[发明专利]基于水力割缝的冻结式石门揭煤方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抽采瓦斯方法，尤其是一种适用于高瓦斯低透气性煤层瓦斯突出的基于水力割缝的冻结式石门揭煤方法。

技术背景

煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，尤其是石门揭穿煤层时突出强度最大、最危险。揭煤工作面前方煤岩应力状态易发生突然变化，岩石、煤层的弹性潜能以及瓦斯能量大量释放而发生高强度突出。石门揭煤突出的平均强度为其他各类巷道突出强度的6倍以上，80％以上的特大型突出都发生在石门揭煤过程中。由于石门揭煤施工工艺的特殊性，揭穿突出煤层全过程都有突出危险，并可能发生连续突出、延期突出和自行揭开突出，比一般类型突出防治难度更大。

目前，高瓦斯突出煤层石门揭煤方法主要从卸压和加固两个方面实施，在煤层卸压增透方面主要有水力冲孔、松动爆破和水力割缝等措施，在煤体加固方面主要有金属骨架和注浆加固等措施。这些措施在石门揭煤防突工作中取得了一定的成效，但是也存在很大的局限性，水力割缝等措施能有效卸除地应力和瓦斯压力，但同时破坏了煤体完整性，揭煤区域煤体强度降低；注浆加固能有效提高煤体强度，但是水泥砂浆只能在裂隙中渗透扩散，由于煤体裂隙开度小，水泥浆扩散半径有限，只能小范围的实现揭煤区域煤体强度，无法实现区域性加固。因此，迫切需要提供一种石门揭煤方法，既能满足卸压增透高效抽采煤体瓦斯，又能强化加固揭煤区煤体强度，实现安全快速揭煤。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种方法简单、安全性高、揭煤效果好的基于水力割缝的冻结式石门揭煤方法。

技术方案：本发明的基于水力割缝的冻结式石门揭煤方法，包括以下步骤：

a.在揭煤工作面距煤层的最小法向距离大于或等于7m的位置处，穿过保护岩柱向煤层方向间隔施工多个注水孔；

b.采用常规水力割缝技术依次对每个注水孔进行水力割缝，并对水力割缝后的注水孔进行注浆封孔；

c.将所有注水孔与瓦斯抽采管网连接进行抽采，当煤层瓦斯含量小于8m³/t时，停止抽采；

d.在每个注水孔的两侧分别施工一个冻结孔，冻结孔距离注水孔孔口距离为0.2～0.5m，终孔距离为5～10m，然后在两个冻结孔与注水孔中间分别施工一个测温孔；

e.在测温孔中送入温度传感器，采用注浆封孔的方式对测温孔进行封孔，将冻结管送入冻结孔内，送入深度为不小于冻结孔深度的80％；

f.将高压注水管与注水孔相连接，采用高压注水泵通过高压注水管向注水孔中注入高压水，注水的压力为3-15MPa，待注水孔周围煤壁出现渗水现象、或注水压力突然降低、或持续注水压力无明显变化时停止注水；

g.将冻结孔内的冻结管与井下冻结系统相连接，通过冻结管对煤层进行冻结，冻结过程中，设在测温孔内的温度传感器分别经数据线将煤层内的温度信号传输给数字温度显示仪，通过数字温度显示仪实时监测测温孔内煤层的温度，当所有测温孔内煤层的温度均达到-3℃时，则判断揭煤区域内的煤层已经冻结；

h.按照常规揭煤方法揭开煤层。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明利用水力割缝技术，通过高压泵站产生的高压水射流对钻孔周围煤体进行切割，对目标煤层进行了卸压，同时增加了揭煤区域煤体的透气性，在煤体内形成复杂裂隙网，增加煤层内瓦斯流动通道，提高瓦斯抽采效果，同时利用水的相变作用，结合煤层注水与冻结技术，通过水的相变对揭煤区域进行冻结，进一步消除石门揭煤过程中的突出危险性。水力割缝技术形成的高压水射流对钻孔周围煤体进行切割，形成具有一定厚度和高度的扁平缝槽，增加了瓦斯在煤层中的流动通道，改变了煤体力学性质，提高了高瓦斯煤层的透气性，改善了煤层中的瓦斯流动状态；钻孔瓦斯抽采影响半径达10～40m，与普通抽采钻孔相比，单孔有效抽采影响半径扩大5～20倍，瓦斯抽采钻孔数减少20％～60％，能够高效的降低煤层瓦斯含量，降低石门揭煤的突出危险性。同时，煤层注水技术和冻结技术的结合，实现揭煤区域周围煤体冻结，提高了目标煤体的强度和抗冲击能力，进一步降低石门揭煤区域的突出危险。

附图说明

图1是本发明的揭煤工作面水力割缝技术的冻结式石门揭煤示意图。

图2是图1的A－A揭煤工作面冻结单元布置示意图。

图3是本发明的注水孔连接注水系统示意图。

图4是本发明的测温孔连接测温系统示意图。

图5是本发明的冻结孔连接冻结系统示意图。