一种电脉冲辅助液氮冻结式石门揭煤方法与流程

本发明涉及石门揭煤技术领域，具体涉及一种适用于突出性危险煤层的电脉冲辅助液氮冻结式石门揭煤方法。

背景技术：

随着煤矿开采深度的不断增大，深部矿井的数量将成倍增加。深部矿井普遍存在高应力、高瓦斯的特点，在石门揭煤前，由于煤层顶、底板封闭，煤层中存在较高的瓦斯压力，使得石门揭煤工作面很容易突出。

现有的突出煤层的揭煤方法主要从卸压增透和煤层加固这两个方面进行，煤层卸压增透方式主要有水力冲孔、水力压裂和水力割缝等措施，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中取得了一些效果，但也存在着施工难度大、效率低等问题，严重制约煤矿的生产进度。因此，迫切需要提供一种简单高效、安全快捷的石门揭煤方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电脉冲辅助液氮冻结式石门揭煤方法，该方法能够显著提高瓦斯预抽效率，加快揭煤进度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种电脉冲辅助液氮冻结式石门揭煤方法，包括以下步骤：

a、在揭煤工作面向煤层施工若干组电脉冲致裂钻孔，每组电脉冲致裂钻孔包括一个正电极钻孔和多个负电极钻孔，负电极钻孔均匀分布在正电极钻孔周围；

b、将板状正电极和板状负电极分别安装在高压电缆护管的端部，并分别通过高压电缆护管内部的高压电缆与高压电脉冲发生器的正极和负极连接；

c、把板状正电极和板状负电极通过高压电缆护管分别送入一组电脉冲致裂钻孔内的正电极钻孔和一个负电极钻孔中部，板状正电极和板状负电极紧贴钻孔壁且方向正对；

d、启动高压电脉冲发生器，当高压电脉冲发生器的电压达到设定放电电压值时，通过板状正电极和板状负电极对正电极钻孔和负电极钻孔之间的煤体进行放电击穿，放电10-50次后，关闭高压电脉冲发生器；

e、重复步骤c-d，进行该组电脉冲致裂钻孔内下一个负电极钻孔与正电极钻孔间煤体的放电击穿，周而复始，直至完成该组电脉冲致裂钻孔内全部负电极钻孔与正电击钻孔间煤体的放电击穿；

f、重复步骤c-d-e，进行下一组电脉冲致裂钻孔内煤体的放电击穿，周而复始，直至完成所有组电脉冲致裂钻孔内煤体的放电击穿；

g、通过高压电缆护管撤出电脉冲致裂钻孔内的板状正电极和板状负电极，然后将所有电脉冲致裂钻孔与瓦斯抽采管网连接，使用常规抽采方法进行瓦斯抽采；

h、瓦斯抽采结束后，分别向每个电脉冲致裂钻孔中送入注水管，注水管另一端分别与注水泵站和液氮泵站连接，然后采用常规封孔方法密封钻孔，打开注水开关，通过注水泵站向电脉冲致裂钻孔内注入一定压力的水；

i、待电脉冲致裂钻孔内注水压力维持在设定值1-5天后，关闭注水开关，然后打开液氮开关，通过液氮泵站向电脉冲致裂钻孔内注入液氮，将钻孔中及渗入煤层中的水冻结，待电脉冲致裂钻孔内注入液氮压力维持在设定值1-3天后，关闭液氮开关，之后按照常规方法揭开煤层。

优选的，步骤a中，每个负电极钻孔与正电极钻孔的孔口距离为1-4m。

优选的，步骤d中，所述高压电脉冲发生器的放电电压为100-500kv。

优选的，步骤h中，所述注水的水压为1-10mpa。

优选的，步骤i中，所述注入液氮的压力为0.4-0.6mpa。

优选的，所述高压电缆护管为pvc管。

本发明将电脉冲致裂和液氮加固煤层的方法相结合，通过高压电脉冲对正电极钻孔和负电极钻孔间的煤体进行放电击穿，使钻孔间煤体产生大量裂隙，形成可控裂隙区，显著提高区域内流体的渗透性，使瓦斯预抽和水分渗入煤体的效率成倍提高，之后利用液氮冻结钻孔中及煤体内的水分，加固煤层。本方法工艺简单，安全可靠，可显著提升石门揭煤效率，加快揭煤进度。

