主要表現(xiàn)為煤層的吸收水的速度較慢，煤體彈性能降低不充分；后者易誘發(fā)沖擊地壓和煤與瓦斯突出，啞炮處理費(fèi)時且有危險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決隨著煤礦采掘深度增加，沖擊地壓災(zāi)害日益突出，目前物理方式消除沖擊地壓存在的局限性，提供一種利用堿溶液與低階煤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)降低煤力學(xué)強(qiáng)度和彈性能，消除煤層沖擊地壓的化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法，依次包括以下步驟
(1)、選擇存在沖擊地壓災(zāi)害且鏡質(zhì)組反射率<O. 6%的煤層；
(2)、在煤層中選擇一定區(qū)域進(jìn)行鉆孔，鉆孔的數(shù)量、深度和方向滿足均勻布孔要求；
(3)、將鉆孔的孔口封堵；
(4)、配置堿溶液；
(5)、把配置的堿溶液泵注到鉆孔中，浸泡一段時間；
(6)、采用微震、電磁輻射或者鉆屑方式進(jìn)行監(jiān)測，確保消除沖擊傾向性，重復(fù)浸泡多次，直至完全消除沖擊傾向性；
(7)、與傳統(tǒng)物理方式防治沖擊地壓措施進(jìn)行比較，檢驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)方式防治沖擊地壓的效果。所述堿溶液中的
> I mol/L，堿溶液與低階煤層接觸，即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煤層力學(xué)強(qiáng)度急劇降低，呈現(xiàn)塑性，失去沖擊傾向性。所述的步驟(2)中一定區(qū)域是指采掘產(chǎn)生應(yīng)力集中或?qū)⒁a(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，或者是有沖擊傾向性的煤層。所述的步驟(5)中浸泡時間大于6 h，隨著煤階提高相應(yīng)提高堿溶液的濃度和浸泡時間。所述的步驟(7)中比較內(nèi)容包括作業(yè)成本、消除沖擊傾向性的快慢和施工繁瑣程度。采用上述技術(shù)方案，當(dāng)堿溶液注入到煤層時，由于低階煤中含有大量類似腐植酸的有機(jī)物，兩者迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有機(jī)物被抽提溶解，煤的力學(xué)強(qiáng)度急劇降低，呈現(xiàn)煤粒甚至煤泥等塑性狀態(tài)，彈性能基本消失，失去了沖擊傾向性。如何降低煤的力學(xué)強(qiáng)度，把脆性破壞轉(zhuǎn)化為塑性變形，消除彈性能的聚集是沖擊地壓防治的關(guān)鍵，但目前采用的煤層注水、卸壓爆破和鉆孔卸壓等物理手段可以降低煤的力學(xué)強(qiáng)度，但降低程度有限，彈性能還有可能聚集和釋放，煤層沖擊傾向性依然存在。本發(fā)明可以充分且快速的降低煤的力學(xué)強(qiáng)度，煤體完全呈塑性，彈性能失去聚集的可能，提高了煤層沖擊地壓的防治效果，降低了煤礦安全生產(chǎn)成本。本發(fā)明主要針對< O. 6%的低階煤層存在的沖擊地壓進(jìn)行防治，不但克服了煤層吸收水速度慢的特點(diǎn)，而且煤中大量有機(jī)物一旦與堿溶液接觸即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煤的力學(xué)強(qiáng)度急劇降低，形成類似煤粒甚至煤泥，完全呈現(xiàn)塑性，失去沖擊傾向性。與傳統(tǒng)沖擊地壓防治措施相比，不但防治沖擊地壓效果好，而且施工方便、安全性高，消除沖擊傾向性速度快且徹底，成本低廉，避免了傳統(tǒng)注水吸收速度慢的弊端，為低階煤層沖擊地壓提供了一種新的防治方法，在低階煤層中有著廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法，依次包括以下步驟
(1)、選擇存在沖擊地壓災(zāi)害且鏡質(zhì)組反射率<O. 6%的煤層；
(2)、在煤層中選擇一定區(qū)域進(jìn)行鉆孔，鉆孔的數(shù)量、深度和方向滿足均勻布孔要求；所述一定區(qū)域是指采掘產(chǎn)生應(yīng)力集中或?qū)⒁a(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，或者是有沖擊傾向性的煤層。(3)、將鉆孔的孔口封堵；
(4)、配置堿溶液，堿溶液中的
> I mol/L ；
(5)、把配置的堿溶液泵注到鉆孔中，浸泡時間大于6h，隨著煤階提高相應(yīng)提高堿溶液的濃度和浸泡時間；在浸泡過程中，堿溶液與低階煤層接觸，即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煤層力學(xué)強(qiáng)度急劇降低，呈現(xiàn)塑性，失去沖擊傾向性；
