[發明專利]一種水力壓裂與注漿固化相結合的石門揭煤方法

有效

• 申請號: 201310112121.0
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103195467A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 李棟;覃樂;郭臣業;周東平;余模華;王聯;周俊杰;徐濤;張翠蘭;張迪;何苗;周聲才;沈大富
• 申請（專利權）人: 重慶市能源投資集團科技有限責任公司
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00
• 代理公司: 重慶創新專利商標代理有限公司 50125
• 代理人: 劉代春

技術領域

本發明涉及一種石門揭煤方法，尤其是一種適用于具有強突危險的低透氣性松軟煤層的水力壓裂與注漿固化相結合的快速石門揭煤方法。

背景技術

在突出危險性高的礦井中的巷道施工中，石門揭穿煤層時最容易發生大規模、高強度的煤與瓦斯突出，嚴重制約著礦井的安全高效生產。現有技術中的石門防突揭煤方法較多，包括預抽瓦斯卸壓法、煤體固化法等。各種方法中都必然含有按照《煤與瓦斯突出防治規定》，在按常規方法進行巷道掘進過程中的揭石門前施工瓦斯抽采孔和抽采瓦斯的步驟。然而，隨著煤炭開采深度的增加，煤與瓦斯突出問題顯得越來越嚴重，采取單一消突措施難以達到安全、快速揭煤的目的。中國專利公開號CN101598030A，公開日期2009年12月9日，發明創造名稱“突出危險煤層石門快速揭煤方法”，公開了一種將預抽瓦斯卸壓與煤體固定相結合的方法，包括通過高壓水射流割縫、水力沖孔或松動炮等技術在石門周邊一定范圍內對煤層進行破壞，然后進行瓦斯抽采卸壓，再通過在石門周邊一定厚度的煤層內灌注水泥漿制造一加強圈，從而形成一個保護結構，以確保揭石門安全，該方法可適用于具有強突危險煤層的石門揭煤。然而，該揭石門方法在實施過程中，所采用的高壓水射流割縫、水力沖孔或松動炮等技術對煤體的破壞范圍及在破壞范圍內產生的裂隙有限，而且，衡量煤層的松動程度和對煤層灌漿量等參數選擇的合理性是確保揭石門安全和提高效率的關鍵要素，但在該技術方案中并未公開，因此，同行在具體實施過程中還需進行必要的摸索和實驗經驗積累，不便于直接推廣應用。為此，需要進一步改進，以方便同行相同性質煤礦直接采用，避免重復勞動，提高行業揭石門水平，提高社會效益。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種突出危險煤層水力壓裂與煤體固化相結合的石門揭煤方法，以達到快速、安全揭穿煤與瓦斯突出煤層的目的，同時，便于同行直接采用，避免重復勞動，提高社會效益。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種水力壓裂與注漿固化相結合的石門揭煤方法，包括以下步驟：

a、當巷道掘進至距煤層垂距10m時，沿巷道掘進方向鉆進壓裂孔，直至穿透煤層，對壓裂孔進行封孔處理，并通過壓裂孔對煤層注水進行水力壓裂，當壓裂壓力持續上升至出現一設定值的壓力降△P后，保持壓裂至注水量達到預計值后停止壓裂；

b、在巷道掘進至距煤層垂距5m時，在巷道兩幫擴挖耳形鉆場，施工穿透煤層的多個注漿孔，注漿孔的鉆孔范圍為巷道斷面輪廓線外2～2.5m；

c、在注漿孔內安設注漿管，對注漿孔進行封孔處理，并通過壓裂孔和注漿孔抽采煤層瓦斯至設定要求；

d、選擇任一待注漿的注漿孔，通過注漿管向其孔內壓力灌注凝固后可對煤層進行加固的漿液，并臨時封堵其余待注漿的注漿孔；其注漿壓力在15MPa以上，當達到設定注漿量時，停止注漿；

e、循環步驟d，直至完成對所有注漿孔的注漿；?

f、待漿液固化并檢驗達標后，按照常規方法進行巷道掘進并穿過煤層，完成石門揭煤工作；?

所述的壓力降△P一般為3MPa以上；所述的注漿量包括注漿孔內的注漿量M₁和煤層中滲透擴散的注漿量M₂，其單孔注漿總量按如下公式計算：?

式中：—漿液密度，kg/m³；

—儲備系數，通常取1.1～1.2；

—漿液發泡倍數，通常取1.3～1.4；

—鉆孔直徑，單位mm；

—注漿孔長度，單位m；

—漿液在煤層中的滲透半徑，由煤層賦存特征和壓裂效果確定，單位m；

—注漿孔在煤層中長度，單位m；

—煤層孔隙率。

所述水力壓裂預計注水量應根據所壓裂煤層具體特征確定；所述壓裂孔直徑為95mm；所述的注漿孔直徑為75mm；所述的注漿管采用直徑為12.5mm的無縫鋼管。

本發明的有益效果是：本發明通過首先對煤巖體進行水力壓裂，促使煤體產生大量的貫通裂隙，煤巖體大范圍卸壓抽采瓦斯后，再對該區域鉆孔注漿加固，大大提高了煤巖體的強度，從而有效抵抗揭煤時的突出和沖擊作用，達到快速安全揭煤的目的。水力壓裂使煤巖體產生大量裂隙的同時，釋放了一部分的原始地應力，確保了漿液順利注入，并擴大了注漿加固的范圍。本套方法在確保安全揭煤的前提下，能減少消突工程量、縮短施工周期，滿足了強突出煤層快速安全石門揭煤的需要。同時，本發明給出了壓裂時的壓力降值和壓力注漿的注漿壓力和注漿量，避免同行進行重復勞動，可帶來顯著的社會效益。