一种石门过断层方法与流程

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种石门过断层方法，具体是提供了一种高瓦斯矿井石门掘进处遇到大的断层的处理措施。

背景技术：

煤与瓦斯突出是威胁矿井安全的主要灾害之一，尤其是在断层处，往往积聚大量高浓度的瓦斯。由于地质条件的复杂性和未知性，处理起来往往需要小心谨慎。在石门掘进工作面，前方煤岩应力状态极易发生突然变化，岩石、断层的弹性潜能以及瓦斯能量的瞬间大量释放会发生高强度的瓦斯突出。进入风流中的高浓度瓦斯逆流到工作面，易产生瓦斯超限，发生瓦斯爆炸事故。由于石门揭断层的工艺的特殊性，全过程都有突出危险，并可能发生连续突出、延期突出和自行揭开突出的现象，比一般类型突出防治难度更大。

目前，石门揭断层的方法一般从泄压和加固两方面入手。在卸压增透方面主要有水力冲孔、松动爆破和水力割缝等措施，在加固方面主要有金属骨架和注浆加固等措施。这些措施在石门揭断层处的防突工作中有显著成效，但也存在很大的局限性。单纯水力割缝等措施能有效卸除地应力和瓦斯压力，但同时破坏了断层完整性，而且可能会发生突水事故。注浆加固能有效提高断层强度，但是水泥砂浆在在断层处的扩散半径相当有限，只能局部的实现断层处的加固，无法实现区域性加固。因此，迫切需要提供一种石门揭断层的方法，既能满足卸压增透高效抽采断层处瓦斯，又能强化加固断层区域强度，实现安全快速揭开断层。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种掘进石门过程中遇到断层时的掘进新方法，用于断层处的消突。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种石门过断层方法，按如下步骤进行：

step1.钻孔：在石门遇到断层前，通过向断层处布置钻孔，包括注水孔、测温孔、冷冻孔三类钻孔；

step2.注水置换：然后向注水孔注水，快速置换煤体中的瓦斯；

step3.固化防突：向冷冻孔注入液氮，迅速降低断层积聚处的瓦斯温度到-30～-40℃，抑制断层处瓦斯的解吸，从而降低瓦斯浓度，同时增加此处的煤层或岩层的力学性质，达到煤岩的固化防突；

step4.断层揭开：综掘机揭开断层。

为了更好地实现本发明，在石门掘进工作面距断层面（14）的最小法向距离大于或等于10m位置处，至少打两个超前钻孔，掌握断层处瓦斯情况和含水情况；到达7m处穿过安全岩柱（11）向断层面（14）处分组布置钻孔，其中每个单元包括一个注水孔（17）、一个测温孔（18）和一个冷冻孔（19），具体实施步骤过程如下：

step1.钻孔：沿着断层面向断层内部打注水孔（17），然后在注水孔（17）的一侧分别施工一个测温孔（18）和一个冷冻孔（19）；

step2.注水置换：

step2.1.向注水孔（17）中送入逆止钻头（12），打开阀门（9）和阀门（13），向高压供水管（1）注水，水流通过尾水管接头（4），套管（10）进入注水孔（17），置换出的瓦斯和冲刷出的煤体沿着三通（8）、阀门（9）、排煤胶管（6）和输煤管（16）排出，待注水孔周围煤壁出现渗水现象、或注水压力突然降低、或持续注水压力无明显变化时停止注水；

step2.2.将注水孔（17）与瓦斯抽采管路相连，按常规技术对断层处的单元内进行瓦斯抽采；

step3.固化防突：

step3.1.闭合阀门（9）和阀门（13），向高压供水管（1）通入液氮，液氮经过尾水管接头（4）、套管（10）、由逆止钻头（12）到达冷冻孔（19）；

step3.2.在注氮的过程中，设置在测温孔（18）内的温度传感器经过数据线将断层面（14）内的温度信号传输给测温仪（20），通过测温仪（20）实时监测测温孔（18）内断层的温度；

step3.3.当测温孔（18）的温度达到-30℃时，可判断降温效果已经达到，此时断层被冻结，停止该单元注氮，关闭该单元的低温注氮系统；

step3.4.重复上述步骤step1～step3.3，进行下一单元的处理，直至完成所有单元内的瓦斯抽采和液氮降温过程；

step4.使用综掘机揭开断层。

进一步的，所述步骤step2.2中，进行瓦斯抽采过程中，瓦斯浓度、流量变化异常时，可对该单元重复进行注水、注液氮冻结，增强断层处围岩和煤层的透气性，以及断层的力学性质，以达到强化瓦斯抽采的效果。

