[发明专利]一种等离子体上行致裂残采区遗留煤柱的方法和装置

说明书

本发明公开了一种等离子体上行致裂残采区遗留煤柱的方法和装置，属于煤矿开采技术领域。采用等离子体装置从下伏煤层对残采区遗留煤柱实现上行致裂，充分利用离子间的强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，形成冲击波使煤柱产生裂隙并扩展,降低煤柱的完整性，以达到强度弱化、应力释放、减缓矿压显现的目的，从而实现煤矿绿色开采，安全生产。

技术领域

本发明涉及一种等离子体上行致裂残采区遗留煤柱的方法和装置，属于煤矿开采技术领域。

背景技术

新中国成立初期我国的采煤工艺相对落后，为保证围岩的稳定性、保障工作面的安全生产，会留设部分煤柱支撑上覆岩层；在现代高度机械化的开采过程中，受构造及其它开采条件的限制，部分煤柱的留设不可避免；采用柱式体系采煤法时，部分煤柱会留下不采。这就导致在煤层开采完毕后，残采区会有大量的遗留煤柱。

当我国煤矿使用下行开采方法时，下伏煤层会受到残采区遗留煤柱集中应力的影响，从而造成工作面矿压显现强烈，工作面片帮严重，采空区顶板垮落剧烈并伴有巨响，工作面支架压力增加明显，支架压死、巷道单体支柱破坏也时有发生，甚至人员伤亡，严重危害矿井安全生产，可见下伏煤层工作面开采过程中受残采区遗留煤柱的影响十分严重。

当前对于受残采区遗留煤柱影响的下伏煤层工作面强矿压的控制方法有：（1）调整下伏煤层工作面的开采方向、布置方位，从而避开残采区遗留煤柱的集中应力影响区，但并未从根本上解决问题；（2）加强下伏煤层工作面的支护，但当工作面矿压显现强烈时，通过单纯加强支护的技术措施就很难保证安全生产，且支护成本高；（3）在受残采区遗留煤柱影响的下伏煤层工作面，也留设更大的煤柱，但造成了煤炭资源的极大浪费；（4）在残采区遗留煤柱中或其顶底板进行爆破，但施工工程量大，可控性差,尤其对于高瓦斯矿井容易引发瓦斯爆炸,存在安全隐患；（5）采用水压致裂残采区遗留煤柱，但消耗了大量的水资源,且致裂过程中高压压裂液中的化学试剂容易污染井下环境。因此,需要寻找一种效率高、易控制、效果好的致裂残采区遗留煤柱的系统及方法来保障下伏煤层工作面的安全生产。

等离子态是一种区别于固态、液态和气态的聚集态，当某些液体受外界能量激发生成液相等离子体，利用离子间强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，形成冲击波使岩体产生裂隙并扩展。目前它已被广泛应用于油气钻井、开采，金属的切割，定向破碎岩块。然而,等离子体致裂技术在煤炭开采技术领域(尤其在上行等离子体致裂残采区遗留煤柱方面)的应用却很少。

发明内容

本发明旨在提供一种等离子体上行致裂残采区遗留煤柱的方法和装置，不仅效率高、易控制、效果好、灵活性强、无尘、无噪，可以避免现有方法的劣势和不足，而且充分利用离子间的强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，形成冲击波使煤柱产生裂隙并扩展, 降低煤柱的完整性，以达到强度弱化、应力释放、减缓矿压显现的目的，从而实现煤矿绿色开采，安全生产。

本发明提供了一种等离子体上行致裂残采区遗留煤柱的方法，包括以下步骤：

步骤一：用高压电缆将等离子体脉冲控制器、等离子体发生器、电极稳固装置、液相放电等离子体电极连接；同时用信号传输线将等离子体脉冲控制器、数据采集仪、信号放大器、检波探头连接；再用两用水管将储水罐、高压泵、冷却器、等离子体发生器连接形成完整回路，通过等离子体发生器冷却控制阀控制开关；最后用两用水管将高压泵、压力表、高压水喷头连接，通过高压水喷头控制阀控制开关；并与井下供电系统相连接；

步骤二：确定下伏煤层工作面与残采区遗留煤柱的位置关系，在残采区遗留煤柱斜下方的应力降低区，距工作面端头一定距离处的运输顺槽和回风顺槽的顶板岩层中分别向残采区遗留煤柱打孔间距d为6～10米的钻孔，等离子体致裂钻孔和检波钻孔分别到残采区遗留煤柱的中央位置停止打钻；

步骤三：将两用水管、高压水喷头，液相放电等离子体电极、电极稳固装置、高压电缆穿过钻孔封隔器，并布置在第二步钻取的等离子体致裂钻孔的内部，使钻孔封隔器膨胀封孔，同时将信号传输线、检波探头布置在第二步钻取的检波钻孔的顶部；