CN109057813B - 一种利用高压水射流防治井筒岩爆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用高压水射流防治井筒岩爆的方法，包括步骤：(S1)在井壁均匀钻凿3个以上的超前卸压钻孔；(S2)将高压水射流管和喷头放入钻孔，通过喷头在钻孔底部喷射水束破碎岩石形成射孔；(S3)不断转动高压水射流管，调整喷头的喷射方向，得到深度相同且位于同一平面的若干射孔，形成以喷头为圆心的圆形切割槽；(S4)重复(S2)‑(S3)，在各钻孔底部分别形成圆形切割槽，各圆形切割槽所对应的射孔深度和方位使得相邻两个圆形切割槽两两相交，在井壁外形成连通的环井筒破碎带，以此实现超前连续卸压，并利用高压水通过岩体裂隙软化围岩，实现高效防治岩爆的目的。
Description
技术领域
本发明属于井筒掘进工程技术领域，尤其涉及一种利用高压水射流防治井筒岩爆的方法，特别适用于矿山井筒掘进高岩爆风险区域的灾害控制。
背景技术
深部井筒围岩处于“三高一扰动”的极端地质力学环境，在这种条件下开挖硬岩出现高强度岩爆等深部工程灾害的可能性和频率越来越高，造成的人员伤亡、工期延误及经济损失的风险和严重性越来越大。因此，对深部井筒岩爆的有效防治对于确保施工人员生命安全及井筒高效施工均具有重大意义。
卸压爆破是目前防治岩爆最主要的方式之一。通过在有极大岩爆倾向的岩体内部施工钻孔，并在钻孔端部进行松动爆破，使围岩内的能量得到释放而达到防治岩爆的目的。然而，卸压爆破在防治井筒岩爆方面存明显缺陷。首先，卸压爆破对围岩形成的二次动力扰动对井筒稳定性会产生较大影响，特别是用药量过大时易造成井壁岩体破坏；其次，卸压爆破仅仅是针对一个点的卸压，不能在整个井筒周围区域形成连续的破碎岩石应力解除层，导致卸压效果不理想。另一种常用的缓和岩爆的方法是注水，通过向孔内灌注高压水，使围岩强度弱化而消除岩爆风险。然而，对于完整性较好的硬岩，由于岩石渗透性较差，注水防治岩爆的范围小，且时间长。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供一种利用高压水射流防治井筒岩爆的方法，利用高压水束定向破碎岩体，形成环绕井筒的破碎带，同时高压水能透过岩体裂隙软化围岩，达到高效防治岩爆的目的。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用高压水射流防治井筒岩爆的方法，包括步骤：
(S1)在井壁均匀钻凿3个以上的超前卸压钻孔，钻孔孔径优选为38～50mm，孔深在井筒轴向的投影距离与井筒进尺距离相同，钻孔轴向与井筒轴向的夹角优选为30～60°；
(S2)将高压水射流管放入钻孔，钻孔底部放置与高压水射流管连接的喷头,通过喷头喷射水束破碎岩石形成射孔；
(S3)不断转动高压水射流管，调整喷头的喷射方向，得到深度相同且位于同一平面的若干射孔，形成以喷头为圆心的圆形切割槽；
(S4)重复(S2)-(S3)，在各钻孔底部分别形成圆形切割槽，各圆形切割槽所对应的射孔深度和方位使得相邻两个圆形切割槽两两相交，在井壁外形成连通的环井筒破碎带，优选的，各圆形切割槽直径相同，均平行于井筒纵切面。
优选的，钻孔数量为8～12个，沿井筒环向每隔30～45°均匀分布。
优选的，高压水射流管内径为5～10mm，外径为10～20mm。
优选的，喷头长6～10mm，内径为4～6mm，外径为8～12mm。
优选的，沿喷头环向均匀设置若干个直径为2～3mm的喷嘴，喷嘴数量优选为4个，沿喷头环向每隔90°均匀分布。
优选的，喷头轴向分别与井筒纵切面和喷嘴轴向垂直。
本发明的有益效果：
(1)通过在工作面超前形成连续的环井筒破碎带，对具有强岩爆倾向的岩体进行超前卸压，与传统的单点卸压相比，能更有效地卸载围岩内的高应力和高能量，避免围岩应力和能量在未卸压区聚集而诱发更大规模的岩爆，井筒在环井筒破碎带内进行开挖，岩爆灾害已提前得到防治，施工安全性好。
(2)高压水射流不仅能通过破碎岩体进行卸压，还能软化围岩，诱发岩体裂隙扩展、贯通、融合，充分利用了卸压与注水两种岩爆防治方法的优势，实现高效防治岩爆的目的，有效解决了高岩爆突出型井筒的安全施工难题。
附图说明
图1为钻孔布置图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为钻孔内高压水射流管及喷头结构示意图；
图4为图3的B-B剖视图；
图5为井筒岩爆防治效果图；
图6为图5的C-C剖视图；
