1.本发明属于矿山开采领域，具体为一种爆轰冲击水压致裂矿岩方法。
背景技术：2.自然崩落法开采矿床主要依赖矿岩体内部的节理裂隙和地应力，当节理裂隙不发育或者地应力环境不好时，往往出现在拉底工程形成后难以持续崩落或者出矿块度过大等问题，特别是在自然崩落法开采坚硬、结构面少、完整性好的难崩矿床时。
3.为了改善此类矿床的可崩性，往往需要采用通过一些人为辅助工程来预处理形成微裂隙或宏观裂隙以改善矿岩可崩性，如水压致裂法、钻孔爆破致裂法和co2气体致裂法。
4.但这些常规的矿岩致裂方法各存在一些不足，如水压致裂法需要专用的水压致裂系统，一套压裂系统一般服务一个压裂孔，且孔内压裂段一般在1.5～2m，单个孔需要分多段数十次上百次致裂，压裂时间长、成本高；钻孔爆破致裂法又致裂范围小，需要钻凿大量深孔，炸药消耗大，整体成本高；co2气体致裂法则需要专门的设备，设备复杂，搬运、操作不方便，成本高，且在上向钻孔致裂时安装困难。
技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种可解决矿岩致裂法成本高、准备时间长、工艺复杂等系列问题的爆轰冲击水压致裂矿岩方法。
6.本发明提供的这种爆轰冲击水压致裂矿岩方法，包括以下步骤：
7.(1)根据需要水压致裂的高度和范围，结合压裂矿岩的最大主应力分布情况确定钻孔布置并钻压裂孔；
8.(2)制作可放入压裂孔中的圆筒形框架和木楔，圆筒形框架制作好后，在其内腔中绑缚防水导爆索或者炸药卷和排气管，木楔制作时，安装注水管，预留排气管和导爆管雷管脚线安装孔；
9.(3)在圆筒形框架底部的防水导爆索或者炸药卷上绑缚导爆管雷管，然后将圆筒形框架送入压裂孔中；
10.(4)圆筒形框架送入压裂孔后，将排气管和导爆管雷管脚线穿过木楔，并使木楔抵住框架顶面，引出各管线后，采用炮泥封堵压裂孔；
11.(5)通过注水管往压裂孔中注水，直至排气管外端冒出清水，将注水管和排气管封闭，并用炮泥封堵压裂孔至孔口；
12.(6)待所有压裂孔完成封堵后，通过导爆索或者多发雷管连接各压裂孔的导爆管雷管；
13.(7)做好安全警戒后，采用起爆器起爆所有雷管，一段时间后进入作业面，用高压水将封堵压裂孔的炮泥清理后将压裂孔中的圆筒形框架剩余材料取出，检查压裂孔破坏情况能否再次进行爆轰水压致裂；
14.(8)压裂孔清理干净后，对矿岩致裂效果进行分析和评价，未达到致裂范围时，重
复上述步骤直至确认达到设定的矿致裂岩效果。
15.上述方法的一种实施方式中，步骤(1)中平行最大主应力方向设置若干压裂孔排面，依据矿岩可崩性评价结果，排距为15-30m；压裂孔间距为25-50m，孔径为120-150mm。
16.上述方法的一种实施方式中，步骤(2)中圆筒形框架采用若干单元节拼接成总长度，单元节采用多根竖向钢筋及多个钢筋环制作成型，钢筋环的内腔中连接支撑架，支撑架的中心固定用于绑缚防水导爆索或者炸药卷及排气管的支撑管。
17.上述方法的一种实施方式中，所述圆筒形框架放入压裂孔中时，距离压裂孔底面500-1000mm。
18.上述方法的一种实施方式中，所述支撑架采用轻质材料制作，支撑管采用硬塑料管，相邻单元节之间采用绑扎或者点焊的方式固定。