附图说明

图1是本发明的电脉冲辅助液氮冻结式石门揭煤方法施工示意图；

图2是图1的a-a揭煤工作面一组电脉冲致裂钻孔的布置示意图；

图中：1-揭煤工作面，2-煤层，3-正电极钻孔，4-负电极钻孔，5-板状正电极，6-板状负电极，7-高压电缆，8-高压电脉冲发生器，9-高压电缆护管，10-注水管，11-注水泵站，12-液氮泵站，13-注水开关，14-液氮开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种电脉冲辅助液氮冻结式石门揭煤方法，包括以下步骤：

a、在揭煤工作面1向煤层2施工若干组电脉冲致裂钻孔，每组电脉冲致裂钻孔包括一个正电极钻孔3和多个负电极钻孔4，负电极钻孔4均匀分布在正电极钻孔3周围，如图2所示，每个负电极钻孔4与正电极钻孔3的孔口距离为1-4m，每个钻孔的直径为80mm；

b、将板状正电极5和板状负电极6分别安装在高压电缆护管9的端部，并分别通过高压电缆护管9内部的高压电缆7与高压电脉冲发生器8的正极和负极连接，其中，所述高压电缆护管9是直径为20mm的pvc管；

c、把板状正电极5和板状负电极6通过高压电缆护管9分别送入一组电脉冲致裂钻孔内的正电极钻孔3和一个负电极钻孔4中部，板状正电极5和板状负电极6紧贴钻孔壁且方向正对；

d、启动高压电脉冲发生器8，当高压电脉冲发生器8的电压达到设定放电电压值时，通过板状正电极5和板状负电极6对正电极钻孔3和负电极钻孔4之间的煤体进行放电击穿，所述放电电压为100-500kv，放电10-50次后，关闭高压电脉冲发生器8；通过高压电脉冲发生器8产生的高能脉冲爆震波作用于煤体，使煤体产生大量煤层裂隙；

e、重复步骤c-d，进行该组电脉冲致裂钻孔内下一个负电极钻孔4与正电极钻孔3间煤体的放电击穿，周而复始，直至完成该组电脉冲致裂钻孔内全部负电极钻孔4与正电极钻孔3间煤体的放电击穿；

f、重复步骤c-d-e，进行下一组电脉冲致裂钻孔内煤体的放电击穿，周而复始，直至完成所有组电脉冲致裂钻孔内煤体的放电击穿；

g、通过高压电缆护管9撤出电脉冲致裂钻孔内的板状正电极5和板状负电极6，然后将所有电脉冲致裂钻孔与瓦斯抽采管网连接，使用常规抽采方法进行瓦斯抽采；

h、瓦斯抽采结束后，分别向每个电脉冲致裂钻孔中送入注水管10，所述注水管的直径为30mm，注水管10另一端分别与注水泵站11和液氮泵站12连接，然后采用常规封孔方法密封钻孔，打开注水开关13，通过注水泵站11向电脉冲致裂钻孔内注入一定压力的水，注水的水压为1-10mpa；

i、待电脉冲致裂钻孔内注水压力维持在设定值1-5天后，关闭注水开关13，然后打开液氮开关14，通过液氮泵站12向电脉冲致裂钻孔内注入液氮，将钻孔中及渗入煤层2中的水冻结，待电脉冲致裂钻孔内注入液氮压力维持在设定值1-3天后，关闭液氮开关14，所述注入液氮的压力为0.4-0.6mpa，之后按照常规方法揭开煤层2。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种电脉冲辅助液氮冻结式石门揭煤方法，该方法是向煤层施工多组电脉冲致裂钻孔，通过高压电脉冲发生器对钻孔间煤体进行致裂增渗，在煤层中形成可控裂隙区；然后使用常规方法对煤层进行瓦斯抽采；之后向钻孔中注入一定压力的水，待煤层浸水充分后，向钻孔内注入液氮，冻结钻孔内及煤层中的水，加固煤层；最后揭开煤层。本方法工艺简单，安全可靠，可显著提升石门揭煤效率，加快揭煤进度，缩短揭煤周期。

技术研发人员：林柏泉;李彦君;张祥良;李永;朱传杰;孔佳;任洁
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2018.09.11
技术公布日：2019.01.22