[發明專利]一種高瓦斯低滲煤層液態二氧化碳相變致裂石門揭煤方法

有效

• 申請號: 201610632728.5
• 申請日: 2016-08-04
• 公開（公告）號: CN106285609B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 張東明;白鑫;尹光志;王浩;祖釩瑩;何慶兵;張先萌;鄭彬彬;周斌;樊增瑞
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: E21B43/263
• 分類號: E21B43/263;E21F7/00
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙)11316
• 代理人: 張小曉

1.一種高瓦斯低滲煤層液態二氧化碳相變致裂石門揭煤方法，其特征是：包括以下步驟：

1)超前地質鉆探

在揭煤的掘進工作面掘進至距煤層最小法向距離(L1)為20m-10m時，采用直徑75mm或94mm在掘進工作面兩側向揭煤區域煤體內施工兩個穿透煤層全厚，且進入頂板或底板不小于0.5m的前探取芯鉆孔，鉆孔進入煤層位置位于揭煤巷道上下幫的距離(L2)為12m范圍以外；詳細記錄有無噴孔現象、煤層傾角、煤層厚度、地質構造、巖芯資料、底板和頂板巖石致密性，對揭煤工作面前方巖石試件及煤體試件進行力學強度測試；

2)液態二氧化碳相變致裂孔與瓦斯抽采孔施工

A2、施工二氧化碳相變致裂孔

當掘進工作面法向距離(L1)為10m-5m時，在掘進巷道掌子面向揭煤區域煤層內施工液態二氧化碳相變致裂孔三組，每組三個鉆孔，鉆孔直徑94mm，通過三組鉆孔對待開挖煤巷上幫與下幫12m范圍以內煤層區域瓦斯進行致裂增透，根據現場試驗結果確定液態二氧化碳相變致裂影響半徑；

第一組液態二氧化碳相變致裂孔包括第一致裂孔(101)、第二致裂孔(102)和第三致裂孔(103)；所述第二致裂孔(102)的終孔位于揭煤巷道上幫14.4m處，第一致裂孔(101)和第三致裂孔(103)的終孔位置分別位于所述第二致裂孔(102)煤層走向左、右16m處；

第二組液態二氧化碳相變致裂孔包括第四致裂孔(104)、第五致裂孔(105)和第六致裂孔(106)；所述第五致裂孔(105)的終孔位于揭煤巷道中心位置，與所述第二致裂孔(102)的距離(L4)為16m；第四致裂孔(104)和第六致裂孔(106)的終孔位置分別位于第五致裂孔(105)煤層走向方向左、右16m處；

第三組液態二氧化碳相變致裂孔包括第七致裂孔(107)、第八致裂孔(108)和第九致裂孔(109)；所述第八致裂孔(108)的終孔位于揭煤巷道下幫14.4m處，所述第七致裂孔(107)和第九致裂孔(109)的終孔位置分別位于所述第八致裂孔(108)煤層走向左、右16m處；

其中，第一致裂孔(101)、第四致裂孔(104)和第七致裂孔(107)的終孔位于同一傾向內，沿傾向間距16m；第二致裂孔(102)、第五致裂孔(105)和第八致裂孔(108)的終孔位于同一傾向內，沿傾向間距16m；第三致裂孔(103)、第六致裂孔(106)和第九致裂孔(109)的終孔位于同一傾向內，沿傾向間距16m；

B2、施工瓦斯抽采孔

完成液態二氧化碳相變致裂孔施工后，進行瓦斯抽采孔的鉆孔施工；

瓦斯抽采孔分為五組，鉆孔孔徑為94mm；

第一組抽采孔包括兩個抽采孔，分別位于所述第一致裂孔(101)和第二致裂孔(102)沿走向的距離中心，以及所述第二致裂孔(102)和第三致裂孔(103)沿走向的距離中心；

第二組抽采孔位于第一組液態二氧化碳相變致裂孔與第二組液態二氧化碳相變致裂孔沿煤層傾向的中心，具有5個瓦斯抽采孔，5個孔在走向方向等距布置，并與第一組抽采孔及致裂孔相對應；

第三組抽采孔包括兩個抽采孔，分別位于所述第四致裂孔(104)和第五致裂孔(105)沿走向的距離中心，以及所述第五致裂孔(105)和第六致裂孔(106)沿走向的距離中心；

第四組抽采孔包括5個瓦斯抽采孔，沿傾向方向以所述第三組抽采孔為中心與所述第二組抽采孔對稱布置；

第五組抽采孔包括兩個抽采孔，分別位于所述第七致裂孔(107)和第八致裂孔(108)沿走向的距離中心，以及所述第八致裂孔(108)和第九致裂孔(109)沿走向的距離中心；

