[發明專利]液碳-水智能循環加注致裂增潤煤層的注水減塵方法

有效

• 申請號: 202111471479.3
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114151124B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 王和堂;何軍;程思思;趙俠;章琦
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F5/02
• 分類號: E21F5/02;E21B7/04;E21B43/26;E21B33/03;E21B47/06;E21B33/13;E21B49/00;E21B44/00
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1.液碳-水智能循環加注致裂增潤煤層的注水減塵方法，其特征在于，步驟如下：

a.注水鉆孔施工：超前工作面沿煤層傾角方向在適當位置施工注水鉆孔及分支鉆孔；

b.加注系統構建：將液態CO₂儲罐、低溫液體增壓泵、耐低溫金屬軟管、快速接頭、高壓膠管、分流器及耐低溫注水鋼管依次連接，壓力水由水箱并經增壓泵、耐高壓注水管路、過濾器和快速接頭接入注水管路，液碳、壓力水輸送分支管路及輸送總路安裝電磁閥用于后續加注流程控制，在管路適當位置安裝安全閥、壓力傳感器和流量傳感器用于流量、壓力監測與調控，采用注漿方法對注水鉆孔進行封孔；

c.決策及控制系統構建：將計算機智能決策與分析裝置通過電纜與PLC控制器連接，PLC控制器經通信電纜與液碳、壓力水輸送分支管路中的電磁閥連接以控制加注程序啟停，同時連接總路電磁閥以控制加注流量和壓力，PLC控制器及其所控制的電磁閥由專用電源供給電能，計算機智能決策與分析裝置設置在不含其他大型機電裝置的硐室內，以確保決策分析過程不受外界電磁信號干擾；

d.應變-溫度監測鉆孔施工：在煤層適當位置施工應變-溫度監測鉆孔，將貼服傳感光纜的壓力測試管送入監測鉆孔中，孔口用聚氨酯封閉后進行全孔注漿，使之耦合為一個整體；監測裝置經通信光纜與布里淵光時域反射數據采集儀(BOTDR)連接并通過專用電纜將監測信息上傳至數據分析及智能決策模塊；

e.水分探測鉆孔施工：在巷道適當位置施工水分探測鉆孔，發射機通過電纜向發射線圈發送脈沖信號，發射線圈向煤層發射激勵電磁場，接收機經磁探頭同步對地質體感應場信號進行接收，進而分析、反演得到壓力水拓展潤濕區域的具體信息并通過專用電纜將監測數據上傳至數據分析及智能決策模塊；

f.液碳加注致裂煤層：液態CO₂加壓輸送至注水鉆孔并致裂煤體，煤體破碎引起壓力測試管彎曲下沉，從而使傳感光纜產生軸向應變，監測結果經BOTDR數據采集儀初步處理后上傳至數據分析及智能決策模塊，相應軟件分析致裂結果達設定值時下達決策命令至自動控制裝置，關閉液碳加注管路電磁閥，停止注碳；

g.壓力水加注潤濕減塵：煤層自然回溫，分布式光纖傳感系統監測煤層溫度變化信息并控制壓力水加注電磁閥啟動，進行煤層注水作業；瞬變電磁探測裝置監測壓力水拓展潤濕區域信息并上傳至數據分析及智能決策模塊，經分析、判斷達設定值后下達決策命令至自動控制裝置，關閉壓力水加注電磁閥并重啟液碳加注作業，至此，完成一次液碳-水智能循環加注。

2.根據權利要求1所述的液碳-水智能循環加注致裂增潤煤層的注水減塵方法，其特征在于：所述注水鉆孔超前工作面50～70m，開孔位置距離底板2.0～2.5m，鉆孔直徑60～100mm，鉆孔間距15～30m，封孔長度＞20m，以確保液碳和水加注時不會大規模泄漏。

3.根據權利要求1所述的液碳-水智能循環加注致裂增潤煤層的注水減塵方法，其特征在于：所述應變-溫度監測鉆孔為超前測孔，內置探測裝置在空間上與注水鉆孔交叉分布，孔徑40～60mm，監測鉆孔傾向與風巷的水平夾角為10°～20°，仰角為30°～60°，孔深40～60m；監測鉆孔灌注時應選擇強度較低且變形參數接近于煤層的漿液。

4.根據權利要求1所述的液碳-水智能循環加注致裂增潤煤層的注水減塵方法，其特征在于：所述液碳輸送與加注時壓力P₁≥2.0MPa，其中：(1～1.2)倍煤層瓦斯壓力P_w≤注碳壓力P₁＜0.7倍上覆巖層壓力P_y，單管注碳流量0.6～1.2m³/h；所述壓力水輸送與加注時壓力P₂不超過8MPa，單管注水流量2.4～4m³/h。

5.根據權利要求1所述的液碳-水智能循環加注致裂增潤煤層的注水減塵方法，其特征在于：所述水分探測鉆孔，孔深10～20m，測點間距60～80m，在探測鉆孔內導入磁探頭，發射線圈緊貼煤層放置，發射線圈幾何中心點與磁探頭重合并通過電纜與發射機連接，磁探頭經電纜與接收機連接用于接收監測數據。