[发明专利]一种煤矿护壁式钻孔与相变致裂的装置及其工作方法

说明书

本发明公开了一种煤矿护壁式钻孔与相变致裂的装置及其工作方法，包括杆体、释放管、导电棒、充装阀、加热管和定压泄能片，先通过杆体和释放管外表面的螺旋齿施工小直径钻孔到设定深度，接着通过充装阀在储液腔内注入液态二氧化碳，完成后通过导电棒将电流传递给加热管，加热管开始加热后，储液腔内的液态二氧化碳发生相变反应瞬间转化为二氧化碳气体，生成的二氧化碳气体会增加储液腔内的压力，导致定压泄能片受压瞬间打开，然后再进入释放管并从导流孔释放出转化的所有气体，此时二氧化碳气体对钻孔周围煤岩体进行冲击致裂，最终有效增加了本次钻孔的卸压范围，同时能防止煤壁出现失稳破坏的情况。

技术领域

本发明涉及一种煤矿护壁式钻孔与相变致裂的装置及其工作方法，属于煤矿卸压技术领域。

背景技术

随着我国煤炭资源大规模步入深部开采，冲击地压发生的频度、强度与日俱增。探索深部开采条件下冲击地压防治理论及其实施方法逐渐受到国内外学者及工程技术人员的关注。目前,冲击地压的主要治理技术有开采邻近层卸压、施工卸压钻孔、卸压槽法、松动爆破法、开掘卸压巷道或硐室法、跨采法等。尽管上述方法在一定程度上缓解了冲击地压给煤矿安全生产带来的危害,但存在的问题主要有:①受矿井采深增大的影响,具备保护层开采的矿井越来越少,因此上述方法将不具备普遍的适用性；②钻孔卸压是当前矿井普遍采用的煤层卸压方法,其特点为施工工艺简单、安全性高,但每次施工钻孔卸压的范围较小,大范围的钻孔会面临钻孔成本高、施工进度慢等问题。并且目前针对具有冲击倾向的煤体，通常采用大直径钻孔(即孔径120mm～150mm，钻孔深度15m，孔间距1～3m)进行超前卸压(即通过钻孔后使地应力从前方煤岩体转移)，从而防止工作面前方煤岩体发生冲击地压的情况。然而，如此高密度、大直径的钻孔往往将工作面前方煤壁破坏，使得支护煤壁的锚杆失去稳定的锚固端，锚网支护系统失效，最终造成回采巷道煤壁失稳破坏，严重影响工作面的正常生产。因此如何增加每次钻孔时的卸压范围，同时能防止煤壁出现失稳破坏的情况，是本行业的研究方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种煤矿护壁式钻孔与相变致裂的装置及其工作方法，通过煤矿护壁式钻孔与相变致裂结合的方式，能增加每次钻孔时的卸压范围，同时能防止煤壁出现失稳破坏的情况。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种煤矿护壁式钻孔与相变致裂的装置，包括杆体、释放管、导电棒、充装阀、加热管和定压泄能片；

所述杆体外表面和释放管外表面均设有螺旋齿，螺旋齿用于施工钻孔，杆体内部设有储液腔，杆体两端分别开设进液孔和喷气口，进液孔和喷气口均与储液腔连通，加热管设在储液腔内，充装阀装在进液孔处，导电棒一端通过充装阀伸入储液腔与加热管连接；储液腔内充入液态二氧化碳；

所述释放管内装有喷气通道，释放管一端开设进气口、另一端装有钻头，进气口与喷气通道连通，释放管外表面开设多个导流孔，多个导流孔均与喷气通道连通，释放管与杆体同轴连接、且使进气口与喷气口对齐；所述定压泄能片装在进气口与喷气口之间，用于定压释放储液腔内的二氧化碳气体进入释放管内。

进一步，所述定压泄能片包括两个密封垫和一个剪切片，剪切片处于两个密封垫之间，两个密封垫分别与进气口与喷气口压紧接触。当储液腔内液态二氧化碳发生相变反应产生二氧化碳气体，进而使其内部气压升高，并且施加给剪切片导致其受较大剪切力被破坏，放出生成的二氧化碳气体进入释放管内。采用这种结构，是为了防止储液腔内的液态二氧化碳泄漏，同时两个密封垫防止漏气和保护剪切片不被挤压破坏，而剪切片也起到了密封和放出二氧化碳气体的作用。

进一步，所述杆体和释放管的直径均不超过80mm。

进一步，所述密封垫均为橡胶材质。

一种煤矿护壁式钻孔与相变致裂的装置的工作方法，具体步骤为：

A、将本煤矿护壁式钻孔与相变致裂的装置的杆体与钻机连接，然后对选定位置进行钻孔操作，达到设定深度后，停止钻进，并将钻机与杆体分离；