[发明专利]一种液氮冻结式石门揭煤方法

说明书

本发明公开了一种液氮冻结式石门揭煤方法，该方法包括：当揭煤工作面靠近安全岩柱时，在揭煤工作面施工若干冻结钻孔，冻结钻孔穿过安全岩柱和煤层；对冻结钻孔进行注水作业；在冻结钻孔一侧施工测温孔，测温孔内布置测温管，对测温孔进行封孔；在各个冻结钻孔内布置冻结管和注浆钢管；对冻结钻孔进行注浆作业，实现对煤体的加固；将液氮注入冻结管内，液氮在气化过程中吸收煤层的热量，对煤层进行冻结固化；利用测温孔对冻结区域的煤层温度进行监测，确定煤层已充分冻结，随后揭穿石门。该方法工期较短、节省时间，煤层固化效果好，可有效提高石门揭煤作业的效率和安全性。

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下揭露煤层的方法，尤其是一种适用于易突出煤层的液氮冻结式石门揭煤方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿井下生产过程中常见的灾害之一，其中在石门揭穿煤层时最易发生，突出危险性高，突出强度也比较大。据统计，石门揭煤突出的平均强度为其他各类巷道突出强度的6倍以上，80％以上的特大型突出都发生在石门揭煤过程中。石门地点突出事故频发、突出强度较大的原因在于揭煤工作面的前方煤岩应力状态容易发生突然的变化，导致岩石、煤层的弹性潜能以及瓦斯能量大量释放。研究表明，煤体强度决定了它在地应力和瓦斯压力的作用下能否被破坏，所以煤体的强度是其能否抵挡突出的关键因素。在现有技术中，提高煤体强度的措施主要有注浆加固和金属骨架等措施。这些措施在石门揭煤防突工作中取得了一定的成效，但是也存在很大的局限性。如：注浆加固虽可以有效提高煤体强度，但注浆材料在煤体中扩散比较困难，加固范围有限。因此，迫切需要提供一种易突出煤层的石门揭煤方法,可以迅速提高待揭煤岩的强度，从而达到安全、快速揭煤的目标。

液氮冻结是一种在人工冻结土层领域已经比较成熟的技术。液氮在冻结管内气化吸热,实现土层冻结，提高土层强度，便于进行下一步的施工作业。液氮冻结可被称为“快速冻结”，因为液氮温度为-196℃，温度低，冻结速度快，是常规氨-盐水循环冻结速度的10倍，并且冻结后冻土温度更低、冻土强度更高。液氮冻结技术在我国城市地下工程地基加固、铁路和公路的隧道掘进作业以及局部抢险工程中获得了较广泛的应用。根据上述背景，可将液氮冻结技术应用于井下石门揭煤作业中，揭煤前对待揭煤样进行冻结，提高待揭煤岩强度，从而消除突出危险性。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种揭穿煤层作业安全性更高，效果更好的液氮冻结式石门揭煤方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种液氮冻结式石门揭煤方法，包括以下步骤：

a、朝煤层方向进行岩巷掘进施工，当揭煤工作面靠近安全岩柱时，在揭煤工作面施工若干冻结钻孔，冻结钻孔依次穿过安全岩柱和煤层，在冻结钻孔内布置注水管，采用胶囊封孔器封堵冻结钻孔；

b、通过注水管对冻结钻孔进行常规煤层低压注水作业，注水作业结束后，卸放冻结钻孔中压力水，并取出胶囊封孔器；

c、在冻结钻孔一侧施工测温孔，在测温孔内布置含有温度传感器三的测温管，然后对测温孔进行水泥注浆封孔；

d、在岩巷内布置液氮冻结系统，在各个冻结钻孔内布置冻结管和注浆钢管，冻结管的一端作为冻结管进液口，冻结管的另一端作为冻结管排气口，冻结管进液口和冻结管排气口分别伸出至冻结钻孔外，在冻结管进液口安装温度传感器一，在冻结管排气口安装温度传感器二，最后对冻结钻孔进行水泥注浆封孔；

e、通过注浆钢管对冻结钻孔进行常规水泥注浆作业，水泥凝固后与注浆钢管相结合构成金属骨架，实现对煤体的加固；

f、将液氮通过冻结管进液口注入冻结管内，液氮在冻结管内逐渐气化为氮气，液氮在气化过程中吸收煤层的热量，对煤层进行冻结固化，氮气再从冻结管排气口排出，在向冻结管注入液氮的过程中，利用冻结管进液口处的温度传感器一和冻结管排气口处的温度传感器二实时监测液氮注入温度和氮气排出温度，以此为依据对液氮注入量进行控制和调节；