一种卸压消能与冻结固化协同防控煤与瓦斯突出方法与流程

本发明涉及一种防控煤与瓦斯突出方法，具体地说是涉及一种适用于突出矿井的卸压消能与冻结固化协同防控煤与瓦斯突出方法。

背景技术：

煤与瓦斯突出防控多采用开采保护层、预抽煤层瓦斯方法，对于低透气性煤层，诸如水力压裂、水力造穴、深孔爆破、二氧化碳爆破等增透技术得到一定程度的应用。例如，公告号为cn102619552b的中国发明专利，公开了“导向槽定向水力压穿增透及消突方法”，其通过导向槽和控制钻孔对水力压裂进行定向控制，提高卸压增透效果，减少预抽时间以达到消突目的。此种通过高压液体/气体进行强化抽采的消突方法取得了一定效果，但在瓦斯抽采后期，煤层瓦斯压力降低，瓦斯压力梯度减小，突出危险性随抽采时间增加降低越来越困难，尤其对于流变特征更为明显的构造煤发育区域，长时间的卸压增透抽采并不能取得预期效果。

已有研究人员提出利用液氮营造低温环境抑制煤的解吸放散特征以达到消突效果，例如，公布号为cn106401533a的中国发明专利，公开了“二次利用顺层钻孔注液氮冷冻煤体快速消突装置与方法”，其通过营造低温环境抑制煤体瓦斯解吸放散，实现消突目的。申请号为cn107605484a的中国发明专利，公开了“一种液氮冻结式石门揭煤方法”，其采用在钻孔中注浆与注液氮相结合进行煤体冻结固化，提高石门揭煤作业的效率。现有利用液氮进行井下煤层冻结固化工艺的实用性与安全性存在一定程度的问题，导致这一方法得不到进一步推广应用。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本发明提出一种卸压消能与冻结固化协同防控煤与瓦斯突出方法，该方法可在瓦斯抽采前期提高瓦斯抽采量，并在瓦斯抽采后期提高煤体的力学强度以及抑制瓦斯解吸，实现煤与瓦斯突出防控。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种卸压消能与冻结固化协同防控煤与瓦斯突出方法，包括以下步骤：

步骤1，在煤/岩层中施工抽采钻孔，进行封孔，于抽采钻孔一侧施工卸压消能钻孔，在卸压消能钻孔中实施水力增透作业；

步骤2，对采取水力增透作业后的卸压消能钻孔进行封孔，将抽采钻孔和卸压消能钻孔连接瓦斯抽采系统，进行瓦斯抽采，在瓦斯抽采系统的抽采管上安设温度传感器；

步骤3，在抽采钻孔与卸压消能钻孔之间施工冻结固化钻孔，进行封孔，并进行注液氮冻结作业；

步骤4，待温度传感器所监测温度数据达到设定值后，进行采掘作业。

上述步骤1中：所述水力增透作业是采用水力割缝、水力造穴、水力压裂及其他水力化煤层改性方法中的一种或几种组合进行施工作业。

上述步骤1中采用的水力增透作业中若包含密封钻孔流程，则不执行步骤2中的封孔步骤。

上述水力割缝作业采用水力割缝装置，该装置包括水箱、高压水管和高压密封钻杆，水箱通过高压水管与高压密封钻杆连接，在高压水管上设置有输送泵和水压控制器；水压控制器包括控制阀门和压力表等部件。

水箱中的静压水经输送泵转变为高压水，高压水通过高压水管经水压控制器进入高压密封钻杆，通过移动高压密封钻杆的钻头位置至卸压消能钻孔指定位置处实施水力割缝作业。

上述步骤2中：所述温度传感器是随抽采管安设至抽采钻孔和卸压消能钻孔的深部，温度传感器的安设位置与钻孔孔口距离应超过钻孔密封部分长度。

上述步骤3中：所述冻结固化钻孔的直径为75mm～95mm，采用水泥浆封孔方法进行封孔。

上述步骤3中：注液氮冻结作业采用冻结设备，该设备包括液氮储存装置、液氮输送管路和冻结管，液氮储存装置通过液氮输送管路与冻结管连接，冻结管伸入冻结固化钻孔中；液氮储存装置中的液氮通过液氮输送管路输送至冻结固化钻孔内。

上述液氮储存装置采用液氮罐等作为液氮源。在液氮储存装置的顶部配置有自增压装置，自增压装置包括控制阀门、压力表、增压泵等部件。

上述液氮输送管路上设置有监测控制装置，监测控制装置包括压力表和控制阀门；所述液氮输送管路还连接有卸压管路，在卸压管路上设置有卸压阀门；若压力表数值超过设定值，可开启卸压阀门进行卸压操作，保证设备安全。