19.上述方法的一种实施方式中，步骤(4)和步骤(5)中，炮泥封堵压裂孔的长度至少5000mm。
20.本发明为了解决现有技术矿岩致裂法成本高、准备时间长、工艺复杂等系列问题，采用在密封注满水的钻孔中，利用一定量导爆索或炸药卷爆轰产生冲击波能和高能量密度气体来迅速挤压孔内液体水形成威力大冲击水压和气压的方法，使矿岩在高冲击水压作用下，微裂隙萌生、扩展、贯通而产生宏观裂隙，达到致裂矿岩的目的。通过采用致裂孔全长爆轰致裂工艺和多孔同时致裂作业，实现了集中、大范围致裂矿岩，节约了大量时间，提高了致裂效率；通过在水介质中起爆小剂量炸药爆轰，不破坏致裂孔，可重复多次利用钻孔进行爆轰致裂，增加单孔致裂在水平向的致裂范围，改善致裂效果。简言之，本发明具有水压致裂法和co2气体致裂法范围广、威力大、效果好，可重复多次利用钻孔进行致裂的优势；也具有爆破致裂法多孔同时进行致裂，操作简单、设备要求低的优势；还具有工艺简单，可操作性强，准备时间短、施工方便、效率高、成本低等优势。本发明由于设置了圆筒形框架作为支撑骨架，使得本方法可很好的实现上向钻孔致裂。
附图说明
21.图1为本发明一个实施例中爆破系统的布置示意图。
22.图2为本实施例中各上向压裂孔中爆破单元的布置示意图。
23.图3为本实施例中圆筒形框架的俯视放大示意图。
24.图中序号：
25.1-压裂孔；2-竖向钢筋；3-箍筋；4-十字架；5-硬塑管；
26.6-排气管；7-注水管；8-木楔；9-防水导爆索；10-缓存气室；
27.11-雷管；12-雷管脚线；13-炮泥；14-起爆器；15-清水。
具体实施方式
28.本发明是基于导爆索或炸药卷在水中爆轰时产生的冲击波能和高能量密度气体挤压孔内液体水形成威力大的冲击水压和气压来实现矿岩致裂。通过水中爆轰产生冲击波能和高能量密度气体，挤压孔内液体水形成威力大的冲击水压和气压，使钻孔周围矿岩产生宏观裂隙，快速完成矿岩致裂；采用致裂孔全长爆轰式致裂工艺，多致裂孔同时进行致裂作业，致裂法范围广，节约了大量时间，提高了致裂效率；采用小剂量炸药水介质中爆轰，不
易破坏致裂孔，可重复多次利用钻孔进行爆轰致裂，单孔致裂在水平上致裂范围更大、致裂效果好；设计简易爆轰式致裂工艺，爆轰致裂矿岩采用矿山常见、低廉的材料和设备，准备时间短、施工方便、效率高、成本低。
29.具体实施时，根据矿床节理裂隙发育情况和最大主应力方向，压裂孔排距取15-30m，压裂孔间距25-50m。通过采用钢筋、竹竿等材料制作简易圆筒形框架，将导爆索或炸药卷放置在致裂孔中心位置，封闭孔口注入清水，然后用炮泥堵塞约10m。进行各压裂孔的导爆管雷管连线，起爆所有雷管完成第一次致裂，清理致裂孔，重复装药、注水、封堵、爆轰致裂操作3-6次，最终完成矿岩致裂。
30.下面以上向压裂孔为例说明详细的实施步骤：
31.(1)根据需要水压致裂的高度和范围，每隔一定距离采用钻机施工相应深度的上向钻孔。结合压裂矿岩的最大主应力分布情况布置压裂孔1，平行最大主应力方向设置多个压裂孔排面。依据矿岩可崩性评价结果，排距一般取15-30m；压裂孔间距25-50m，孔径约120-150mm，如图1所示。具体的合适数据根据不同矿岩性质及参数确定。