图7为图5的D-D剖视图；
图中：1-井筒；2-钻孔；3-高压水射流管；4-喷头；5-喷嘴；6-环井筒破碎带；7-射孔；8-圆形切割槽。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。
参见图1-7，本发明利用高压水射流防治井筒岩爆的方法包括步骤：
步骤一：在井筒1井壁均匀钻凿8～12个超前卸压钻孔2，孔径为38～50mm，孔深在井筒1轴向的投影距离与井筒1进尺距离相同。为保证均匀的卸压效果，同时避免钻孔2造成开挖过程中井壁岩体破坏，钻孔2与垂直方向的夹角均为30～60°，沿井筒1环向每隔30～45°均匀分布。
步骤二：将内径5～10mm、外径10～20mm的高压水射流管3及长6～10mm、内径4～6mm、外径8～12mm的喷头4放入钻孔2底部，喷头4环向每隔90°均匀设置4个直径2～3mm的喷嘴5，利用高压或超高压泵将水增压形成高速、高能、高穿透力的水束，通过喷嘴5射出，从而破碎岩石形成一定深度的4个射孔7。本实施例中，喷头4轴向与井筒1纵切面和喷嘴5轴向垂直，便于更好地控制射流方向。
步骤三：缓慢转动高压水射流管3，调整喷嘴5的喷射方向，在喷嘴5所在平面再形成4个深度相同的射孔7，不断转动高压水射流管3，直至形成以喷头4为圆心且平行于井筒1纵切面的圆形切割槽8。本实施例在井筒1切向进行定向水射流破岩，对井筒1径向岩体扰动很小，大大减小了对井筒1的二次扰动破坏，有利于高岩爆倾向型井筒的高效安全施工。
步骤四：用相同的方法在各个钻孔2底部分别形成相同大小且平行于井筒1纵切面的圆形切割槽8，相邻两个圆形切割槽8两两相交，在井壁外形成连通的环井筒破碎带6，实现超前连续卸压，同时高压水能通过岩体裂隙软化围岩，有效结合了卸压与注水两种岩爆防治方法的优势，岩爆防治效果好、效率高。
在完成一个进尺的掘进距离以后，重复步骤一至四，直至井筒施工完毕，或至少保证岩爆风险区域段井筒施工完毕。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种利用高压水射流防治井筒岩爆的方法，其特征在于，包括步骤：
(S1)在井壁均匀钻凿3个以上的超前卸压钻孔；
(S2)将高压水射流管放入钻孔，钻孔底部放置与高压水射流管连接的喷头,通过喷头喷射水束破碎岩石形成射孔；
(S3)不断转动高压水射流管，调整喷头的喷射方向，得到深度相同且位于同一平面的若干射孔，形成以喷头为圆心的圆形切割槽；
(S4)重复(S2)-(S3)，在各钻孔底部分别形成圆形切割槽，各圆形切割槽所对应的射孔深度和方位使得相邻两个圆形切割槽两两相交，在井壁外形成连通的环井筒破碎带。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，钻孔孔径为38～50mm，孔深在井筒轴向的投影距离与井筒进尺距离相同。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，钻孔轴向与井筒轴向的夹角为30～60°。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，钻孔数量为8～12个，沿井筒环向每隔30～45°均匀分布。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，各钻孔底部形成的圆形切割槽直径相同，均平行于井筒纵切面。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，高压水射流管内径为5～10mm，外径为10～20mm。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，喷头长6～10mm，内径为4～6mm，外径为8～12mm。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，沿喷头环向均匀设置若干个直径为2～3mm的喷嘴。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述喷嘴数量为4个，沿喷头环向每隔90°均匀分布。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，喷头轴向分别与井筒纵切面和喷嘴轴向垂直。
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