上述温度传感器的设定值优选为-10℃。

本发明的有益技术效果是：

本发明提供一种卸压消能与冻结固化协同防控煤与瓦斯突出方法，可在瓦斯抽采前期采用水力增透技术提高瓦斯抽采量，并提高煤体的含水率，同时，在瓦斯抽采后期采用注液氮冻结固化含水煤体，提高煤体的力学强度，抑制煤中吸附态瓦斯的解吸速度，从而实现更加高效、安全的防控煤与瓦斯突出。

附图说明

图1为本发明水力割缝卸压消能现场施工示意图；

图2为本发明注液氮冻结固化现场施工示意图；

图3为穿层钻孔布置示意图；

图4为顺层钻孔布置示意图。

图中：1.乳化液泵，2.高压水管，3.水箱，4.水压控制器，5.高压密封钻杆，6.卸压消能钻孔，7.抽采钻孔，8.抽采管，9.钻孔密封部分，10.煤层，11.液氮储存装置，12.自增压装置，13.液氮输送管路，14.监测控制装置，15.压力表，16.控制阀门，17.温度传感器，18.温度采集装置，19.冻结固化钻孔，20.冻结管，21.卸压阀门，22.岩石巷道。

具体实施方式

为解决现有单一卸压增透方法或冻结固化方法无法取得防控煤与瓦斯突出预期效果的问题，本发明提出一种卸压消能与冻结固化协同防控煤与瓦斯突出方法，该方法包括：在煤/岩层中施工抽采钻孔，进行封孔，于抽采钻孔一侧施工卸压消能钻孔，在卸压消能钻孔指定位置处实施水力增透作业；对采取水力增透作业后的钻孔进行封孔，连接瓦斯抽采系统，进行瓦斯抽采，在抽采管内安设温度传感器；在抽采钻孔与卸压消能钻孔之间施工冻结固化钻孔，进行封孔，并安装冻结设备，进行注液氮冻结作业；待温度监测数据达到设定值后，进行采掘作业。该方法可在瓦斯抽采前期提高瓦斯抽采量，在瓦斯抽采后期提高煤体的力学强度以及抑制瓦斯解吸，实现更加高效、安全的防控煤与瓦斯突出。

实施例1

如图1、图2、图3所示，本发明进行卸压消能与冻结固化协同防控煤与瓦斯突出方法，包括以下步骤：

步骤1，在岩石巷道22向煤层10施工抽采钻孔7，进行封孔，于抽采钻孔7一侧施工卸压消能钻孔6，岩石巷道22内设置乳化液泵1、水箱3及水压控制器4，水箱3中的静压水经乳化液泵1转变为高压水，高压水通过高压水管2经水压控制器4进入高压密封钻杆5，通过移动高压密封钻杆的钻头位置至卸压消能钻孔6指定位置处实施水力割缝作业。

步骤2，对采取水力割缝作业后的卸压消能钻孔6进行封孔，并将卸压消能钻孔6和抽采钻孔7连接瓦斯抽采系统，进行瓦斯抽采。并且在卸压消能钻孔6内安设温度传感器17，温度传感器17由抽采管8内部穿过自抽采钻孔孔口安设至钻孔深部，安设位置与孔口距离应超过钻孔密封部分9的长度。

步骤3，在抽采钻孔7与卸压消能钻孔6之间施工钻孔直径为φ75mm～95mm的冻结固化钻孔19，采用水泥浆封孔方法进行封孔，并在岩石巷道22内安装冻结设备。冻结设备包括液氮储存装置11、自增压装置12、液氮输送管路13、监测控制装置14，在抽采钻孔7内安设温度传感器17，温度传感器17由抽采管8内部穿过自抽采钻孔孔口安设至钻孔深部，安设位置与孔口距离应超过钻孔密封部分9的长度。通过自增压装置12将液氮经液氮输送管路13导入冻结固化钻孔19，进行注液氮冻结作业。

步骤4，待冻结固化钻孔19两侧的卸压消能钻孔6/抽采钻孔7内的温度传感器17的温度监测数据达到-10℃后，进行采掘作业。

实施例2

如图1、图2、图3所示，与实施例1基本相同。不同部分主要为实施例1中的水力割缝作业转变为采用水力割缝、水力造穴、水力压裂及其他水力化煤层改性方法的一种或几种进行施工作业，若采用的水力增透作业中包含密封钻孔流程，则不执行步骤2中的封孔步骤。其余部分与实施例1相同，相同部分略。

实施例3

如图1、图2、图4所示，为顺层钻孔卸压消能与冻结固化协同防控煤与瓦斯突出方法，与实施例1基本相同。不同部分主要为卸压消能钻孔6、抽采钻孔7及冻结固化钻孔19均在煤巷中施工，钻孔密封部分9的长度不小于15m。其余部分与实施例1相同，相同部分略。

以上实施例并非对本发明的实施方式、技术参数等作任何形式上的限制，凡是根据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的保护范围。