[发明专利]一种煤矿采空区坚硬顶板低温致裂放顶方法

权利要求书

1.一种煤矿采空区坚硬顶板低温致裂放顶方法，包括采用数显式温度仪（1）、温度传感器（3）、注水管、低温流体冻结管、胶囊封孔器、高压注水系统（13）和低温流体槽车（14），其特征在于，低温致裂放顶方法包括以下步骤：

a.施工钻孔：向采空区坚硬顶板依次施工多个致裂钻孔（9）和一个空孔（16），先利用普通钻头向采空区坚硬顶板（10）内施工致裂钻孔（9）至致裂钻孔最深点位置K4，然后将普通钻头退出，并换成定位压控切割钻头钻进，当定位压控切割钻头钻进到达扩孔段起始点位置K1时，定位压控切割钻头刀刃张开，对致裂钻孔（9）进行扩孔至扩孔段终点位置K2时停止，形成圆柱形扩孔段（8），定位压控切割钻头收起扩孔刀刃退出钻杆，施工完成多个致裂钻孔（9）后，在多个致裂钻孔（9）中部施工一个空孔（16）；

b.设备布置：在致裂钻孔（9）内设置温度传感器（3），并通过数据线（2）与致裂钻孔外的数显式温度仪（1）相连接，将胶囊封孔器一（11）和胶囊封孔器二（12）串联穿过注水管一（4）、注水管二（5）、低温流体冻结管一（7）和低温流体冻结管二（6）后一并送入致裂钻孔（9）内，胶囊封孔器一（11）和胶囊封孔器二（12）分别位于致裂钻孔（9）的A点处和B点处，通过注水系统（13）对胶囊封孔器一（11）和胶囊封孔器二（12）进行高压封孔，利用单向阀一（6-3）将低温流体冻结管二（6）与排放管（15）连接，将低温流体冻结管一（7）与排放管（15）直接相连，并在排放管（15）管口处安装单向阀二（7-3）来控制热量交换后的低温流体的排出，将低温流体槽车（14）和主管路之间连接注射泵（14-3），通过分流器（14-2）和其他多个致裂钻孔（9）内的低温流体冻结管相连接，同时对多个致裂钻孔进行冻结致裂；

c.冻结圆柱形扩孔段：打开注水管一（4）上的阀门（4-2），将注水管一（4）的快速接头一（4-1）与注水系统（13）上的注水阀门（13-1）相连接，向圆柱形扩孔段（8）中注入高压水，监测注水管一（4）上的压力表（4-3），待圆柱形扩孔段内水压达到1.2MPa并能保持30分钟后，关闭阀门（4-2）停止注水，拆掉快速接头一（4-1）；将低温流体冻结管一（7）上的阀门（7-2）打开，用快速接头四（7-1）与低温流体槽车（14）的低温流体阀门（14-1）连接，向低温流体冻结管一（7）中注入低温流体，热交换后的低温流体从单向阀二（7-3）排出；通过数显式温度仪（1）监测扩孔段起始点位置K1的温度，直到扩孔段起始点位置K1处的温度降到-2℃以下时，关闭阀门（7-2）；

d.冻结致裂钻孔：打开注水管二（5）上的阀门（5-2），然后将注水管二（5）上的快速接头二（5-1）与注水系统（13）上的注水阀门（13-1）相连接，然后向致裂钻孔（9）中间点位置K3处注入高压水，监测注水管二（5）上的压力表（5-3），待压力表（5-3）显示的压力达到1.2MPa并能保持30分钟后，关闭阀门（5-2）停止注水，拆掉快速接头二（5-1）；将低温流体冻结管二（6）上的阀门（6-2）打开，将快速接头三（6-1）与低温流体槽车（14）的低温流体阀门（14-1）连接，向低温流体冻结管二（6）中注入低温流体，对致裂钻孔（9）内的水进行冻结，在冻结的同时，低温流体会通过单向阀一（6-3）流入低温流体冻结管一（7）内，低温流体在低温流体冻结管一（7）中与冻结状态的冰柱继续进行热交换，维持圆柱形扩孔段（8）处于冻结状态，热交换后的低温流体通过单向阀二（7-3）排出；监测数显式温度仪（1）上致裂钻孔最深点位置K4、致裂钻孔中间点位置K3和扩孔段起始点位置K1的温度，当3个位置处的温度值均降低到-2℃时，冻结致裂结束，关闭阀门（6-2）；

e．循环冻胀致裂钻孔：致裂钻孔（9）中的冻冰随着煤矿采空区坚硬顶板（10）的岩体温度逐渐融化，当监测数显式温度仪（1）监测到致裂钻孔（9）中的整体温度均升高到3℃以上时，完成一次水冰相变冻胀致裂循环；

f.重复步骤c-e，对致裂钻孔（9）再次进行冻胀-融化-冻胀的循环致裂，直到空孔（16）中有水流出时为止。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿采空区坚硬顶板低温致裂放顶方法，其特征在于：所述的温度传感器（3）包括布置在致裂钻孔最深点位置K4处的温度传感器一（3-1）、致裂钻孔中间点位置K3处的温度传感器二（3-2）和扩孔段起始点位置K1处的温度传感器三（3-3）。