依次完成瓦斯抽采孔的施工；

3)液態二氧化碳相變致裂增透瓦斯抽采

A3、準備工作：在地面將純度為99％的二氧化碳液體灌入液態二氧化碳儲液罐，檢查井下二氧化碳致裂器灌裝系統是否正常工作；礦井下二氧化碳致裂孔施工完畢后，將二氧化碳致裂器灌裝系統牽引至作業工作區域；

檢查井下壓風管路，由高壓管道將壓風輸送至工作區域；

B3、液態二氧化碳灌裝：將液體的二氧化碳從儲液罐灌裝至多個二氧化碳儲液管內；

C3、攜塑料顆粒支撐劑二氧化碳致裂系統安裝：

根據鉆孔施工期間地質編錄情況確定所需釋放管、儲液管、推進桿的數量，將裝有塑料顆粒支撐劑的紙質囊袋裝進釋放管內部，將釋放管由鉆機送入液態二氧化碳相變致裂孔內，接著由鉆機夾持器及動力頭將液態二氧化碳儲液管與釋放管通過螺紋連接頭連接，采用萬用表檢測引爆線連接是否正常，檢測連接正常后，由鉆機向前推送，緊接著將儲液管與推進桿通過螺紋連接頭連接，采用萬用表檢測引爆線連接是否正常，檢測連接正常后，由鉆機向前推送，之后循環完成連接推進桿、檢測引爆線連接、推進直至將釋放管、儲液管推送至設計煤層位置，鉆機停止工作，由鉆機固定推進桿以防止瓦斯抽采孔內設備滑移，連接引爆線，并將引爆線牽引至工作區域風門外，檢測連線是否正常，檢測連接正常后，致裂區域人員撤離至風門外，完成二氧化碳致裂系統安裝；

D3、起爆

待以上工作完成后，采用礦用起爆器，進行起爆，起爆后采用萬用表進行監測，若電阻較之前驟增，表明正常起爆，否則起爆失敗；在起爆成功后5分鐘之后，即可進入致裂工作區域，進行推桿拆卸；

E3、重復以上步驟C3和D3，對所有液態二氧化碳相變致裂孔進行致裂施工；

F3、連接抽采系統

液態二氧化碳相變致裂孔起爆施工完畢后，對致裂孔及瓦斯抽采孔進行封孔，將液態二氧化碳相變致裂孔與瓦斯抽采孔連接到抽采系統，進行負壓瓦斯抽采；

4)瓦斯抽采效果檢驗

抽采0.5年至1年時間后，進行抽采效果檢驗；

采用鉆屑瓦斯解析臨界指標進行預測，施工效果檢驗孔(306)3個，其中巷道中間一個、并位于瓦斯抽采孔之間，其它2個孔位于巷道上部的兩側，終孔位置位于抽采控制范圍控制的邊緣線上；

效果檢驗孔采用鉆機破巖進入煤層，采用直徑為94mm的鉆頭鉆進；效果檢驗孔必須布置在瓦斯抽采孔之間；鉆進速度均勻，速度控制在2m/min以內；鉆進過程每2米測定一次K1值，鉆屑瓦斯解析臨界指標滿足以下要求時，說明瓦斯抽采效果有效，可以進行掘進工作；否則抽采措施無效，則需采取補打瓦斯抽采孔、延長抽采時間，直至防突措施有效；

干煤樣的鉆屑瓦斯解析指標△h2臨界值為200Pa，鉆屑瓦斯解析指標K1臨界值為0.5mL/g.min-1/2；濕煤樣的鉆屑瓦斯解析指標△h2臨界值為160Pa，鉆屑瓦斯解析指標K1臨界值為0.4mL/g.min-1/2；

5)液態二氧化碳相變致裂爆破揭煤

當巷道掘進距離煤層法線距離(L1)為1.5米時，停止掘進，采用液態二氧化碳相變致裂方法進行爆破破巖揭煤；

按常規爆破方法，在掌子面上設置周邊眼、輔助眼、掏槽眼爆破揭煤孔，各個爆破孔之間以并聯方式連接，撤出揭煤區域人員，采用遠距離放炮同時起爆揭穿煤層，一次全斷面揭開煤層；放炮后，根據工作面瓦斯傳感器監測得到的瓦斯濃度情況，判斷有無瓦斯突出或突出預兆，確認安全后；進入揭煤工作面，進行初期支護，工作過程中設專人觀察瓦斯和觀察突出預兆，發現有突出預兆，工作人員立即撤離到安全地點，完成巖柱揭煤工作；

6)裝巖、清理，進入煤層

采用液態二氧化碳相變致裂爆破揭煤后，采用掘進工作面裝巖機將爆破后破碎巖塊、煤塊裝入礦車，運出掘進工作面，對巷道及時支護，完成石門揭煤工作。