32.(2)根据压裂孔的孔径尺寸，采用钢筋和硬塑料管制作直径比压裂孔孔径小10-20mm的圆筒形框架，长度比钻孔深度短10m。
33.本实施例中，圆筒形框架采用单元节的形式制作，然后将各单元节连接固定成总长度的圆筒形框架。
34.圆筒形框架的单元节可采用矿山常见材料制作。本实施例中，单元节的筒体采用四根长约20-50m、直径为8mm的竖向钢筋2，筒体中心位置用一根相应长度的硬塑料管5，并每隔2-5m用φ4mm的箍筋3以及竹条或铝条制作的十字架4连接成为一个整体，如图3所示。
35.(3)在第一个单元节中心的硬塑管5上绑缚防水导爆索9，孔底第一个单元节最顶部预留0.5m-1m作为缓存气室10，然后再开始绑上排气管6，然后整体缓慢送入压裂孔。其它实施例也可采用防水炸药卷梯道防水导爆索。
36.制作木楔8，木楔的直径与圆筒形框架的直径相同，其上预留排气孔、导爆管雷管脚线孔及注水孔，并将注水管7安装固定好。
37.(4)各单元节制作好后，一节一节往压裂孔中送入，送入第二个单元节前，先将第一个单元节预留一段在孔外与第二个单元节绑扎或者焊接成整体，防水导爆索或炸药卷、排气管不间断绑缚到第二个单元节上，缓慢推第二个单元节进入压裂孔。依此操作，待只剩下最后一个单元节时，在防水导爆索或炸药卷上绑缚两发导爆管雷管11。
38.(5)所有的单元节都送入压裂孔中后，将排气管、注水管、导爆管连接的雷管脚线12穿过木楔，使木楔抵住圆筒形框架的上端面，然后采用炮泥13封堵压裂孔长度约5m，此时炮泥面距离孔口约5m。
39.(6)采用水泵将清水通过注水管注入压裂孔直至排气管流出清水15时停止注水，然后将注水管和排水管进行封闭，并用炮泥封堵压裂孔至孔口，即炮泥的总封堵长度约为10m。
40.一个压裂孔封堵完成后的状态如图2所示。为了便于视图能看得更清楚，在图2中未示出圆筒形框架。
41.(7)待所有压裂孔完成封堵后，采用导爆索或者多发雷管连接各压裂孔的导爆管雷管，如图1所示。
42.(8)做好安全警戒后，采用起爆器14起爆所有雷管，30min后进入作业面，用高压水缓慢将炮泥清理，清理完毕后将压裂孔中的钢筋缓慢取出，检查压裂孔破坏情况，能否再次进行爆轰水压致裂。
43.致裂孔清理干净后，对矿岩致裂效果进行分析和评价，未达到致裂范围时，可重复上述装药、注水、封堵等系列操作3-6次，最终完成矿致裂岩。
44.经过试验验证，本发明通过水中爆轰产生冲击波能和高能量密度气体，挤压孔内液体水形成威力大的冲击水压和气压，形成约100-500mpa的冲击压力，使矿岩产生微裂隙进而发展为宏观裂隙，实现了矿岩致裂；采用致裂孔全长爆轰式致裂工艺，致裂深度为钻孔深度，且能多排多孔致裂孔同时进行致裂作业，根据致裂区域，在水平上致裂法范围可达到1-10万m2，高度上可以达到100-400m，集中进行爆轰致裂节约了大量时间，提高了致裂效率；采用小剂量炸药水中爆轰，不易破坏致裂孔，可重复3-6次利用钻孔进行爆轰致裂，在前次爆轰致裂裂缝的基础上，扩大、延伸致裂距离，使单孔致裂在水平上致裂范围更大、致裂效果好；爆轰致裂矿岩所采用材料和设备均为矿山常见的防水导爆索或炸药、雷管、钢筋、炮泥、小型水泵等，且爆轰式致裂工艺操作简单，致裂施工方便，效率提高数倍，致裂成本降低30％-50％以上。
