[发明专利]一种突出煤层水力相变致裂石门揭煤方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石门揭煤方法，尤其是一种适用于高瓦斯突出的煤层水力相变致裂石门揭煤方法。

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。石门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，在煤层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，但同时破坏了煤层完整性，揭煤区域煤层强度降低；注浆加固能有效提高煤层强度，但是水泥砂浆只能在裂隙中渗透扩散，由于煤层裂隙开度小，水泥浆扩散半径有限，只能小范围的实现揭煤区域煤层强度，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层瓦斯，又能强化加固揭煤区煤层强度，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，提供一种突出煤层水力相变致裂石门揭煤方法，利用水的相变原理，利用煤层注水技术与制冷技术相结合，对煤层相变致裂对目标煤层进行卸压透气，通过实施瓦斯抽采有效降低煤层的瓦斯含量，然后重复注水和冻结作业对煤层进行二次冻结，提高煤层的强度和抗冲击能力，从而消除石门揭煤过程中的突出危险性。

技术方案：本发明的突出煤层水力相变致裂石门揭煤方法，包括以下步骤：

a.在石门揭煤工作面距煤层的最小法向距离大于或等于7m位置处，穿过保护岩柱向煤层分组布置相变致裂单元，每个相变致裂单元包括一个注水孔、两个冻结孔和两个测温孔，实施过程如下：

首先施工注水孔，然后在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，然后在注水孔与两个冻结孔中间分别施工一个测温孔；

b.向注水孔中送入高压注水管，采用胶囊封孔器对注水孔进行封孔；将温度传感器送入测温孔中，对测温孔进行注浆封孔；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％；

c.将高压注水管和注水孔相连接，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；

d.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相变致裂，相变致裂过程中，设在两个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两个测温孔内煤层的温度，当两个测温孔内煤层的温度达到-3℃时，则判断出该相变致裂单元内的注水煤层已经冻结；

e.完成相变致裂之后，关闭冻结系统，使冻结后的煤层吸收井下环境热量逐渐融解，当数字温度显示仪显示两个测温孔内的温度均大于3℃时，则认为相变致裂范围内冻结煤层中的水全部从固态转化为液态，完成一个单元的相变致裂过程；

f.将注水孔与瓦斯抽采管路相连，按常规技术在相变致裂后的单元内进行瓦斯抽采；

g.重复步骤a、b、c、d、e、f，进行下一单元的相变致裂和瓦斯抽采，周而复始，直至完成所有单元内的相变致裂和瓦斯抽采；

h.当煤层瓦斯含量小于8m³/t时，停止瓦斯抽采，再依次向所有相变致裂单元的注水孔注水并进行冻结，当所有测温孔内煤层的温度都达到-3℃时，则判断相变致裂单元内的注水煤层已经冻结；

i.按照常规揭煤方法揭开煤层。

当相变致裂区域进行瓦斯抽采过程中，瓦斯浓度、流量变化异常，可对该相变致裂单元重复进行注水、冻结，增强相变致裂区域内的煤层透气性，以达到强化瓦斯抽采的效果。