[发明专利]煤层冻结式石门揭煤法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井下巷道掘进技术，特别是一种在煤矿井下巷道掘进过程中利用地层冻结系统将煤层冻结后进行石门揭煤的方法。

背景技术

在采煤行业中，与地面不直接相通的水平巷道，其长轴线与煤层直交或斜交的岩石平巷称为石门。石门揭煤是指石门自底（顶）板岩柱穿过煤层进入顶（底）板的全部作业过程。现有石门揭煤技术，特别是对于易突出煤层的石门揭煤，通常是通过向煤层钻瓦斯抽采孔，对煤层实施水力割缝压裂，通过抽采孔将位于巷道工作面附近区域的煤层内瓦斯抽采卸压后进行，以防止石门揭煤时出现煤层突出的安全事故，且这种方式形成了行业规范。然而，现有的石门揭煤存在瓦斯排放时间长、施工钻孔数量多等不足，导致一次石门揭煤所耗费的时间约需2～3个月左右，有的煤层甚至需要更长时间。为此，本领域的技术人员进行了一些探索，试图找到一种施工周期短、工作效率高的石门揭煤方法。中国专利公布号CN102168560A，公布日期2011年9月7日，发明创造名称“置换式石门揭煤法”。 该方法包括在石门揭煤工作断面钻措施孔和排渣孔，通过措施孔对煤层进行割缝形成空间，向空间中灌注混凝土，待混凝土凝固后再进行掘进作业。该方法不需进行瓦斯抽采卸压，施工周期较瓦斯抽采卸压方式短，提高了石门揭煤工作效率。但割缝工作量大，且对于易突出煤层而言其割缝不易成型，同时，还需进行对置换后混凝土进行掘进，掘进难度大，对石门揭煤效率形成一定制约。中国专利公开号CN102174892A，公开日期2011年9月7日，发明创造名称“旋切式石门揭煤法”。该方法包括在石门揭煤工作断面钻措施孔和排渣孔，通过措施孔对煤层进行割缝形成空间，再在空间中设置充气模型，向模型中充气和向剩余空间灌注混凝土，待混凝土凝固后再进行掘进作业。该方法与置换式石门揭煤法相比，较大幅度地减少了混凝土的掘进工作，其效率可进一步提高，但仍然存在割缝工作量大和其割缝不易成型的缺陷。为此，需要进一步改进。然而，现有技术中，在铁路、公路或地铁的隧道掘进、煤矿竖井施工等浅层地质条件下有一种被称为冻结法的施工技术，其是通过地层冻结系统将软土、松石、沙石等松软地层冷冻至-30℃～-20℃，使被冻结区域的松软地层形成连续的、坚硬的冷冻墙，提高施工方便性。但这种施工方式上位应用在采煤行业的水平巷道石门揭煤施工中。

发明内容

本发明的就是针对现有技术的不足，提供一种利用地层冻结系统将煤层冻结后进行石门揭煤的方法。使用该方法不需对煤层进行割缝，钻孔数量少、施工周期短、效率高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种煤层冻结式石门揭煤法，包括以下步骤：

a  在巷道的石门工作面距煤层5～7米处设置钻孔钻场； 

b 在钻场内向煤层钻设定深度的数个与地层冻结系统的冷却管和测温管相适应的冷却孔和测温孔；

c 在巷道内布设地层冻结系统；

d 将地层冻结系统的数个冷却管和测温管分别插入数个冷却孔和测温孔内；

e 利用地层冻结系统将石门周边的煤岩体冷冻至-30℃～-20℃并持续一定时间；

f揭开石门和煤岩；

g 巷道支护。

采用前述方案本发明，通过地层冻结系统对石门周边的煤岩体，利用煤岩体中的水分将其冻结成连续冷冻墙，煤层中的瓦斯其被封挡在冷冻墙之外，在揭石门过程中不会发生煤层瓦斯突出，可确保放炮方式揭石门和煤岩工作安全；同时，由于采用冻结方式，其钻孔的区域可远小于瓦斯抽采卸压方式的钻孔区域，不仅钻孔数量更少，减少了钻孔工作量，而且不需要水力割缝；另外，其冻结时间通常只需要1～1.5月左右，少于瓦斯抽采卸压的2～3个月，缩短了工期，提高了石门揭煤工作效率。

优选的技术方案，在进行所述步骤f前还包括防突参数测定；防突参数测定合格，则进行所述步骤f；防突参数测定不合格，则利用冷却孔、测温孔及瓦斯抽采装置抽采瓦斯一定时间，重复进行防突参数测定，按测定结果进行后续步骤。以确保石门揭煤安全。