作为优选，所述步骤step1钻孔中，注水孔（17）、测温孔（18）和冷冻孔（19）之间的距离为0.2～0.5m。

更进一步的，所述步骤step2.1中，向注水孔（17）中送入逆止钻头（12）的送入深度为不小于注水孔深度的80％，向注水孔（17）中注水的压力为3～15mpa。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明可在石门过断层处正常作业，通过将高压水通过钻孔注入断层，注水结束后关闭注阀门，注入的水存留在断层中并持续渗流进入更微小的裂隙然后通过液氮冷冻技术将注水钻孔周围断层冻结，冻结过程中断层裂隙中的自由水逐渐由液态转化为固态从而改变了断层力学性质，同时提高了围岩煤体的透气性，改善了瓦斯的流动状态。极大地提高了瓦斯回采率，解决了断层处抽采效率低、抽采周期长、抽采钻孔影响范围小的问题。

附图说明

图1是本发明的注水和注液氮系统图。

图2是本发明的断层单元打孔图。

图3是本发明的单元钻孔分布图。

图4是本发明的测温示意图。

图5是本发明石门面打孔作业示意图。

其中：

1、高压供水管，2、压力表，3、胶管，4、尾水管接头，5、钻机，6、排煤胶管，7、安全密封卡头，8、三通，9、阀门，10、套管，11、安全岩柱，12、逆止钻头，13、阀门，14、断层面，15、射流泵，16、输煤管，17、注水孔，18、测温孔，19、冷冻孔，20、测温仪，21、沉淀桶，22、过滤桶，23、水煤浆，24、轨道，25、矿车，26、钻机及高压泵系统，27、钻孔，28、扩孔钻杆及钻头，29、断层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种石门过断层方法，在石门掘进工作面距断层面（14）的最小法向距离大于或等于10m位置处，用钻机（5）至少打两个超前钻孔，掌握断层处瓦斯情况和含水情况；到达7m处穿过安全岩柱（11）向断层面（14）处分组布置钻孔，其中每个单元包括一个注水孔（17）、一个测温孔（18）和一个冷冻孔（19），具体步骤为：

step1.钻孔：沿着断层面向断层内部打注水孔（17），然后在注水孔（17）的一侧分别施工一个测温孔（18）和一个冷冻孔（19）；

step2.注水置换：

step2.1.向注水孔（17）中送入逆止钻头（12），打开阀门（9）和阀门（13），向高压供水管（1）注水，水流通过尾水管接头（4），套管（10）进入注水孔（17），置换出的瓦斯和冲刷出的煤体沿着三通（8）、阀门（9）、排煤胶管（6）和输煤管（16）排出，待注水孔周围煤壁出现渗水现象、或注水压力突然降低、或持续注水压力无明显变化时停止注水；

step2.2.将注水孔（17）与瓦斯抽采管路相连，按常规技术对断层处的单元内进行瓦斯抽采；

step3.固化防突：

step3.1.闭合阀门（9）和阀门（13），向高压供水管（1）通入液氮，液氮经过尾水管接头（4）、套管（10）、由逆止钻头（12）到达冷冻孔（19）；

step3.2.在注氮的过程中，设置在测温孔（18）内的温度传感器经过数据线将断层面（14）内的温度信号传输给测温仪（20），通过测温仪（20）实时监测测温孔（18）内断层的温度；

step3.3.当测温孔（18）的温度达到-30℃时，可判断降温效果已经达到，此时断层被冻结，停止该单元注氮，关闭该单元的低温注氮系统；

step3.4.重复上述步骤step1～step3.3，进行下一单元的处理，直至完成所有单元内的瓦斯抽采和液氮降温过程；

step4.使用综掘机揭开断层。

实施例二

如附图所示，本发明所述的一种石门过断层的方法，

首先在石门处距断层面（14）法向距离10米处用钻机（5）打超前钻孔，探测断层（29）处的瓦斯浓度和含水情况，如果不会发生突水情况且瓦斯含量较高则继续向前推进；

如图2和图3所示，在距离断层面（14）7米处打单元孔，包括注水孔（17）、测温孔（18）和冷冻孔（19）；

然后，如图1所示，安装水力冲孔装置，将设备装置相连并确保安装正确后，把逆止钻头（12）探向注水孔（17），在高压注水孔（17）注入高压水，水压在3～15mpa；

然后，如图5所示，开始冲孔；

待冲孔结束后安装抽采瓦斯装置，检查无误后接通注水孔（17）处开始抽采瓦斯，待压力降到0.74mpa以下后停止抽采；

然后在注水装置后面的高压注水管（1）上接上有一定压力的液氮，关闭阀门（13）和阀门（9）并向冷冻孔（19）注入液氮；

同时，如图4所示，将测温仪（20）的温度传感器探入测温孔（18）中，一边注入液氮降温，一边观测测温仪（20）上的读数，待上面显示温度达到-30℃时，说明此时降温效果已经达到，关闭注氮系统，开始下一单元的循环；

最后，所有单元完成上述操作后，用综掘机掘开断层即可。

综上所述，通过本实施例的描述，可以使本技术领域人员更好的实施本方案。