Результат интеллектуальной деятельности: СБРОС ДАВЛЕНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ВЗРЫВА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧИ

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу сброса давления и увеличения проницаемости путем пневматического взрыва с высоким давлением, который является особенно подходящим для сброса давления и увеличения проницаемости массива угля при управлении газовыделением в зоне подземной угольной шахты.

Уровень техники

Геологические газовые условия в угольных шахтах в Китае являются сложными. В таких угольных шахтах высокие угольные слои с высокой газовой проницаемостью насчитывают 50-70%, а с низкой насчитывают около 70% в угольных слоях с высоким содержанием газа. Следовательно, контроль газа должен иметь самый важный приоритет в работе по управлению безопасностью в угольных шахтах. Однако для слоев угля с низкой проницаемостью эффективный сброс давления и увеличение проницаемости массива угля должны рассматриваться как основная задача для того, чтобы достичь оптимальных результатов контроля газа. В настоящее время имеется много способов сброса давления и повышения проницаемости массива угля, таких как шахтный защитный слой, направленный гидравлический разрыв, свободный подрыв шурфа глубокого заложения и гидравлическая промывка и т.д. Шахтный защитный угольный слой доказал свою пригодность как эффективный способ, но может не всегда быть применим ко всем угольным прослойкам, поскольку он имеет строгие требования по условиям проявления угольного слоя; хотя способ направленного гидравлического разрыва является также эффективным, опыт бывшего Советского Союза показывает, что скорость извлечения газа может быть вплоть до приблизительно 60%, но вокруг наведенных разрывов будет создана зона концентрации напряжений, приводящая к потенциальной угрозе безопасности, кроме того, способ имеет высокие требования к уплотнению взрывного шурфа, так что явление, состоящее в том, что при инжекции в массив угля воды под давлением часто имеет место пропускание воды из верхней части проходного отверстия в работах по направленному гидроразрыву в угольных шахтах; способом гидравлической промывки достигают отличного эффекта в мягких угольных пластах, где напряжения на площадке высоки, давление газа высокое, и уголь является мягким и свободным по качеству и имеет тенденцию выветривания и реологии и имеет способность течения, но его трудно широко использовать, потому что это приводит к высокому потреблению воды и сложности процесса.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

Ввиду недостатков в решениях уровня техники, целью настоящего изобретения является обеспечить способ сброса давления и увеличения проницаемости массива угля, который является простым в осуществлении и эксплуатации и им достигается исключительный эффект.

Техническое решение

Способ сброса давления и увеличения проницаемости высоким давлением пневматического взрыва в настоящем изобретении содержит бурение взрывных шурфов в пласте угля и работу по резке пласта струей воды под давлением с соответствующими интервалами во взрывных шурфах для образования направляющих щелей в массиве угля вокруг взрывных шурфов; вставку взрывной стальной трубы с уплотненной верхней частью во взрывные шурфы, и на передней части взрывной стальной трубы выполняют несколько пор, и производят уплотнение на 8-10 м внутрь от проема каждого отверстия шурфа для образования цементной пробки; соединение обнаженного конца каждой взрывной стальной трубы со станцией газа высокого давления через трубопровод, и открывание клапана, имеющегося на трубопроводе, для инжектирования газа под высоким давлением, так что газ под высоким давлением выбрасывается из пор через стальную взрывную трубу, и тем самым, массив угля взрывается пневматически под высоким давлением.

Давление газа, инжектированного под высоким давлением, составляет 25 МПа.

Достигаемые технические результаты

В частности, газы, протекающие на высокой скорости, являются сжимаемыми средами и обычно имеют высокую сжимаемость, изотермическая сжимаемость воздуха в_р=10^-5 м²/Н при давлении в одну атмосферу, в то время как изотермическая сжимаемость воды составляет 5·10^-10 м²/Н при тех же самых условиях, что означает, что сжимаемость воздуха больше, чем таковая воды, на пять порядков по величине, и, следовательно, давление газа под высоким давлением создаст огромную энергию, когда он высвободится мгновенно. Отсюда, в настоящем изобретении используется газ под высоким давлением для пневматического взрыва массива угля и дополняется мерами гидравлической резки слоя.

Такой способ является эффективным для осуществления сброса давления и увеличения проницаемости массива угля. В настоящем изобретении после того, как образованы взрывные шурфы, сначала выполняется операция гидравлической резки слоя для образования направляющих щелей и разрывов для направления газа под высоким давлением, для того, чтобы достичь лучшего образования разрывов и эффекта сообщения после взрыва под высоким давлением; затем, после того как открытый участок каждого взрывного отверстия уплотняется, клапан внезапно открывается, так что газ под высоким давлением подается быстро струей из пор через взрывные стальные трубы и действует на угольный массив вокруг пор. Поскольку газ под высоким давлением резко прорывается и мгновенно расширяется, первоначальные трещины и разрывы непрерывно расширяются и создаются новые разрывы; в свою очередь, газ под высоким давлением, входящий в сеть разрывов, создает небольшой локальный пневматический взрыв в разрывах, и там разрывы в массиве угля расширяются непрерывно и сообщаются; в свою очередь, разрывы становятся больше и больше, и создается больше и больше новых разрывов. Такой процесс продолжается. В результате, в массиве угля образуется сеть больших разрывов, сообщающихся друг с другом, центрируясь на взрывных шурфах. В таком способе достигается цель сброса давления и увеличения проницаемости массива угля, степень извлечения газа улучшается, и техническая проблема низкой проницаемости и плохого эффекта извлечения газа в угольных слоях с высоким содержанием газа и низкой проницаемости слоев разрешается. Кроме того, способ является простым в эксплуатации и осуществлении и может давать выдающийся результат.