(6)、采用微震、電磁輻射或者鉆屑方式進(jìn)行監(jiān)測，確保消除沖擊傾向性，重復(fù)浸泡多次，直至完全消除沖擊傾向性；
(7)、與傳統(tǒng)物理方式防治沖擊地壓措施進(jìn)行比較，檢驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)方式防治沖擊地壓的效果；比較內(nèi)容包括作業(yè)成本、消除沖擊傾向性的快慢和施工繁瑣程度。下面列舉一個具體實(shí)施例
(I)、選擇有沖擊傾向性的褐煤礦井；(2)、在采煤工作面均勻布置鉆孔；(3)、采用傳統(tǒng)煤層注水所用的封孔方式進(jìn)行封孔；(4)、井下配置
=2 mol/L的NaOH溶液；(5)、通過泵入裝置把配置的堿溶液灌入每個鉆孔，注入量等于傳統(tǒng)煤層的注水量，浸泡時間大于6 h后；(6)、采用電磁輻射進(jìn)行監(jiān)測，確保煤層完全失去沖擊傾向性，否則應(yīng)重復(fù)浸泡多次，直至完全消除沖擊傾向性；(7)、根據(jù)施工作業(yè)成本、工藝繁瑣程度和消除煤層沖擊傾向性的效果和時間，與傳統(tǒng)煤層注水、卸壓爆破和鉆孔卸壓等物理方式對比，檢驗(yàn)化學(xué)方式防治低階煤沖擊地壓的實(shí)際應(yīng)用效果。在相同條件下對比施工作業(yè)成本和消除沖擊地壓的效果，如果證實(shí)采用NaOH溶液消除沖擊傾向性不但可以節(jié)省施工成本，還能提高效率，就表明這種化學(xué)方式防治煤層沖擊地壓工藝在低煤階中有顯著的應(yīng)用效果和推廣價值。
權(quán)利要求
1.化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法，其特征在于依次包括以下步驟 (1)、選擇存在沖擊地壓災(zāi)害且鏡質(zhì)組反射率<O. 6%的煤層； (2)、在煤層中選擇一定區(qū)域進(jìn)行鉆孔，鉆孔的數(shù)量、深度和方向滿足均勻布孔要求； (3)、將鉆孔的孔口封堵； (4)、配置堿溶液； (5)、把配置的堿溶液泵注到鉆孔中，浸泡一段時間； (6)、采用微震、電磁輻射或者鉆屑方式進(jìn)行監(jiān)測，確保消除沖擊傾向性，重復(fù)浸泡多次，直至完全消除沖擊傾向性； (7)、與傳統(tǒng)物理方式防治沖擊地壓措施進(jìn)行比較，檢驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)方式防治沖擊地壓的效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法，其特征在于所述堿溶液中的[0H1 > I mol/L，堿溶液與低階煤層接觸，即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煤層力學(xué)強(qiáng)度急劇降低，呈現(xiàn)塑性，失去沖擊傾向性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法，其特征在于所述的步驟(2)中一定區(qū)域是指采掘產(chǎn)生應(yīng)力集中或?qū)⒁a(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，或者是有沖擊傾向性的煤層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法，其特征在于所述的步驟(5)中浸泡時間大于6 h，隨著煤階提高相應(yīng)提高堿溶液的濃度和浸泡時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法，其特征在于所述的步驟(7 )中比較內(nèi)容包括作業(yè)成本、消除沖擊傾向性的快慢和施工繁瑣程度。
全文摘要
化學(xué)反應(yīng)防治煤層沖擊地壓的方法，依次包括以下步驟選擇存在沖擊地壓災(zāi)害且鏡質(zhì)組反射率＜0.6%的煤層；在煤層中選擇一定區(qū)域進(jìn)行鉆孔；將鉆孔的孔口封堵；配置堿溶液；把配置的堿溶液泵注到鉆孔中，浸泡一段時間；采用微震、電磁輻射或者鉆屑方式進(jìn)行監(jiān)測，確保消除沖擊傾向性，重復(fù)浸泡多次，直至完全消除沖擊傾向性；與傳統(tǒng)物理方式防治沖擊地壓措施進(jìn)行比較。本發(fā)明與傳統(tǒng)沖擊地壓防治措施相比，不但防治沖擊地壓效果好，而且施工方便、安全性高，消除沖擊傾向性速度快且徹底，成本低廉，避免了傳統(tǒng)注水吸收速度慢的弊端，為低階煤層沖擊地壓提供了一種新的防治方法，在低階煤層中有著廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號E21C41/16GK103061766SQ20131001031
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者郭紅玉, 蘇現(xiàn)波, 夏大平, 馬俊強(qiáng), 張雙斌, 劉曉, 宋金星, 藺海曉 申請人:河南理工大學(xué)