[发明专利]一种水力压裂与注浆固化相结合的石门揭煤方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石门揭煤方法，尤其是一种适用于具有强突危险的低透气性松软煤层的水力压裂与注浆固化相结合的快速石门揭煤方法。

背景技术

在突出危险性高的矿井中的巷道施工中，石门揭穿煤层时最容易发生大规模、高强度的煤与瓦斯突出，严重制约着矿井的安全高效生产。现有技术中的石门防突揭煤方法较多，包括预抽瓦斯卸压法、煤体固化法等。各种方法中都必然含有按照《煤与瓦斯突出防治规定》，在按常规方法进行巷道掘进过程中的揭石门前施工瓦斯抽采孔和抽采瓦斯的步骤。然而，随着煤炭开采深度的增加，煤与瓦斯突出问题显得越来越严重，采取单一消突措施难以达到安全、快速揭煤的目的。中国专利公开号CN101598030A，公开日期2009年12月9日，发明创造名称“突出危险煤层石门快速揭煤方法”，公开了一种将预抽瓦斯卸压与煤体固定相结合的方法，包括通过高压水射流割缝、水力冲孔或松动炮等技术在石门周边一定范围内对煤层进行破坏，然后进行瓦斯抽采卸压，再通过在石门周边一定厚度的煤层内灌注水泥浆制造一加强圈，从而形成一个保护结构，以确保揭石门安全，该方法可适用于具有强突危险煤层的石门揭煤。然而，该揭石门方法在实施过程中，所采用的高压水射流割缝、水力冲孔或松动炮等技术对煤体的破坏范围及在破坏范围内产生的裂隙有限，而且，衡量煤层的松动程度和对煤层灌浆量等参数选择的合理性是确保揭石门安全和提高效率的关键要素，但在该技术方案中并未公开，因此，同行在具体实施过程中还需进行必要的摸索和实验经验积累，不便于直接推广应用。为此，需要进一步改进，以方便同行相同性质煤矿直接采用，避免重复劳动，提高行业揭石门水平，提高社会效益。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种突出危险煤层水力压裂与煤体固化相结合的石门揭煤方法，以达到快速、安全揭穿煤与瓦斯突出煤层的目的，同时，便于同行直接采用，避免重复劳动，提高社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种水力压裂与注浆固化相结合的石门揭煤方法，包括以下步骤：

a、当巷道掘进至距煤层垂距10m时，沿巷道掘进方向钻进压裂孔，直至穿透煤层，对压裂孔进行封孔处理，并通过压裂孔对煤层注水进行水力压裂，当压裂压力持续上升至出现一设定值的压力降△P后，保持压裂至注水量达到预计值后停止压裂；

b、在巷道掘进至距煤层垂距5m时，在巷道两帮扩挖耳形钻场，施工穿透煤层的多个注浆孔，注浆孔的钻孔范围为巷道断面轮廓线外2～2.5m；

c、在注浆孔内安设注浆管，对注浆孔进行封孔处理，并通过压裂孔和注浆孔抽采煤层瓦斯至设定要求；

d、选择任一待注浆的注浆孔，通过注浆管向其孔内压力灌注凝固后可对煤层进行加固的浆液，并临时封堵其余待注浆的注浆孔；其注浆压力在15MPa以上，当达到设定注浆量时，停止注浆；

e、循环步骤d，直至完成对所有注浆孔的注浆； 

f、待浆液固化并检验达标后，按照常规方法进行巷道掘进并穿过煤层，完成石门揭煤工作； 

所述的压力降△P一般为3MPa以上；所述的注浆量包括注浆孔内的注浆量M₁和煤层中渗透扩散的注浆量M₂，其单孔注浆总量按如下公式计算： 

式中：—浆液密度，kg/m³；

—储备系数，通常取1.1～1.2；

—浆液发泡倍数，通常取1.3～1.4；

—钻孔直径，单位mm；

—注浆孔长度，单位m；

—浆液在煤层中的渗透半径，由煤层赋存特征和压裂效果确定，单位m；

—注浆孔在煤层中长度，单位m；

—煤层孔隙率。

所述水力压裂预计注水量应根据所压裂煤层具体特征确定；所述压裂孔直径为95mm；所述的注浆孔直径为75mm；所述的注浆管采用直径为12.5mm的无缝钢管。

本发明的有益效果是：本发明通过首先对煤岩体进行水力压裂，促使煤体产生大量的贯通裂隙，煤岩体大范围卸压抽采瓦斯后，再对该区域钻孔注浆加固，大大提高了煤岩体的强度，从而有效抵抗揭煤时的突出和冲击作用，达到快速安全揭煤的目的。水力压裂使煤岩体产生大量裂隙的同时，释放了一部分的原始地应力，确保了浆液顺利注入，并扩大了注浆加固的范围。本套方法在确保安全揭煤的前提下，能减少消突工程量、缩短施工周期，满足了强突出煤层快速安全石门揭煤的需要。同时，本发明给出了压裂时的压力降值和压力注浆的注浆压力和注浆量，避免同行进行重复劳动，可带来显著的社会效益。