[发明专利]一种水力割缝与热冷循环冲击联动石门揭煤的方法

说明书

一种水力割缝与热冷循环冲击联动石门揭煤的方法，用地震波检测的方法，确定煤层瓦斯赋存情况，在高瓦斯赋存区域的中心钻取割缝孔，并进行水力割缝提高割缝孔的卸压增透范围；接着向割缝孔内喷入生石灰粉，生石灰遇水发生放热反应，对煤体热冲击，加快瓦斯解吸速率，同时水分与生石灰粉反应会放热并产生水蒸气，从而降低水分含量，协同减弱水力割缝产生的水锁效应；接着脉动注入液氮进行冷冲击而冻结煤体，在水相变冻胀力作用下增加裂隙扩展和冻结范围；对煤体完成多次急速降温致裂与冻融循环致裂过程，能有效使需要揭煤煤层的瓦斯抽采浓度高，瓦斯抽采纯流量大，快速、有效的降低预揭煤层的瓦斯压力、瓦斯含量和地应力，从而实现安全、快速揭煤。

技术领域

本发明涉及一种石门揭煤的方法，具体是一种水力割缝与热冷循环冲击联动石门揭煤的方法，属于煤矿井下石门揭煤技术领域，尤其适用于高瓦斯、低透气性突出煤层的石门揭煤作业。

背景技术

我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一。煤与瓦斯突出矿井中，岩巷揭突出煤层时，突出危险性最大，揭煤时间最长，是矿井安全生产的难点和采掘部署的瓶颈工程。由于突出的复杂性及其对矿山安全生产危害的严重性，世界各国对此都十分重视，中国、前苏联等国家针对不同地质条件的煤田、不同煤层、不同突出危险性的石门揭煤工作面，研究出水力冲孔、排放钻孔、预抽瓦斯、金属骨架、直眼深孔全断面爆破、直接采用震动爆破等石门揭煤防突技术措施，起到了一定的防突作用，但这些措施安全性有待提高且揭煤所需的施工期过长，严重影响矿井安全生产和采掘正常接替。主要是因为传统的石门揭煤技术前煤层裂隙扩展不充分，没有实现区域的裂隙网络化；而且，传统水力割缝石门揭煤技术实施后，煤层中的黏土矿物和有机质极易遇水膨胀，常导致水进入煤体后不易排出，堵塞瓦斯流动通道，产生抑制瓦斯解吸、扩散和渗透的作用，导致在石门揭煤前的煤层没有充分卸压增透，最终使得煤体的地应力和瓦斯压力高、瓦斯含量大、危险性高。

发明内容

本发明的目的是提供一种水力割缝与热冷循环冲击联动石门揭煤的方法，通过水力割缝与热冷循环冲击联动，能有效使需要揭煤煤层的增透范围大、增透效果好，瓦斯抽采浓度高，瓦斯抽采纯流量大，快速、有效的降低预揭煤层的瓦斯压力、瓦斯含量和地应力。

为了实现上述目的，本发明提供一种水力割缝与热冷循环冲击联动石门揭煤的方法，包括如下步骤：

①在揭煤工作面距离煤层的最小法向距离9m～10m的位置处，地质勘探设备以岩巷掘进机切割煤体产生的振动为震源，采用已知的地震波检测方法，在揭煤工作面距离煤层的最小法向距离不小于7m时，完成需要进行石门揭煤的煤层瓦斯赋存情况的探测，进而确定高瓦斯赋存区域的范围；

②从揭煤工作面向高瓦斯赋存区域的中心钻取割缝孔，然后通过水力割缝设备进行水力切割，在割缝孔内切割出数条等间距平行于割缝孔轴向的缝槽；

③以割缝孔为圆心、在半径为2.5～3.5m圆周上和半径为6～8m圆周上分别均匀钻取多个瓦斯抽采钻孔；采用高压注浆法对割缝孔和各个瓦斯抽采钻孔进行密封并分别设置一瓦斯抽采管；

④装配热冷循环冲击装置：其包括液氮罐、生石灰粉末输送装置、液氮脉动泵和三通阀，三通阀其中的一端口与处于割缝孔外部的瓦斯抽采管的一端连接，三通阀另外的两个端口分别与第二液氮输送管的一端和生石灰输送管的一端连接，第二液氮输送管的另一端与液氮脉动泵的出口连接，生石灰输送管的另一端与生石灰粉末输送装置的输出端连接，液氮罐通过第一液氮输送管与液氮脉动泵的进口连接，生石灰输送管上装有第一控制阀和第一逆止阀，第一液氮输送管上装有第二控制阀，第二液氮输送管上装有第二逆止阀；完成热冷循环冲击装置的装配；

⑤打开第一控制阀，并启动生石灰粉末输送装置，通过生石灰输送管和瓦斯抽采管向割缝孔内喷入生石灰粉，生石灰粉末与割缝孔内富含的水分发生放热反应，对煤体进行热冲击，加快瓦斯解吸，同时减少煤体的水分含量，生石灰粉末注入量为割缝孔体积的1/20～1/15，生石灰粉末注入完成后，依次关闭生石灰粉末输送装置和第一控制阀，静置1～2h；