本發(fā)明屬于煤礦安全，具體涉及一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法。

背景技術(shù)：

1、在石門揭穿煤層時最易發(fā)生煤與瓦斯突出危險，為了治理石門揭煤潛在的煤與瓦斯突出危險，不同學(xué)者分別從增加煤巖體強度、提前釋放工作面前方集中應(yīng)力、快速預(yù)抽煤層瓦斯等方面開展研究。提出了注漿加固、敷設(shè)金屬骨架、施工大直徑鉆孔卸壓、提前長時間預(yù)抽石門揭煤區(qū)域煤層瓦斯等措施及方法，但存在注漿材料在煤體中擴散比較困難、加固范圍有限、突出煤層中措施鉆孔直徑大小受限、低滲透煤層中預(yù)抽瓦斯效果較差、抽采時間極長等難題，因此，迫切需要提供一種易突出煤層的快速石門揭煤方法，可以迅速有效的消除石門揭煤區(qū)域的煤與瓦斯突出危險性，從而達到安全、快速揭煤的目標(biāo)。

2、目前相關(guān)研究結(jié)果表明，煤體瓦斯解吸速度與煤體溫度呈正相關(guān)。煤體溫度越高其瓦斯解吸能力越快。因此，可以通過對煤體加熱的辦法，強化煤體瓦斯解吸，提升瓦斯抽采效果。同時采取增透措施人為擴展煤體裂隙網(wǎng)絡(luò)亦可增加煤層中瓦斯涌出通道，提升瓦斯抽采效果。常用的煤體加熱技術(shù)多采用紅外、微波等非接觸式加熱方式、煤層注入過熱水或水蒸汽的方法、注高溫惰性氣體的方法。常用的增透措施包括水力壓裂、水力割縫、水力造穴、機械造穴、炸藥爆破、高能氣體爆破(液態(tài)二氧化碳爆破、高壓空氣爆破)等。

3、在井下對煤體介質(zhì)加熱，一般采用發(fā)熱電纜、電阻絲等方法進行。但該方法將加熱電纜、電阻絲等直接暴露在空氣或煤體中，既有煤體著火的危險，又存在誘發(fā)瓦斯爆炸、煤塵爆炸的危險，容易造成惡性事故。注高溫惰性氣體存在氣體與固體熱能交換慢，熱效率差的問題。水力壓裂、水力割縫、炸藥爆破、高能氣體爆破措施對煤體擾動過于激烈，容易誘發(fā)突出，其應(yīng)用于石門揭煤時受到相關(guān)法規(guī)的限制。

4、而在煤層中注入過熱水或水蒸汽的方法，注熱溫度通常在60～100℃，可避免煤體著火和誘發(fā)瓦斯爆炸、煤塵爆炸的危險。造穴(水力造穴或機械造穴)可以增加煤體變形空間，人為制造煤體裂隙網(wǎng)絡(luò)，增加游離態(tài)瓦斯運移通道，提高煤層透氣性，加速吸附態(tài)瓦斯轉(zhuǎn)為游離態(tài)瓦斯，并被抽放出煤體。同時造穴參數(shù)可根據(jù)瓦斯賦存狀態(tài)隨時變換，既能增加煤體卸壓空間，又能比較溫和的對煤體進行擾動。

5、根據(jù)上述背景，可將造穴及循環(huán)注熱技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下石門揭煤作業(yè)中，對待揭煤層造穴，然后循環(huán)注熱，既能釋放煤體集中應(yīng)力，增加煤體裂隙網(wǎng)絡(luò)，又能加速煤體中的吸附態(tài)瓦斯解吸，在較短時間內(nèi)將揭煤區(qū)域煤層瓦斯含量及煤體應(yīng)力降低至安全范圍，消除突出危險性，從而實現(xiàn)快速安全揭煤。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法，解決水力壓裂、水力割縫、炸藥爆破、高能氣體爆破措施應(yīng)用受限和注熱介質(zhì)高溫加熱產(chǎn)生新的危險源及加熱效率低等問題，以達到增加煤層透氣性、提高煤體注熱促抽程度、大幅減少抽采時間、提升煤層瓦斯抽采效果、實現(xiàn)安全揭煤的目的。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法，包括以下步驟：

