[发明专利]一种井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置及方法

说明书

本发明属于煤层加固技术领域，具体是一种井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置及方法。具体步骤为，首先将钻孔中的电脉冲放电装置送至陷落柱位置，向钻孔中注入高压导电离子溶液，通过电脉冲放电装置正负极放电对钻孔周围陷落柱区域进行冲击致裂，在陷落柱区域起到改造裂隙、贯穿原生裂隙的作用，从而达到增加陷落柱区域渗透性的目的。随后再对该区域进行注浆加固，此时单个钻孔注浆影响范围大，注浆充分均匀、效果较好，达到加固陷落柱的目的。使用电脉冲定向预裂注浆加固可以大大提高煤层陷落柱治理效果。

技术领域

本发明属于煤层加固技术领域，具体是一种井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置及方法。

背景技术

陷落柱严重制约煤矿的正常生产，对煤层的顶底板造成巨大危害，影响正常掘进和回采。由于陷落柱煤壁上部非常破碎，难以形成承载结构，尤其在端头的位置，严重影响顶板的维护。在此背景下，采用常规的棚架支护和锚杆锚索支护措施，难以充分发挥锚杆锚索本身的力学性能，一方面大量使用支护材料，却达不到预期的支护效果，另一方面，陷落柱周围围岩强度低，安全系数低，存在极大的安全隐患，严重威胁着矿井的安全生产。

注浆加固能够将松散岩石胶结成整体，从而提高了岩体的承载能力，使岩体本身即为支护结构；注浆加固提高围岩软弱结构面的力学特性和围岩的整体性。传统的注浆技术不能改变钻孔周围围岩裂隙，由于原始围岩内部裂隙较小或者未贯通，单个钻孔注浆影响范围小，对围岩深部结构几乎无影响，达不到预期的注浆强化效果。基于现有注浆加固的不足，提出一种安全、高效以及应用范围广的加固陷落柱的方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有对井下陷落柱注浆压力不够，充填浆液渗透效果差，充填作业时间长等问题，提供一种井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置及方法。

本发明采取以下技术方案：一种井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置，包括在煤层中施工的电脉冲钻孔，电脉冲钻孔内设置钻杆，钻杆前端安装有电脉冲装置，所述电脉冲装置通过绝缘电缆与电容连接，钻杆中部设置封孔器，所述封孔器上穿有注浆管，注浆管一端伸入电脉冲钻孔底部，注浆管另一端与通过注浆泵与吸料管连接，吸料管与导电离子溶液桶或浆液搅拌桶连接。

电脉冲钻孔穿过陷落柱区域0.5-1.0m。

煤层中还施工有第一定向钻孔和第二定向钻孔，第一定向钻孔和第二定向钻孔平行于电脉冲钻孔，平行间距为5-10m，电脉冲钻孔、第一定向钻孔和第二定向钻孔形成三角形的布孔方式。

绝缘电缆在电脉冲钻孔的部分外侧套有绝缘电缆护管。

注浆管上设置有液体压力传感器和阀门。

绝缘电缆上设置有电容放电开关。

一种井下陷落柱电脉冲定向预裂注浆加固装置的使用方法，包括以下步骤，

S100：在煤层中施工电脉冲钻孔、第一定向钻孔和第二定向钻孔，其中电脉冲钻孔穿过陷落柱区域；

S200：将电脉冲装置与封孔器通过钻杆连接，将电脉冲装置送至到电脉冲钻孔内的陷落柱区域，再将注浆管穿过封孔器伸入电脉冲钻孔底部，使用封孔器对电脉冲钻孔进行封堵密封；

S300：完成电脉冲钻孔封堵后，将吸料管放入导电离子溶液桶中，启动注浆泵，开启注浆泵与注浆管之间连接的阀门，将导电离子溶液注入电脉冲放电装置周围的陷落柱裂隙中；

S400：闭合电容充电开关，对电容器进行充电，待充电结束后，断开电容器的充电开关，停止充电，闭合电容放电开关，通过电脉冲放电装置中的电容放电正极和电容放电负极进行电脉冲击穿，电脉冲释放的能量会在导电离子溶液中产生冲击波，作用于陷落柱区域中，致使产生新的裂隙以及延伸裂隙；

S500：重复进行上述S300-S400的操作，进行多次电脉冲对陷落柱区域冲击致裂，致使产生丰富的裂隙，待第一定向钻孔和第二定向钻孔中出现导电离子溶液，停止电脉冲对陷落柱区域冲击致裂；