[發明專利]一種堅硬煤層注水防沖方法與系統

有效

• 申請號: 202110854327.5
• 申請日: 2021-07-28
• 公開（公告）號: CN113417639B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 顧合龍;來興平;單鵬飛;張帥
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21F17/00
• 代理公司: 長沙沐風知識產權代理事務所(普通合伙) 43278
• 代理人: 謝浪

本發明公開了一種堅硬煤層注水防沖方法與系統，旨在提升堅硬煤層的注水效率。為此，本發明實施例一方面提供的堅硬煤層注水防沖方法，包括如在煤層圍巖上施作鉆孔；利用高壓水射流在鉆孔中切割水射流切縫,以增強鉆孔周邊圍巖滲透性；其中，高壓水射流中混入有設定比例的細砂，水中細砂在高水壓沖擊作用下將嵌入水射流切縫周圍的裂隙中；通過鉆孔向煤層圍巖注水，對煤層進行水力致裂，在煤層中形成煤層卸壓帶；當注水量無明顯變化時，停止注水并在不影響鉆孔周邊圍巖裂隙內水的賦存狀態前提下，將鉆孔中的水砂混合物抽出；對鉆孔周邊圍巖進行微波加熱。

技術領域

本發明屬于煤層開采技術領域，尤其涉及一種堅硬煤層注水防沖方法與系統。

背景技術

隨著煤層采掘深度的增加，頻繁的沖擊地壓災害造成了大量的人員和財產損失，嚴重制約了我國煤炭安全高效開采，威脅了我國基礎能源的有效供給，引起了全社會的廣泛關注。煤層注水是我國煤層防沖的最普遍利用的方法，其高效實施事關沖擊地壓防治成效。在煤層眾多地質狀況中，對于堅硬煤層由于其結構致密、強度大等特點，存在注水時間長、注水效率低、效果差、設備損耗嚴重等問題。

綜上，有必要革新現有的注水工藝，以實現堅硬煤層注水效率的提升。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種堅硬煤層注水防沖方法與系統，旨在提升堅硬煤層的注水效率。

為此，本發明實施例一方面提供的堅硬煤層注水防沖方法，包括如下步驟：

步驟1、在煤層圍巖上施作鉆孔；

步驟2、利用高壓水射流在鉆孔中切割水射流切縫,以增強鉆孔周邊圍巖滲透性；其中，高壓水射流中混入有設定比例的細砂，水中細砂在高水壓沖擊作用下將嵌入水射流切縫周圍的裂隙中；

步驟3、通過鉆孔向煤層圍巖注水，對煤層進行水力致裂，在煤層中形成煤層卸壓帶；

步驟4、當注水量無明顯變化時，停止注水并在不影響鉆孔周邊圍巖裂隙內水的賦存狀態前提下，將鉆孔中的水砂混合物抽出；

步驟5、對鉆孔周邊圍巖進行微波加熱，利用裂隙中細砂與煤層圍巖(7)存在的吸波能力差異，引起圍巖裂隙壁面受熱不均，增加裂隙壁面毀傷。

具體的，步驟3注水過程中，在水中混入有碳酸氫鈉。

具體的，步驟3注水過程中，通過沖擊波發生器對鉆孔內的注水施加高能沖擊波。

具體的，沖擊波發生器包括液態CO2相變器，所述液態CO2相變器用于將液態CO2氣化成高壓CO2氣體并排至鉆孔內的注水中。

具體的，步驟3注水過程中，在水中還混入有特定比例的細砂。

具體的，水射流切縫沿鉆孔的圓周方向均布布置多條，每條水射流切縫沿鉆孔的軸向延伸。

具體的，水射流切縫為寬度朝向鉆孔逐漸變大的三角形切縫。

本發明實施例另一方面提供的堅硬煤層注水防沖系統，包括：

注水管，用于向煤層圍巖上的鉆孔進行注水，所述注水管的側壁上均布有注水孔；

注水泵，與通過水管與所述注水管連通；

細砂添加器，設置在所述注水管上，用于向所述注水中添加細砂；

遮蔽外管，可拆卸的匹配套在所述注水管外，用于將所述注水管上的注水孔遮蔽；

多條縱向條縫，均勻分布在所述遮蔽外管的管壁上，以將所述注水管上的注水孔部分暴露；

微波發生器，設置于所述注水管上，用于向所述鉆孔內饋入微波并使鉆孔周邊圍巖產生自熱。