[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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本發明公開了一種液態CO₂(液碳)?水智能循環加注致裂增潤煤層的注水減塵方法，包括：超前工作面施工注水鉆孔后動壓加注液碳，在煤層適當位置施工應變?溫度監測鉆孔和水分探測鉆孔以實時監測液碳致裂范圍及壓力水有效潤濕區域，監測數據回傳至智能分析及決策裝置進行分析處理并下達控制命令，通過PLC系統調節液碳和水加注閥門開展循環加注作業，多次往復致裂增潤煤體進而實現智能化源頭減塵的目的。該方法綜合運用先進的應變?溫度監測和水分增潤探測等技術，結合自動控制原理與人工智能方法，形成了一套完整的感知?傳遞?決策?控制體系，預期將顯著提高注水減塵效率，有望為礦井粉塵防治提供變革性、智能化新方案。

技術領域

本發明涉及一種煤層致裂增潤智能循環加注減塵方法，尤其是一種液態CO₂-水智能循環致裂增潤提高煤層注水減塵效果的方法。

背景技術

礦塵作為煤礦的五大災害之一，在采掘、支護、爆破、裝載和運輸等生產作業過程中都會大量產生，是所有生產礦井面臨的共性難題。礦塵是礦山最嚴重的職業危害，廣泛導致塵肺病，使患病工人痛苦不堪乃至死亡；礦塵還是礦山最主要的自然災害之一，時常導致爆炸事故發生，嚴重威脅安全生產。近年來，隨著采掘機械化程度的提高，開采強度和生產集中度大幅增加，產塵量和粉塵濃度也急劇上升。

煤層注水是一種前置預防性減塵措施，是防治礦塵的根本之策。然而，我國多數煤層屬難注水煤層，其顯著特征是地應力高、孔隙率低、滲透性差，傳統煤層注水技術往往面臨“水注不進”和“煤體假性潤濕”的瓶頸，注水周期長、人工勞動強度大，注水減塵效果不理想。

發明內容

針對傳統煤層注水減塵技術的不足，本發明提供一種液碳-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，將液態CO₂運用于煤層注水減塵工藝，綜合先進探測傳感方法和自動化、智能化分析決策與控制技術實現礦塵的高效治理，具體如下：

一種液碳-水智能循環加注致裂增潤煤層的注水減塵方法，包括以下步驟：

1.注水鉆孔施工：超前工作面50～70m沿煤層傾角方向使用礦用地質鉆機或巖石電鉆施工所述注水鉆孔，開孔位置距離底板2.0～2.5m，鉆孔直徑φ₁＝60～100mm，鉆孔間距15～30m，封孔長度＞20m，鉆孔長度按以下公式計算：

L＝L₁-S

式中，L為鉆孔長度，m；L₁為工作面長度，m；S為隨煤層透水性與鉆孔方向而變的參數，m，對于透水性弱的煤層，S一般取20m。

當主鉆孔到達設計深度后，以主鉆孔為圓心，利用水平定向鉆機順煤層360°均勻施工4～6個分支鉆孔，各分支鉆孔軸間距視情況在5～15m范圍內選?。?/p>

2.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、耐低溫注水鋼管、安全閥等裝置依次連接，水箱通過耐高壓注水管路依次連接增壓泵、過濾器等壓力水加注、過濾裝置，并經快速接頭接入注水管路，耐低溫注水鋼管露出煤壁0.8～1.2m以便于后續管道連接，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壓力傳感器與流量傳感器等用于流量、壓力監測，采用注漿封孔方法對注水鉆孔進行封孔，封孔長度15～25m，確保大于煤體松動帶長度，防止注入水分大量滲出；

3.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及數據接口與PLC控制器連接，計算機智能決策與分析裝置可實現監測數據校正、轉換和正反演分析計算，PLC控制器經通信電纜與液碳、壓力水輸送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，經專用電源為PLC控制器及其所控制的電磁閥供給電能，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，以減少外界電磁干擾對決策分析過程的影響；