[發(fā)明專利]基于水力割縫的凍結(jié)式石門揭煤方法

有效

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• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN104213921A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟成;林柏泉;余旭;彭深;向賢偉;徐吉釗;倪冠華;李全貴;楊威;許彥明;湯宗情;武世亮;仲超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21C45/00
• 分類號(hào): E21C45/00;E21C41/18;E21F7/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種抽采瓦斯方法，尤其是一種適用于高瓦斯低透氣性煤層瓦斯突出的基于水力割縫的凍結(jié)式石門揭煤方法。

技術(shù)背景

煤與瓦斯突出是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一，尤其是石門揭穿煤層時(shí)突出強(qiáng)度最大、最危險(xiǎn)。揭煤工作面前方煤巖應(yīng)力狀態(tài)易發(fā)生突然變化，巖石、煤層的彈性潛能以及瓦斯能量大量釋放而發(fā)生高強(qiáng)度突出。石門揭煤突出的平均強(qiáng)度為其他各類巷道突出強(qiáng)度的6倍以上，80％以上的特大型突出都發(fā)生在石門揭煤過程中。由于石門揭煤施工工藝的特殊性，揭穿突出煤層全過程都有突出危險(xiǎn)，并可能發(fā)生連續(xù)突出、延期突出和自行揭開突出，比一般類型突出防治難度更大。

目前，高瓦斯突出煤層石門揭煤方法主要從卸壓和加固兩個(gè)方面實(shí)施，在煤層卸壓增透方面主要有水力沖孔、松動(dòng)爆破和水力割縫等措施，在煤體加固方面主要有金屬骨架和注漿加固等措施。這些措施在石門揭煤防突工作中取得了一定的成效，但是也存在很大的局限性，水力割縫等措施能有效卸除地應(yīng)力和瓦斯壓力，但同時(shí)破壞了煤體完整性，揭煤區(qū)域煤體強(qiáng)度降低；注漿加固能有效提高煤體強(qiáng)度，但是水泥砂漿只能在裂隙中滲透擴(kuò)散，由于煤體裂隙開度小，水泥漿擴(kuò)散半徑有限，只能小范圍的實(shí)現(xiàn)揭煤區(qū)域煤體強(qiáng)度，無法實(shí)現(xiàn)區(qū)域性加固。因此，迫切需要提供一種石門揭煤方法，既能滿足卸壓增透高效抽采煤體瓦斯，又能強(qiáng)化加固揭煤區(qū)煤體強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)安全快速揭煤。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)中存在的問題，提供一種方法簡單、安全性高、揭煤效果好的基于水力割縫的凍結(jié)式石門揭煤方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于水力割縫的凍結(jié)式石門揭煤方法，包括以下步驟：

a.在揭煤工作面距煤層的最小法向距離大于或等于7m的位置處，穿過保護(hù)巖柱向煤層方向間隔施工多個(gè)注水孔；

b.采用常規(guī)水力割縫技術(shù)依次對每個(gè)注水孔進(jìn)行水力割縫，并對水力割縫后的注水孔進(jìn)行注漿封孔；

c.將所有注水孔與瓦斯抽采管網(wǎng)連接進(jìn)行抽采，當(dāng)煤層瓦斯含量小于8m³/t時(shí)，停止抽采；

d.在每個(gè)注水孔的兩側(cè)分別施工一個(gè)凍結(jié)孔，凍結(jié)孔距離注水孔孔口距離為0.2～0.5m，終孔距離為5～10m，然后在兩個(gè)凍結(jié)孔與注水孔中間分別施工一個(gè)測溫孔；

e.在測溫孔中送入溫度傳感器，采用注漿封孔的方式對測溫孔進(jìn)行封孔，將凍結(jié)管送入凍結(jié)孔內(nèi)，送入深度為不小于凍結(jié)孔深度的80％；

f.將高壓注水管與注水孔相連接，采用高壓注水泵通過高壓注水管向注水孔中注入高壓水，注水的壓力為3-15MPa，待注水孔周圍煤壁出現(xiàn)滲水現(xiàn)象、或注水壓力突然降低、或持續(xù)注水壓力無明顯變化時(shí)停止注水；

g.將凍結(jié)孔內(nèi)的凍結(jié)管與井下凍結(jié)系統(tǒng)相連接，通過凍結(jié)管對煤層進(jìn)行凍結(jié)，凍結(jié)過程中，設(shè)在測溫孔內(nèi)的溫度傳感器分別經(jīng)數(shù)據(jù)線將煤層內(nèi)的溫度信號(hào)傳輸給數(shù)字溫度顯示儀，通過數(shù)字溫度顯示儀實(shí)時(shí)監(jiān)測測溫孔內(nèi)煤層的溫度，當(dāng)所有測溫孔內(nèi)煤層的溫度均達(dá)到-3℃時(shí)，則判斷揭煤區(qū)域內(nèi)的煤層已經(jīng)凍結(jié)；

h.按照常規(guī)揭煤方法揭開煤層。

有益效果：由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明利用水力割縫技術(shù)，通過高壓泵站產(chǎn)生的高壓水射流對鉆孔周圍煤體進(jìn)行切割，對目標(biāo)煤層進(jìn)行了卸壓，同時(shí)增加了揭煤區(qū)域煤體的透氣性，在煤體內(nèi)形成復(fù)雜裂隙網(wǎng)，增加煤層內(nèi)瓦斯流動(dòng)通道，提高瓦斯抽采效果，同時(shí)利用水的相變作用，結(jié)合煤層注水與凍結(jié)技術(shù)，通過水的相變對揭煤區(qū)域進(jìn)行凍結(jié)，進(jìn)一步消除石門揭煤過程中的突出危險(xiǎn)性。水力割縫技術(shù)形成的高壓水射流對鉆孔周圍煤體進(jìn)行切割，形成具有一定厚度和高度的扁平縫槽，增加了瓦斯在煤層中的流動(dòng)通道，改變了煤體力學(xué)性質(zhì)，提高了高瓦斯煤層的透氣性，改善了煤層中的瓦斯流動(dòng)狀態(tài)；鉆孔瓦斯抽采影響半徑達(dá)10～40m，與普通抽采鉆孔相比，單孔有效抽采影響半徑擴(kuò)大5～20倍，瓦斯抽采鉆孔數(shù)減少20％～60％，能夠高效的降低煤層瓦斯含量，降低石門揭煤的突出危險(xiǎn)性。同時(shí)，煤層注水技術(shù)和凍結(jié)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)揭煤區(qū)域周圍煤體凍結(jié)，提高了目標(biāo)煤體的強(qiáng)度和抗沖擊能力，進(jìn)一步降低石門揭煤區(qū)域的突出危險(xiǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的揭煤工作面水力割縫技術(shù)的凍結(jié)式石門揭煤示意圖。

圖2是圖1的A－A揭煤工作面凍結(jié)單元布置示意圖。

圖3是本發(fā)明的注水孔連接注水系統(tǒng)示意圖。

圖4是本發(fā)明的測溫孔連接測溫系統(tǒng)示意圖。

圖5是本發(fā)明的凍結(jié)孔連接凍結(jié)系統(tǒng)示意圖。