Описание чертежей

На фиг. 1 показан вертикальный разрез для иллюстрации способа взрыва пневматическим высоким давлением, представленным в настоящем изобретении.

На данном чертеже:

1 - станция газа высокого давления;

2 - клапан;

3 - взрывная стальная труба;

4 - цементная пробка;

5 - взрывные шурфы;

6 - пора;

7 - угольный слой;

8 - направляющая трещина.

Подробное описание вариантов исполнения изобретения

Далее подробно описано настоящее изобретение со ссылками на варианты реализации изобретения и сопровождающие чертежи.

При способе сброса давления и увеличения проницаемости пневматическим взрывом под высоким давлением в настоящем изобретении, вначале пробуриваются взрывные шурфы 5 на глубину 25-30 м в пласте угля 7 обычным способом; затем, после того как взрывные шурфы 5 образованы, выполняется резка слоя режущей водяной струей под давлением во взрывных шурфах 5 изнутри к внешней части с соответствующим интервалом, для образования направляющих щелей 8 в массиве угля вокруг внутренности взрывных шурфов 5 через равные интервалы; с одной стороны, операция резки слоя вызывает большие разрывы в массиве угля, с другой стороны, щели и разрывы поддерживают направляющий и управляющий эффект, так что высокое давление газа ударяет центрально в нескольких направлениях, отсюда, эффект образования трещин и эффект взаимного сообщения лучше, и эффект взрыва улучшается; взрывная стальная труба 3 вставляется во взрывной шурф 5 и уплотняют в верхней части, несколько пор 6 скомпонованы на стенке конца переднего уплотнения взрывной стальной трубы 3, и открытый участок взрывного шурфа 5 уплотняется уплотнительным материалом, который может выдерживать пневматический удар большой силы через соответствующий процесс, для образования 8-10 м цементной пробки 4; в другом варианте, "прочный-слабый-прочный" способ уплотнения может быть использован для уплотнения открытого участка взрывного шурфа 5, причем два конца участка уплотнительного открытого участка, относящиеся к уплотнению "прочный-слабый-прочный", уплотняются уплотнительным материалом высокой прочности, в то время как средняя часть участка уплотняемого открытого участка уплотняется уплотнительным материалом с большей пластичностью; высокопрочный уплотнительный материал на двух концах может эффективно сопротивляться взрывной волне высокого давления газа, в то время как уплотнительный материал с более высокой пластичностью на среднем участке может эффективно поглотить взрывную волну. Отсюда достигается эффективное уплотнение и гарантируется хороший взрывной эффект. Открытый конец взрывной стальной трубы 3 присоединяется к газовой станции высокого давления 1 через клапан 2. Клапан 2 является быстродействующим выключателем, которым газ под высоким давлением может быть освобожден мгновенно. Кроме того, клапан 2 может быть обеспечен как выключатель дистанционного управления, и работа может управляться датчиком для удовлетворения требований безопасности. Газ под высоким давлением инжектируется, когда клапан 2 на трубопроводе открывается. Давление газа составляет 25 МПа. Газ под высоким давлением вымывается гидроразмывом из пор 6 через взрывную стальную трубу 3 и действует на угольный массив вокруг шурфа для образования новых щелей. На основе первоначальных разрывов и прорезанных щелей слоя и разрывов, которые существуют, газ под большим давлением с большой энергией резания действует непрерывно на угольный массив; тем временем, высокое давление газа резко прорывается мгновенно в массив угля и расширяет непрерывно первоначальные разрывы; отсюда, число и размер разрывов значительно увеличивается; в свою очередь, больше газа под высоким давлением входит в более и более расширенные разрывы в массиве угля. Поскольку сжимаемость газа под высоким давлением является очень высокой, высокое давление газа в разрывах содержит гигантскую энергию расширения. Поскольку объем газа расширяется непрерывно, в разрывах создаются локальные пневматические взрывы; в свою очередь, разрывы в массиве угля становятся больше и размер становится больше, и непрерывно соединяются и сообщаются друг с другом; отсюда, даже газ с более высоким давлением войдет в разрывы в массиве угля. Такой процесс накапливает энергию и перекрывается постоянно и повторяется в цикле повторно. В завершение, сеть больших разрывов, сообщающихся друг с другом, образуется в массиве угля, центрируясь на взрывных шурфах. Отсюда, достигается цель сброса давления и увеличения проницаемости массива угля, и массив угля взрывается пневматически под высоким давлением.