[發明專利]一種煤礦非正規采空區地面滅火鉆孔致裂方法

在審

• 申請號: 201811546600.2
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109458208A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 吳玉國;杜杰;王俊峰;周春山
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21F5/00
• 分類號: E21F5/00;E21B33/13;E21B43/26
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

本發明涉及一種煤礦非正規采空區地面滅火鉆孔致裂方法，屬煤礦火災防治的技術領域。一種煤礦非正規采空區地面滅火鉆孔致裂方法，選擇鉆探到采空區遺留煤柱上的鉆孔，將耐高壓低溫管的下部管口探入該鉆孔的底部，采用密封材料在耐高壓低溫管的下部管口上方5米處圍繞耐高壓低溫管外測制作密封段，采用增壓泵通過耐高壓低溫管上部管口沖入高壓二氧化碳從而在該采空區遺留煤柱上形成壓裂的縫隙，通過增壓泵從耐高壓低溫管上部管口灌入滅火材料和高壓二氧化碳混合物。

技術領域

本發明涉及一種煤礦非正規采空區地面滅火鉆孔致裂方法，屬煤礦火災防治的技術領域。

背景技術

煤層自燃火災多發生在煤礦采空區，特別是原來的小窯采空區，房采采空區，老空區等非正規采空區；非正規采空區往往地表漏風嚴重，易引起采空區煤自燃，煤層自燃后，一般采用地面鉆孔灌注不同滅火材料進行滅火；由于非正規采空區一般地質資料不詳，巷道及采空區分布情況不明，因此根據火區分布布置的滅火鉆孔易鉆到采空區遺留煤柱上，導致有效鉆孔率低（有效鉆孔率僅為30～40%），不能有效進行灌注滅火材料，大大增加了滅火費用，延長了滅火工期，降低了滅火效率。

發明內容

本發明的目的就是提供一種超臨界CO₂壓裂煤礦非正規采空區滅火鉆孔的方法,主要用于解決非正規采空區鉆孔易鉆到煤柱上，無法有效進行灌注滅火材料的不足。該方法可以大大減少地面滅火鉆孔數量，提高滅火效率，降低滅火施工成本。

本發明所采用的技術方案是：一種煤礦非正規采空區地面滅火鉆孔致裂方法，選擇鉆探到采空區遺留煤柱上的鉆孔，將耐高壓低溫管的下部管口探入該鉆孔的底部，采用密封材料在耐高壓低溫管的下部管口上方5米處圍繞耐高壓低溫管外測制作密封段，采用增壓泵通過耐高壓低溫管上部管口沖入高壓二氧化碳從而在該采空區遺留煤柱上形成壓裂的縫隙，通過增壓泵從耐高壓低溫管上部管口灌入滅火材料和高壓二氧化碳混合物。

作為一種優選方式：密封材料采用高密度水泥砂漿。

作為一種優選方式：高壓二氧化碳為超臨界狀態二氧化碳液體。

本發明的有益效果是：采用二氧化碳對鉆孔進行壓裂，使鉆到煤柱的鉆孔周圍產生大量的裂隙，因此，灌注的滅火材料可通過裂隙進入火區有效地對火區進行滅火。本發明無需壓裂液，對環境友好，不會引起粘土礦物膨脹。當溫度高于臨界溫度（31.1℃）、壓力超過臨界壓力（7.38MPa）時，二氧化碳進入超臨界狀態。超臨界狀態二氧化碳是一種可壓縮的高密度流體，是不同于氣、固、液的第四種狀態。超臨界狀態二氧化碳分子間力較小，接近氣態，粘度與氣態相近，密度與液態相近，而自擴散系數卻要比液體大近100倍，利用安裝在耐高壓低溫管的下部管口的高壓噴嘴噴射超臨界狀態二氧化碳可以產生較多煤巖孔-裂隙通道，從而有利于灌注滅火材料，減少滅火鉆孔施工數量，節約滅火成本，提高滅火效率，節省滅火費用；同時二氧化碳本身是一種惰性氣體，可被煤體吸附，減少煤對氧的吸附量，同時二氧化碳氣化后降低采空區中氧氣濃度和火區的溫度，大大提高了滅火效果。

附圖說明

圖1是本發明的示意圖。

具體實施方式

本發明主要由CO₂儲罐、CO₂槽車、CO₂增壓泵、耐高壓低溫管、高壓噴嘴組成，為達到上述目的，該技術方案包含以下步驟：

步驟1，將CO₂儲罐與CO₂槽車并聯，然后依次與CO₂增壓泵車、耐高壓低溫管連通，保證各監控儀表正常工作；

步驟2，選擇鉆探到采空區遺留煤柱上的鉆孔，將耐高壓低溫管的下部管口探入該鉆孔的底部，在耐高壓低溫管的下部管口下部安裝高壓噴嘴，在耐高壓低溫管的下部管口上方5米處，耐高壓低溫管和鉆孔通道之間灌注高密度水泥砂漿形成一段5米高的密封段，防止高壓氣體涌向鉆孔孔口，影響壓裂效果；