[发明专利]液碳-水智能循环加注致裂增润煤层的注水减尘方法

说明书

本发明公开了一种液态CO₂(液碳)‑水智能循环加注致裂增润煤层的注水减尘方法，包括：超前工作面施工注水钻孔后动压加注液碳，在煤层适当位置施工应变‑温度监测钻孔和水分探测钻孔以实时监测液碳致裂范围及压力水有效润湿区域，监测数据回传至智能分析及决策装置进行分析处理并下达控制命令，通过PLC系统调节液碳和水加注阀门开展循环加注作业，多次往复致裂增润煤体进而实现智能化源头减尘的目的。该方法综合运用先进的应变‑温度监测和水分增润探测等技术，结合自动控制原理与人工智能方法，形成了一套完整的感知‑传递‑决策‑控制体系，预期将显著提高注水减尘效率，有望为矿井粉尘防治提供变革性、智能化新方案。

技术领域

本发明涉及一种煤层致裂增润智能循环加注减尘方法，尤其是一种液态CO₂-水智能循环致裂增润提高煤层注水减尘效果的方法。

背景技术

矿尘作为煤矿的五大灾害之一，在采掘、支护、爆破、装载和运输等生产作业过程中都会大量产生，是所有生产矿井面临的共性难题。矿尘是矿山最严重的职业危害，广泛导致尘肺病，使患病工人痛苦不堪乃至死亡；矿尘还是矿山最主要的自然灾害之一，时常导致爆炸事故发生，严重威胁安全生产。近年来，随着采掘机械化程度的提高，开采强度和生产集中度大幅增加，产尘量和粉尘浓度也急剧上升。

煤层注水是一种前置预防性减尘措施，是防治矿尘的根本之策。然而，我国多数煤层属难注水煤层，其显著特征是地应力高、孔隙率低、渗透性差，传统煤层注水技术往往面临“水注不进”和“煤体假性润湿”的瓶颈，注水周期长、人工劳动强度大，注水减尘效果不理想。

发明内容

针对传统煤层注水减尘技术的不足，本发明提供一种液碳-水智能循环加注致裂增润煤层的注水减尘方法，其特征在于，将液态CO₂运用于煤层注水减尘工艺，综合先进探测传感方法和自动化、智能化分析决策与控制技术实现矿尘的高效治理，具体如下：

一种液碳-水智能循环加注致裂增润煤层的注水减尘方法，包括以下步骤：

1.注水钻孔施工：超前工作面50～70m沿煤层倾角方向使用矿用地质钻机或岩石电钻施工所述注水钻孔，开孔位置距离底板2.0～2.5m，钻孔直径φ₁＝60～100mm，钻孔间距15～30m，封孔长度＞20m，钻孔长度按以下公式计算：

L＝L₁-S

式中，L为钻孔长度，m；L₁为工作面长度，m；S为随煤层透水性与钻孔方向而变的参数，m，对于透水性弱的煤层，S一般取20m。

当主钻孔到达设计深度后，以主钻孔为圆心，利用水平定向钻机顺煤层360°均匀施工4～6个分支钻孔，各分支钻孔轴间距视情况在5～15m范围内选取；

2.加注系统构建：将液态CO₂储罐、低温液体增压泵、耐低温金属软管、快速接头、高压胶管、分流器、耐低温注水钢管、安全阀等装置依次连接，水箱通过耐高压注水管路依次连接增压泵、过滤器等压力水加注、过滤装置，并经快速接头接入注水管路，耐低温注水钢管露出煤壁0.8～1.2m以便于后续管道连接，液碳、压力水输送分支管路及输送总路安装电磁阀用于后续加注流程控制，在管路适当位置安装压力传感器与流量传感器等用于流量、压力监测，采用注浆封孔方法对注水钻孔进行封孔，封孔长度15～25m，确保大于煤体松动带长度，防止注入水分大量渗出；

3.决策及控制系统构建：将计算机智能决策与分析装置通过电缆及数据接口与PLC控制器连接，计算机智能决策与分析装置可实现监测数据校正、转换和正反演分析计算，PLC控制器经通信电缆与液碳、压力水输送管路中的电磁阀连接以控制加注程序启停，同时连接总路电磁阀以控制加注流量和压力，经专用电源为PLC控制器及其所控制的电磁阀供给电能，计算机智能决策与分析装置设置在不含其他大型机电装置的硐室内，以减少外界电磁干扰对决策分析过程的影响；