一种高瓦斯低渗煤层液态二氧化碳相变致裂石门揭煤方法
专利类型：发明专利
语 言：中文
申 请 号：CN201610632728.5
申 请 日：20160804
发 明 人：张东明白鑫尹光志王浩祖钒莹何庆兵张先萌郑彬彬周斌樊增瑞
申 请 人：重庆大学
申请人地址：400000 重庆市沙坪坝区正街174号
公 开 日：20170104
公 开 号：CN106285609A
代 理 人：张小晓
代理机构：北京一格知识产权代理事务所(普通合伙) 11316
摘 要：本发明公开了一种高瓦斯低渗煤层液态二氧化碳相变致裂石门揭煤方法,包括以下步骤：1)超前地质钻探；2)液态二氧化碳相变致裂孔与瓦斯抽采孔施工；3)液态二氧化碳相变致裂增透瓦斯抽采；4)瓦斯抽采效果检验；5)液态二氧化碳相变致裂爆破揭煤；6)装岩、清理,进入煤层。本发明通过液态二氧化碳相变致裂技术,对揭煤区域煤层瓦斯进行致裂增透,提高煤层瓦斯透气性系数,在现场试验确定的致裂半径基础上,可适当增大抽采钻孔间距,可以有效减小钻孔工程量,实现煤层瓦斯的高浓度抽采及揭煤区域低渗高瓦斯煤层的快速消突,达到防止石门揭煤诱发煤与瓦斯突出的目的,而且投入成本低、瓦斯抽采效果好。
主 权 项：一种高瓦斯低渗煤层液态二氧化碳相变致裂石门揭煤方法,其特征是：包括以下步骤：1)超前地质钻探在揭煤的掘进工作面掘进至距煤层最小法向距离(L1)为20m#10m时,采用直径75mm或94mm在掘进工作面两侧向揭煤区域煤体内施工两个穿透煤层全厚,且进入顶板或底板不小于0.5m的前探取芯钻孔,钻孔进入煤层位置位于揭煤巷道上下帮的距离(L2)为12m范围以外；详细记录有无喷孔现象、煤层倾角、煤层厚度、地质构造、岩芯资料、底板和顶板岩石致密性等,对揭煤工作面前方岩石试件及煤体试件进行力学强度测试；2)液态二氧化碳相变致裂孔与瓦斯抽采孔施工A2、施工二氧化碳相变致裂孔当掘进工作面法向距离(L1)为10m#5m时,在掘进巷道掌子面向揭煤区域煤层内施工液态二氧化碳相变致裂孔三组,每组三个钻孔,钻孔直径94mm,通过三组钻孔对待开挖煤巷上帮与下帮12m范围以内煤层区域瓦斯进行致裂增透,根据现场试验结果确定液态二氧化碳相变致裂影响半径；第一组液态二氧化碳相变致裂孔包括第一致裂孔(101)、第二致裂孔(102)和第三致裂孔(103)；所述第二致裂孔(102)的终孔位于揭煤巷道上帮14.4m处,第一致裂孔(101)和第三致裂孔(103)的终孔位置分别位于所述第二致裂孔(102)煤层走向左、右16m处；第二组液态二氧化碳相变致裂孔包括第四致裂孔(104)、第五致裂孔(105)和第六致裂孔(106)；所述第五致裂孔(105)的终孔位于揭煤巷道中心位置,与所述第二致裂孔(102)的距离(L4)为16m；第四致裂孔(104)和第六致裂孔(106)的终孔位置分别位于第五致裂孔(105)煤层走向方向左、右16m处；第三组液态二氧化碳相变致裂孔包括第七致裂孔(107)、第八致裂孔(108)和第九致裂孔(109)；所述第八致裂孔(108)的终孔位于揭煤巷道下帮14.4m处,所述第七致裂孔(107)和第九致裂孔(109)的终孔位置分别位于所述第八致裂孔(108)煤层走向左、右16m处；其中,第一致裂孔(101)、第四致裂孔(104)和第七致裂孔(107)的终孔位于同一倾向内,沿倾向间距16m；第二致裂孔(102)、第五致裂孔(105)和第八致裂孔(108)的终孔位于同一倾向内,沿倾向间距16m；第三致裂孔(103)、第六致裂孔(106)和第九致裂孔(109)的终孔位于同一倾向内,沿倾向间距16m；B2、施工瓦斯抽采孔完成液态二氧化碳相变致裂孔施工后,进行瓦斯抽采孔的钻孔施工；瓦斯抽采孔分为五组,钻孔孔径为94mm；第一组抽采孔包括两个抽采孔,分别位于所述第一致裂孔(101)和第二致裂孔(102)沿走向的距离中心,以及所述第二致裂孔(102)和第三致裂孔(103)沿走向的距离中心；第二组抽采孔位于第一组液态二氧化碳相变致裂孔与第二组液态二氧化碳相变致裂孔沿煤层倾向的中心,具有5个瓦斯抽采孔,5个孔在走向方向等距布置,并与