预裂煤矿厚硬难垮顶板的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤炭开采技术领域，尤其是设及一种超临界c〇2预裂煤矿厚硬难跨顶 板的方法。
【背景技术】
[0002] 厚度大、强度高、结构致密、整体性良好的煤矿坚硬顶板在我国许多矿区广泛赋 存。厚及特厚煤层综放开采时，采场厚硬顶板不能及时跨落。随着工作面的逐渐推进，采场 厚硬难跨顶板的悬空面积会逐渐增大，该势必会加大采场工作面的支护难度；同时，采场厚 硬难跨顶板的初次/周期来压步距很大，其会随工作面的逐渐推进积聚大量的能量，当采 场厚硬顶板自重及上覆岩层的荷载达到其极限强度时，就会发生瞬间整体跨落，进而引发 剧烈的冲击动力灾害，破坏巷道围岩和采场设备，甚至造成人员伤亡。
[0003] 煤矿厚硬难跨顶板的超前预裂可W有效减少采空区的悬顶面积、缩短初次/周期 来压步距、降低初次/周期来压强度，进而保障安全生产。传统地，煤矿厚硬难跨顶板的预 裂方法主要包括；注水弱化法、化学炸药爆破法、水力压裂法等。注水弱化法通过提高含水 率、溶解胶结矿物、减小黏聚力来弱化厚硬顶板，其预裂效果不佳；化学炸药爆破法产生的 爆破冲击波对煤岩层的动力扰动较大，其可控性差，时有哑炮、拒爆等现象发生，操作过程 中产生的火花等容易引发瓦斯爆炸，安全隐患极大；水力压裂法不仅消耗了大量的水资源， 而且预裂过程中高压压裂液中的化学试剂容易引发污染。因此，亟需寻找一种易操作、成本 低、效果好的煤矿厚硬难跨顶板预裂方法来保障安全生产。
[0004] 当C〇2的温度和压力均高于其临界温度（31. 26°C)和临界压力（7. 38MPa)时，称 之为超临界0)2。超临界C〇2具有高密度、低粘度、高扩散性等特性。其破岩能力强、效率高， 被广泛应用于油气开发的钻井、完井和增产中。然而，超临界C〇2预裂技术在煤炭开采技术 领域（尤其在煤矿厚硬难跨顶板的超前预裂方面）的应用鲜有报道。
[0005] 一种超临界C〇2预裂煤矿坚硬难跨顶板的方法易操作、成本低、效果好，不仅可W 避免前述方法的缺点与劣势，而且可W充分利用超临界0)2的高密度、低粘度、高扩散性和 破岩能力强等特性，进而实现对煤矿厚硬难跨难跨顶板的预裂。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是；提供了一种充分利用超临界0)2的高密度、低粘 度、高扩散性和破岩能力强等特性预裂煤矿厚硬难跨顶板的方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明是按照W下技术方案实现的：
[000引一种超临界c02预裂煤矿厚硬难跨顶板的方法，具体包括W下步骤：
[0009] (1)提纯C〇2气体，在温度控制器的作用下液化封装于C0 2储罐内，并运往采煤工 作面；
[0010] (2)按照W下顺序依次连接超临界C〇2预裂系统；C0 2储罐一-射流高压累一-供 液管一-过滤器一-射流管卷筒一-射流管一-固定器一-回流管一-除屑器一-气体 净化器，检查系统能否正常运行；
[0011] (3)在采场运输顺槽和轨道顺槽中超前工作面分别向厚硬难跨顶板中钻取射流钻 孔，并在射流钻孔端部开设模形环槽；
[0012] (4)将射流管伸入步骤（3)布置的射流钻孔深处，并在步骤（3)开设的射流钻孔开 孔端安置注水高压膨胀封孔器；
[001引 妨调节C02储罐的温度和压力使同时高于临界点，将液态CO2转变为超临界CO2; [0014] (6)开启供液阀、关闭回流阀、启动高压累，使超临界C〇2流体依次经供液管一一射 流高压累一一过滤器一一射流管一一高压射流喷嘴进入步骤（3)开设的模形环槽内，实现 对煤矿厚硬难跨顶板的预裂；
[001引 （7)开启回流阀、关闭供液阀，使超临界C02回流依次经射流管一-回流阀一-除 屑器一一净化器，实现除杂与提纯，并最终液化封装于C02储罐内W循环利用；
