[发明专利]矿山沉积砂岩顶板静水的疏干方法及疏水花管

说明书

技术领域

本发明涉及一种排除矿山沉积岩采掘区砂岩顶板静水的方法及负压抽气吸水式强化疏干机专用疏水花管，主要用于湿软泥质细粒砂岩顶板静水的强化疏干，使砂岩固结不塌落。

背景技术

在矿山沉积岩层内，采掘顶板若为泥质胶结细粒砂岩，在无水地段这种砂岩较为坚硬，采掘支撑顶板不易塌落；但这种砂岩遇水则会膨胀，难以支护，常因顶板湿软砂岩塌落，造成安全事故。当砂岩含水率达到一定程度砂岩就会变成豆腐渣状，若水在砂岩内达到临界状态，便形成流砂，根本无法支护。

砂岩中的静水可分为二种，即结合水和自由水。目前，国内外对砂岩顶板静水中自由水的疏干，一般采用坑内外引排水、钻孔泄水和利用采准巷道通风滴干的办法。但富含在砂岩内的自由水靠自然泄水方法速度太慢，泄水时间少则一年半载，多则二、三年，这种泄水方法延误工期，影响生产。

实践和实验证明，含泥量在12%以上、含水率在12%以下的泥质胶结细粒砂岩，采掘工作面顶板和围岩就可以安全支护，若此砂岩含水率大于12%，顶板和围岩支撑的难度将随着含水率的增加而逐步加大，特别是含水率在15%以上，顶板和围岩会边支撑边塌落。在井巷掘进中，对于含水率为12%～14%的泥质胶结细粒砂岩顶板，一般是1米一架木棚的支护，并且需要用背板密顶密帮的支撑围岩；在采空区采用0.8m×0.8m支护网度的情况下，顶板必须要用木板密集护顶，否则就会塌落。这种支护方式每年要消耗大量木材，不仅成本高，效率低，而且很不安全。

泥质胶结细粒砂岩顶板含水湿软，难支护，易塌落不仅是含水率高的矿山遇到的难题，也是当今世界地下工程的普遍难题。

中国专利文献公开了一种运用负压固结理论设计的负压抽气吸水式强化疏干机（201310073597.8），负压抽气吸水式强化疏干机工作状况如附图1所示，工作时，负压抽气吸水式强化疏干机3上的疏水花管3-1插入湿软泥质砂岩2之中，将湿软细粒砂岩顶板静水吸干，使砂岩固结不塌落，实现安全支护。

但是，负压抽气吸水式强化疏干机在工作时存在以下几个问题：一是当湿软泥质砂岩2的厚度已确定时，插入湿软泥质砂岩2中的疏水花管3-1的长度决定了疏水效果。负压抽气疏水时，若疏水花管的长度尺寸与湿软泥质砂岩2厚度尺寸接近，最上层砂岩含水率低会提前固结，砂岩固结后形成的裂隙会与疏水花管3-1的抽气吸水通道最上端形成“短路”，于是底层砂岩水分很难疏干而难以固结；若疏水花管3-1太短，负压抽气吸水式强化疏干机所需功率会大大增加，浪费能源，疏水效率下降；二是疏水花管3-1上的疏水孔排列方式和疏密度也决定了疏水效果。现有的疏水花管3-1如附图2所示，疏水花管3-1由管体3-1-1及紧紧包裹在管体3-1-1上的疏水膜3-1-4组成，管体3-1-1的一端开口，一端封闭，管体3-1-1的开口端设有外螺纹3-1-3，在管体3-1-1的筒壁上设有复数个疏水孔3-1-2，复数个疏水孔3-1-2均匀分布在管体3-1-1的筒壁上。根据流体力学理论和砂岩静水重力场分布规律知，上层砂岩含水率低，底层砂岩含水率高，因此，疏水花管3-1上的疏水孔3-1-2的排列方式应遵循此规律，否则，会影响疏水效率；三是疏水花管3-1筒壁与砂岩泄水孔口的密封问题，若处理不当将严重影响强化疏干机抽气吸水时的负压，导致疏水效率降低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种排除矿山沉积岩采掘区湿软细粒砂岩顶板静水的方法以及负压抽气吸水式强化疏干机专用疏水花管。

本发明的技术方案是：一种矿山沉积砂岩顶板静水的疏干方法，它是通过负压抽气吸水式强化疏干机来强化疏干湿软细粒砂岩中的静水，其具体操作过程如下：

将负压抽气吸水式强化疏干机移到工作面，用负压抽气吸水式强化疏干机上的夹轨器夹紧钢轨对负压抽气吸水式强化疏干机进行定位，然后启动负压抽气吸水式强化疏干机上的剪叉式液压升降平台，并上升到顶板工作面，将疏水花管分别插入湿软细粒砂岩顶板上的泄水孔中，启动负压抽气吸水式强化疏干机上的负压抽气吸水装置，利用负压原理对砂岩顶板静水进行吸水即强化疏干，将砂岩的含水率降到12%以下，使砂岩固结不塌落。插入疏水花管时，借助于剪叉式液压升降平台的升力和安装在疏水花管底部的Ｏ型密封圈及方形密封垫，对砂岩泄水孔口与疏水花管筒壁之间的间隙进行双重密封，所述疏水花管插入砂岩的深度H1为湿软细粒砂岩厚度H的1/3～2/3。