第一组抽采孔及致裂孔相对应；第三组抽采孔包括两个抽采孔,分别位于所述第四致裂孔(104)和第五致裂孔(105)沿走向的距离中心,以及所述第五致裂孔(105)和第六致裂孔(106)沿走向的距离中心；所述第四组抽采孔包括5个瓦斯抽采孔,沿倾向方向以所述第三组抽采孔为中心与所述第二组抽采孔对称布置；所述第五组抽采孔包括两个抽采孔,分别位于所述第七致裂孔(107)和第八致裂孔(108)沿走向的距离中心,以及所述第八致裂孔(108)和第九致裂孔(109)沿走向的距离中心；依次完成瓦斯抽采孔的施工；3)液态二氧化碳相变致裂增透瓦斯抽采A3、准备工作：在地面将纯度为99％的二氧化碳液体灌入液态二氧化碳储液罐,检查井下二氧化碳致裂器灌装系统是否正常工作；矿井下二氧化碳致裂孔施工完毕后,将二氧化碳致裂器灌装系统牵引至作业工作区域；检查井下压风管路,由高压管道将压风输送至工作区域；B3、液态二氧化碳灌装：将液体的二氧化碳从储液罐灌装至多个二氧化碳储液管内；C3、携塑料颗粒支撑剂二氧化碳致裂系统安装：根据钻孔施工期间地质编录情况确定所需释放管、储液管、推进杆的数量,将装有塑料颗粒支撑剂的纸质囊袋装进释放管内部,将释放管由钻机送入液态二氧化碳相变致裂孔内,接着由钻机夹持器及动力头将液态二氧化碳储液管与释放管通过螺纹连接头连接,采用万用表检测引爆线连接是否正常,检测连接正常后,由钻机向前推送,紧接着将储液管与推进杆通过螺纹连接头连接,采用万用表检测引爆线连接是否正常,检测连接正常后,由钻机向前推送,之后循环完成连接推进杆、检测引爆线连接、推进直至将释放管、储液管推送至设计煤层位置,钻机停止工作,由钻机固定推进杆以防止瓦斯抽采孔内设备滑移,连接引爆线,并将引爆线牵引至工作区域风门外,检测连线是否正常,检测连接正常后,致裂区域人员撤离至风门外,完成二氧化碳致裂系统安装；D3、起爆待以上工作完成后,采用矿用起爆器,进行起爆,起爆后采用万用表进行监测,若电阻较之前骤增,表明正常起爆,否则起爆失败；在起爆成功后5分钟之后,即可进入致裂工作区域,进行推杆拆卸；E3、重复以上步骤C3和D3,对所有液态二氧化碳相变致裂孔进行致裂施工；F3、连接抽采系统液态二氧化碳相变致裂孔起爆施工完毕后,对致裂孔及瓦斯抽采孔进行封孔,将液态二氧化碳相变致裂孔与瓦斯抽采孔连接到抽采系统,进行负压瓦斯抽采；4)瓦斯抽采效果检验抽采0.5年至1年时间后,进行抽采效果检验；采用钻屑瓦斯解析临界指标进行预测,施工效果检验孔(306)3个,其中巷道中间一个、并位于瓦斯抽采孔之间,其它2个孔位于巷道上部和两侧,终孔位置位于抽采控制范围控制的边缘线上；效果检验孔采用钻机破岩进入煤层,采用直径为94mm的钻头钻进；效果检验孔必须布置在瓦斯抽采孔之间；钻进速度均匀,速度控制在2m/min以内；钻进过程每2米测定一次K1值,钻屑瓦斯解析临界指标满足下表要求时,说明瓦斯抽采效果有效,可以进行掘进工作；否则抽采措施无效,则需采取补打瓦斯抽采孔、延长抽采时间,直至防突措施有效；表1#钻屑瓦斯解析指标法预测揭煤工作面突出危险性的参考临界值5)液态二氧化碳相变致裂爆破揭煤当巷道掘进距离煤层法线距离(L1)为1.5米时,停止掘进,采用液态二氧化碳相变致裂方法进行爆破破岩揭煤；按常规爆破方法,在掌子面上设置周边眼、辅助眼、掏槽眼等爆破揭煤孔,各个爆破孔之间以并联方式连接,撤出揭煤区域人员,采用远距离放炮同时起爆揭穿煤层,一次全断面揭开煤层；放炮后,根据工作面瓦斯传感器监测得到的瓦斯浓度情况,判断有无瓦斯突出或突出预兆,确认安全后；进入揭煤工作面,进行初期支护,工作过程中设专人观察瓦斯和观察突出预兆,发现有突出预兆,工作人员立即撤离到安全地点,完成岩柱揭煤工作；6)装岩、清理,进入煤层采用液态二氧化碳相变致裂爆破揭煤后,采用掘进工作面装岩机将爆破后破碎岩块、煤块装入矿车,运出掘进工作面,对巷道及时支护,完成石门揭煤工作。
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法律状态：
IPC专利分类号：E21B43/263;E21F7/00