3、步驟1：在揭煤工作面前方施工若干鉆孔，鉆孔應(yīng)當(dāng)穿透待揭煤層的煤層底板到達煤層頂板設(shè)定深度，鉆孔需覆蓋揭煤區(qū)域輪廓線外至設(shè)定距離；

4、步驟2：利用造穴鉆頭對鉆孔的煤段進行造穴作業(yè)，完成造穴工作后，退出造穴鉆頭及鉆桿；

5、步驟3：在鉆孔內(nèi)全孔段下入抽采管，鉆孔孔口采用“兩堵一注”工藝封孔，封孔段長度不小于8m；

6、步驟4：利用移動式煤層加熱、注水系統(tǒng)連接抽采管向鉆孔內(nèi)持續(xù)注入高溫?zé)崴?，移動式煤層加熱、注水系統(tǒng)的壓力表達到設(shè)定數(shù)值后，停止注入熱水，并關(guān)閉移動式煤層加熱、注水系統(tǒng)；

7、步驟5：經(jīng)過若干小時鉆孔內(nèi)煤和水的熱交換后，斷開移動式煤層加熱、注水系統(tǒng)，泄放孔內(nèi)水，然后重復(fù)步驟4；

8、步驟6：重復(fù)步驟5的2～3個循環(huán)，結(jié)束后徹底放盡鉆孔內(nèi)的水，卸下移動式煤層加熱、注水系統(tǒng)，在抽采管端頭安裝抽采接頭及抽采軟管；

9、步驟7：將揭煤作業(yè)面所有鉆孔的抽采軟管匯集到一條抽采連接管中，然后接入巷道中敷設(shè)的抽采管路進行抽采。

10、所述步驟1中，鉆孔直徑為94mm及以上。

11、所述步驟2中，造穴作業(yè)采用連續(xù)全煤段造穴或者間隔造穴工藝，在煤段形成一個或多個造穴孔洞。

12、所述步驟2中，造穴作業(yè)的具體實施方法如下：造穴作業(yè)時利用高壓水泵提供高壓水，通過高壓軟管、鉆桿傳輸?shù)皆煅ㄣ@頭，由高壓水對煤體進行切割形成碎屑隨水流流出鉆孔，利用高壓水控制閥門來操控是否供給高壓水，通過高壓水泵上的參數(shù)顯示屏觀看高壓水壓力值。

13、所述步驟3中，抽采管位于煤層頂板側(cè)設(shè)有篩眼，篩眼的長度為4～6m，封孔段的抽采管無篩眼。

14、所述步驟4中，所述移動式煤層加熱、注水系統(tǒng)包括注水裝置，注水裝置依次連接耐高溫高壓軟管、循環(huán)注熱用管連接頭，循環(huán)注熱用管連接頭安裝在步驟3中外露的抽采管端頭上，注水裝置通過耐高溫高壓軟管、循環(huán)注熱用管連接頭向鉆孔內(nèi)持續(xù)注入高溫?zé)崴媚透邷馗邏很浌苌系目刂崎y門來操控是否供給熱水，通過注水裝置出水端的壓力表觀看注水壓力穩(wěn)定在設(shè)定值時停止注熱作業(yè)。

15、所述步驟5中，熱水在鉆孔中留存時間為8小時或者一個工作班次。

16、本發(fā)明的有益效果是：

17、(1)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過造穴和循環(huán)注熱相結(jié)合，造穴后煤體應(yīng)力會重新分布，增加變形空間，降低煤體應(yīng)力，增加煤體裂隙，提高煤層透氣性，同時在造穴后進行循環(huán)注熱，短期內(nèi)大幅提高區(qū)域煤體溫度，大幅提高瓦斯解吸效率，兩者相結(jié)合，可大幅提高瓦斯抽采效果，達到強化促抽、快速降低揭煤區(qū)域瓦斯含量、消除突出危險性的目的。