技术特征：1.一种爆轰冲击水压致裂矿岩方法，包括以下步骤：(1)根据需要水压致裂的高度和范围，结合压裂矿岩的最大主应力分布情况确定钻孔布置并钻压裂孔；(2)制作可放入压裂孔中的圆筒形框架和木楔，圆筒形框架制作好后，在其内腔中绑缚防水导爆索或者炸药卷和排气管，木楔制作时，安装注水管，预留排气管和导爆管雷管脚线安装孔；(3)在圆筒形框架底部的防水导爆索或者炸药卷上绑缚导爆管雷管，然后将圆筒形框架送入压裂孔中；(4)圆筒形框架送入压裂孔后，将排气管和导爆管雷管脚线穿过木楔，并使木楔抵住框架顶面，引出各管线后，采用炮泥封堵压裂孔指定长度；(5)通过注水管往压裂孔中注水，直至排气管外端冒出清水，将注水管和排气管封闭，并用炮泥封堵压裂孔至孔口；(6)待所有压裂孔完成封堵后，通过导爆索或者多发雷管连接各压裂孔的导爆管雷管；(7)做好安全警戒后，采用起爆器起爆所有雷管，一段时间后进入作业面，用高压水将封堵压裂孔的炮泥清理后将压裂孔中的圆筒形框架剩余材料取出，检查压裂孔破坏情况能否再次进行爆轰水压致裂；(8)压裂孔清理干净后，对矿岩致裂效果进行分析和评价，未达到致裂范围时，重复上述步骤直至确认达到设定的矿致裂岩效果。2.如权利要求1所述的爆轰冲击水压致裂矿岩方法，其特征在于：步骤(1)中，平行最大主应力方向设置若干压裂孔排面，依据矿岩可崩性评价结果，排距为15-30m；压裂孔间距为25-50m，孔径为120-150mm。3.如权利要求1所述的爆轰冲击水压致裂矿岩方法，其特征在于：步骤(2)中，圆筒形框架采用若干单元节拼接成总长度，单元节采用多根竖向钢筋及多个钢筋环制作成型，钢筋环的内腔中连接支撑架，支撑架的中心固定用于绑缚防水导爆索或者炸药卷及排气管的支撑管。4.如权利要求3所述的爆轰冲击水压致裂矿岩方法，其特征在于：所述圆筒形框架放入压裂孔中时，距离压裂孔底面500-1000mm。5.如权利要求3所述的爆轰冲击水压致裂矿岩方法，其特征在于：所述支撑架采用轻质材料制作，支撑管采用硬塑料管，相邻单元节之间采用绑扎或者点焊的方式固定。6.如权利要求1所述的爆轰冲击水压致裂矿岩方法，其特征在于：步骤(4)和步骤(5)中，炮泥封堵压裂孔的长度至少5000mm。
技术总结本发明公开了一种爆轰冲击水压致裂矿岩方法，包括以下步骤：布置并钻压裂孔；制作可放入压裂孔中的框架及封堵框架的木楔，在框架上绑缚导爆索/炸药卷及排气管，木楔制作时安装注水管；将框架送入压裂孔中后，将排气管和导爆管雷管脚线穿过木楔，用炮泥封堵压裂孔一段长度；往压裂孔中注水至排气管冒水后封闭排气管和注水管，并用炮泥封堵压裂孔至孔口；将导爆索连接各压裂孔引出的导爆管雷管；起爆所有雷管；检查压裂孔的破坏情况；清理压裂孔并对致裂效果进行分析确定是否需要再次压裂。即在密封注满水的钻孔中，利用爆轰产生冲击波能和高能量密度气体迅速挤压孔内液体形成威力大冲击水压和气压使矿岩由微裂隙萌生、扩展、贯通产生宏观裂隙。通产生宏观裂隙。通产生宏观裂隙。
技术研发人员：张宝
受保护的技术使用者：紫金（长沙）工程技术有限公司
技术研发日：2022.07.14
技术公布日：2022/11/1
