[发明专利]一种工作面通过火成岩侵入区的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工作面通过火成岩侵入区的方法，具体涉及一种高压电脉冲破裂和软化岩体使工作面通过火成岩侵入区的方法，属于煤矿开采领域。

背景技术

石炭系煤系地层受火成岩侵入作用，形成了大面积火成岩侵入区。火成岩在石炭系煤层系地层中穿插，一方面破坏了原有的地层结构，对采空工程的安全进行产生极大威胁，另一方面是煤层硅化，破坏煤炭资源，更为严重的是大面积侵入煤层中的火成岩岩体由于强度大，工作面推进至火成岩侵入区时采煤机严重受损，工作面不得已进行搬家，由此造成的时间、资源和人工的大量浪费。这一普遍现象已成为限制矿井安全高效生产的一大“顽疾”。

目前，综采工作面遇到大面积火成岩侵入区时唯一的方法就是跳过该区域，工作面搬家将带来一系列问题：首先工作面的大型机械设备的转移，将耗费大量的时间和人力，其次，工作面搬家前必须开掘新的切眼，由此引起的掘进与支护工程量极大。

与实际工程中面临的与火成岩侵入区最接近的情况就是煤层内出现陷落柱的情况，而传统过陷落柱的方法是采用爆破崩裂，但爆破会带来诸多不可控的因素，例如崩出石块的大小和距离，特别是在受地应力作用下的岩体中实施爆破无发保证综采设备的安全，此方法存在极大安全隐患；此外还有通过钻孔（一种钻孔弱化岩石使综采工作面直接过陷落柱的方法201210247130.6）和化学溶液腐蚀岩体（一种化学软化岩石使综采工作面通过陷落柱的方法201210199761.5）达到软化陷落柱岩体的方法，但遇到类似火成岩这类异常坚硬的岩体时，一方面钻孔难度较大，特别是遇到火成岩侵入区范围和厚度较大的情况，用钻孔的方法破坏岩体结构的方法工程量较大；另一方面化学腐蚀本身是一种相对缓慢的方法，若要加快软化也只能提高化学溶液浓度，而化学溶液中主要是酸溶液，这样工作面机械设备通过时不可避免的遇到残留的酸溶液，这对机械设备是一个极大的威胁。此外随化学溶也与岩体反应的进行，溶液受自重下渗，钻孔内溶液液无法与钻孔内壁完全接触，无法达到较好的软化效果。综上所述，在现有的技术条件下，影响综采工作面正常推进火成岩侵入区的主要原因是火成岩岩体强度极大，侵入的范围也相对较大。因此，寻求一种安全、高效、可控的的火成岩岩体破裂软化方法是解决该问题的关键。。

发明内容

本发明旨在提供一种以特殊溶液为介质的高压电脉冲破裂和软化岩体使工作面通过火成岩侵入区的方法，针对现场通过工作面搬家的方法过火成岩侵入区存在的人力、时间、资源的极大浪费；爆破方法潜在安全隐患较大；单纯钻孔和化学溶液软化效率低和潜在的损坏机械设备的问题，提出一种安全、高效、可控的通过工作面火成岩侵入区的方法。

本发明提供了一种工作面通过火成岩侵入区的方法，该方法以特殊溶液为介质，在火成岩侵入区合理布置钻孔，将特殊溶液注入钻孔并作为高压电脉冲的传播介质，利用高压电脉冲在钻孔内壁产生大量裂纹，并且在高压电脉冲和溶液压力的作用下使裂纹不断扩展形成裂缝，同时溶液与火成岩发生化学反应，使火成岩岩体破碎、软化，工作面直接通过火成岩侵入区。

本发明提供的一种工作面通过火成岩侵入区的方法，包括以下步骤：

步骤一，通过物探确定火成岩侵入区的厚度、位置和边界，并钻孔取芯，在火成岩侵入区合理布置钻孔；

步骤二，对所取火成岩岩芯经行岩石力学和物理力学实验，得到火成岩的单轴抗压和抗拉强度，采用重量法、滴定法和原子吸收法确定火成岩化学成分及含量，通过X射线衍射得到其火成岩主要矿物成分；

步骤三，根据火成岩化学成分和矿物成分，配制含有能与该岩石发生反应的化学溶液，结合不同时间，不同浓度化学溶液为介质条件下，不同强度电脉冲试验后火成岩试件的强度测试结果对所配溶液进行优化；

步骤四，根据物探结果，确定火成岩侵入区的钻孔布置及参数和注液量，将粒径为1～15mm的硬质颗粒与所配溶液混合，通过注液设备将其注入钻孔。

步骤五，将放电电极和传输电缆送入钻孔，并用封堵装置将钻孔经行封堵；根据物探得到的火成岩岩层厚度和钻孔位置选取合理强度的高压电脉冲和脉冲作用点，使火成岩岩体达到最好的破裂软化效果。

上述方案中，所述步骤一中，从回风顺槽一侧，按水平方向布置一排钻孔，孔的间距h为煤层开采厚度的三分之一，孔直径d=75～100mm，孔高度为开采煤层厚度的二分之一；钻孔的角度与煤层倾角相同，孔底部距煌斑岩侵入区在进风顺槽一侧边界的距离为煤层开采厚度的三分之一。

上述方案中，所述钻孔的孔径为75mm，孔间距为煤层开采厚度的三分之一。