[发明专利]等离子体U式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法

摘要

本发明公开了一种等离子体U式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，充分利用离子间的强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，在地面钻取“U式”钻井，“U式”钻井个数为L/d个，L为下伏煤层工作面长度，d为钻井间距，“U式”钻井分为“U式”钻井左垂直段，“U式”钻井水平段和“U式”钻井右垂直段三部分，左右两个垂直段分别穿过两个残采区遗留煤柱到达下伏煤层厚硬顶板，水平段在下伏煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行。一井双用，双向作业，对下伏煤层厚硬顶板及残采区遗留煤柱进行预裂，形成冲击波使厚硬顶板及残采区遗留煤柱产生裂隙并扩展，达到消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的目的，从而实现煤矿绿色开采，安全生产。

主权项

1.一种等离子体U式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：该方法用于：开采煤层经过上覆残采区遗留煤柱群及层间厚硬顶板，且残采区遗留煤柱群内存在两个稳定的、间隔40米～200米遗留煤柱时的情况；具体包括以下步骤：第一步：通过高压电缆将等离子体脉冲控制器、等离子体发生器、电极稳固装置、液相放电等离子体电极连接；等离子体脉冲控制器通过导线与数据采集仪连接；通过信号传输线将数据采集仪、信号放大器、检波探头连接；通过两用水管将储水罐、高压泵、冷却器、等离子体发生器连接形成完整回路，等离子体发生器冷却控制阀控制开关；通过两用水管将高压泵、压力表、高压水喷头连接，高压水喷头控制阀控制开关；并与地面供电系统相连接；第二步：确定地面与残采区遗留煤柱，下伏煤层厚硬顶板的位置及距离关系，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“U式”钻井，“U式”钻井个数为L/d个，L为下伏煤层工作面长度，d为钻井间距，“U式”钻井分为“U式”钻井左垂直段，“U式”钻井水平段和“U式”钻井右垂直段三部分，左右两个垂直段分别穿过两个残采区遗留煤柱到达下伏煤层厚硬顶板，水平段在下伏煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行，并且在左右两个垂直段和水平段的交汇处都安装有导向轮，第一个“U式”钻井称为“U式”等离子体致裂钻井，第二个“U式”钻井称为“U式”检波钻井；在“U式”钻井左右两个垂直段上方的地面，左右各设置一套第一步连接的等离子体地面“U式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的装置，两套装置在“U式”钻井左右两侧施工步骤相同，故只做一侧说明；第三步：将两用水管、高压水喷头，高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极，穿过“U式”等离子体致裂钻井垂直段，经导向轮布置在第二步钻取的“U式”等离子体致裂钻井水平段起始位置的钻井封隔器前方，并使“U式”等离子体致裂钻井水平段的钻井封隔器膨胀封井，同时信号传输线、检波探头穿过“U式”检波钻井垂直段经导向轮布置在第二步钻取的“U式”检波钻井水平段的起始位置；第四步：打开高压水喷头控制阀，储水罐内的水通过两用水管经高压泵，高压水喷头射入“U式”等离子体致裂钻井水平段内，通过压力表观察，当水充满“U式”等离子体致裂钻井水平段内部时，关闭高压水喷头控制阀；第五步：开启等离子体发生器，交流电经过等离子体发生器，高压电缆，电极稳固装置—液相放电等离子体电极放电后，电能迅速转换为冲击能，充满水的“U式”等离子体致裂钻井水平段中的压力迅速增加，使下伏煤层厚硬顶板的原始裂隙开始扩展并产生新的裂隙；同时检波探头接收到液相放电等离子体电极发出的信号，通过信号传输线，信号放大器传到数据采集仪，并分析接收到的反射波形延迟时间频谱情况，对下伏煤层厚硬顶板的裂隙发育情况进行分析，操作等离子体脉冲控制器从而调整放电频率，直至“U式”等离子体致裂钻井水平段周围的厚硬顶板实现致裂；关闭等离子体发生器；第六步：移动高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极和两用水管、高压喷水头以及检波探头到“U式”等离子体致裂钻井垂直段的残采区遗留煤柱附近，“U式”等离子体致裂钻井垂直段内的残采区遗留煤柱顶底板均安装有钻井封隔器，并同步移动信号传输线、检波探头，重复第四步、第五步，直至“U式”等离子体致裂钻井垂直段附近的残采区遗留煤柱实现致裂；关闭等离子体发生器；第七步：回收高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极和两用水管、高压喷水头以及检波探头，然后打开等离子体发生器冷却控制阀，储水罐的水通过两用水管经高压泵、冷却器、等离子体发生器回到储水罐，对等离子体发生器进行冷却降温后，关闭等离子体发生器冷却控制阀，最后封堵“U式”等离子体致裂钻井；第八步：将“U式”检波钻井作为下一个“U式”等离子体致裂钻井，相邻的未预裂“U式”钻井作为下一个“U式”检波钻井，重复第三步至第七步，直至第二步钻取的所有“U式”钻井附近的厚硬顶板和残采区遗留煤柱全部致裂完成。