[0016] (8)随着工作面的逐渐推进，依次重复上述步骤（3)、（4)、巧）、（6)和（7)，实现对 煤矿厚硬难跨顶板的超前预裂。
[0017] 优选的，所述的步骤（1)中c〇2气体从工业尾气中提纯。
[001引优选的，所述的步骤（1)温度控制器兼冷却和加热功能于一体，其测量控制范围 为-300°C~150°C，不仅能冷却工业尾气中提纯的C02气体，而且能及时调控液态C02的温 度，使达到超临界状态。
[0019] 优选的，所述的步骤（1)中C〇2储罐的耐压为8~12MPa。
[0020] 优选的，所述的步骤（2)中超临界C〇2供液管和射流管的材质为具有绝热特性的 岩棉、耐高温玻璃棉、娃酸侣、微孔娃酸巧、复合娃酸盐或聚氨中的一种或几种，W避免超临 界C〇2流体在管路输送过程中的温度损耗。
[0021] 优选的，所述的步骤（3)运输顺槽和轨道顺槽中射流钻孔的布置位置超前采煤工 作面的距离为5-15m。
[0022] 优选的，所述的步骤（3)射流钻孔的直径d。为40~120mm。
[0023] 优选的，所述的步骤（3)射流钻孔的孔间距1。为5~10m。
[0024] 优选的，所述的步骤（3)射流钻孔与厚硬难跨顶板的夹角a为15°~75°。
[0025] 优选的，所述的步骤（3)在射流钻孔端部开设模形环槽能使超临界C〇2流体对厚 硬顶板裂缝的形成与扩展产生导向作用。
[0026] 优选的，所述的步骤（4)注水高压膨胀封孔器的封孔长度为2~5m。
[0027] 优选的，所述的步骤（5)超临界C〇2的临界温度为31. 26°C，临界压力为7. 38MPa。 [002引优选的，所述的步骤化）中超临界C02流体在高压累的作用下经供液管输送至过 滤器进行除杂，进而实现二次提纯，避免射流管等的磨损破坏。
[0029] 优选的，所述的步骤做射流破岩后的超临界CA回流携岩屑经回流管、除屑器和 净化器实现杂质的分离，并最终回流至C〇2储罐，实现循环利用。
[0030] 优选的，所述的步骤（7)工作面的推进距离为~^)z±2m，其中L为厚硬顶 板初次来压步距Li和周期来压步距L2的较小值。
[0031] 采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0032] 本发明利用超临界C〇2流体作为射流液，充分发挥其低黏和易扩散特性，实现对煤 矿厚硬顶板的超前预裂。
[003引 （1)本发明将工业尾气的C02作为超临界C02流体的气体源，减少了C02的工业排 放量，实现了 0)2的循环利用，降低了厚硬难跨顶板超前预裂的成本。
[0034] (2)本发明采用超临界C〇2流体预裂煤矿厚硬顶板，不仅可W减小厚硬难跨顶板的 悬顶面积，而且可W降低其初次/周期来压步距和来压强度，从而有效避免综放开采时厚 硬顶板瞬时跨落引发的动力灾害，保障安全生产。
【附图说明】
[0035] 图1为超临界C〇2预裂煤矿厚硬难跨顶板的示意图；
[0036] 图2为超临界C〇2预裂煤矿厚硬难跨顶板射流钻孔平面分布示意图；
[0037] 图3为超临界C〇2预裂煤矿厚硬难跨顶板射流钻孔切面分布示意图；
[00測图中；1-气态C02;2-温度控制器；3-C0 2储罐；4-射流高压累；5-供液管； 6-过滤器；7-射流管卷筒巧一射流管；9-固定器；10-回流管；11-除屑器；12-气体 净化器；13-运输顺槽；14-轨道顺槽；15-厚硬难跨顶板；16-射流钻孔；17-模形环槽； 18-注水高压膨胀封孔器；19-射流管喷嘴；20-工作面；21-采场煤体；Ki-供液阀；馬一 回流阀；1。一同组钻孔间距；d-各组钻孔间距。
【具体实施方式】
[0039] W下实施例旨在对本发明作示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
[0040] 为了对本发明的技术目标、特征和效果有更清楚的理