18、(2)采用高溫水作為加熱介質(zhì)，水對煤體的熱傳導(dǎo)效率高于氣體對煤體的熱傳導(dǎo)效率，提高了熱交換的效率，解決了傳統(tǒng)的紅外、微波等加熱措施熱衰減速度快、耗能高等缺點，同時用水作為加熱介質(zhì)，可防止鉆孔內(nèi)煤體在其他高溫?zé)嵩醋饔孟聦?dǎo)致的發(fā)火或者爆炸危險。

19、(3)一孔多用，施工的鉆孔先用于造穴，接著用于循環(huán)注熱，最后用于瓦斯抽采。

技術(shù)特征：

1.一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法，其特征在于，所述步驟1中，鉆孔直徑為94mm及以上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法，其特征在于，所述步驟2中，造穴作業(yè)采用連續(xù)全煤段造穴或者間隔造穴工藝，在煤段形成一個或多個造穴孔洞。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法，其特征在于，所述步驟2中，造穴作業(yè)的具體實施方法如下：造穴作業(yè)時利用高壓水泵提供高壓水，通過高壓軟管、鉆桿傳輸?shù)皆煅ㄣ@頭，由高壓水對煤體進行切割形成碎屑隨水流流出鉆孔，利用高壓水控制閥門來操控是否供給高壓水，通過高壓水泵上的參數(shù)顯示屏觀看高壓水壓力值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法，其特征在于，所述步驟3中，抽采管位于煤層頂板側(cè)設(shè)有篩眼，篩眼的長度為4～6m，封孔段的抽采管無篩眼。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法，其特征在于，所述步驟4中，所述移動式煤層加熱、注水系統(tǒng)包括注水裝置，注水裝置依次連接耐高溫高壓軟管、循環(huán)注熱用管連接頭，循環(huán)注熱用管連接頭安裝在步驟3中外露的抽采管端頭上，注水裝置通過耐高溫高壓軟管、循環(huán)注熱用管連接頭向鉆孔內(nèi)持續(xù)注入高溫?zé)崴?，利用耐高溫高壓軟管上的控制閥門來操控是否供給熱水，通過注水裝置出水端的壓力表觀看注水壓力穩(wěn)定在設(shè)定值時停止注熱作業(yè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法，其特征在于，所述步驟5中，熱水在鉆孔中留存時間為8小時或者一個工作班次。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種造穴及循環(huán)注熱快速石門揭煤方法，首先在揭煤工作面前方施工若干鉆孔，利用造穴鉆頭對鉆孔的煤段進行造穴作業(yè)，在鉆孔內(nèi)全孔段下入抽采管，利用移動式煤層加熱、注水系統(tǒng)連接抽采管向鉆孔內(nèi)持續(xù)注入高溫?zé)崴?，?jīng)過若干小時鉆孔內(nèi)煤和水的熱交換后，斷開移動式煤層加熱、注水系統(tǒng)，泄放孔內(nèi)水，通過多次注水和斷開的循環(huán)后，徹底放盡鉆孔內(nèi)的水，在抽采管端頭安裝抽采接頭及抽采軟管，進行抽采，本發(fā)明一孔多用，施工的鉆孔先用于造穴，接著用于循環(huán)注熱，最后用于瓦斯抽采，本發(fā)明通過造穴和循環(huán)注熱相結(jié)合，可大幅提高瓦斯抽采效果，達到強化促抽、快速降低揭煤區(qū)域瓦斯含量、消除突出危險性的。

技術(shù)研發(fā)人員：汪開旺,李思齊,曹垚林,張清清,宋佳林,高中寧,王豐,馬小敏,趙曉亮,劉鋒,聶榮山,黃鶴,謝正紅,高璟盎,王曉峰
受保護的技術(shù)使用者：中煤科工集團沈陽研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6