本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置與方法。

背景技術(shù)：

我國是世界上產(chǎn)煤大國，各類重工業(yè)、輕工業(yè)對(duì)煤炭的需求越來越多，同時(shí)我國也是煤礦瓦斯災(zāi)害尤為嚴(yán)重的國家，瓦斯災(zāi)害事故帶來了巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人身傷亡事故。

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》回采工作面每推進(jìn)10-50m，就要采用工作面預(yù)測(cè)法進(jìn)行不少于兩次的區(qū)域性驗(yàn)證，其中任何一次驗(yàn)證為有突出危險(xiǎn)時(shí)，該區(qū)域應(yīng)改劃為突出危險(xiǎn)區(qū)域（該區(qū)域?yàn)閰^(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)的區(qū)域，其中考察指標(biāo)有：瓦斯壓力和瓦斯含量，當(dāng)瓦斯含量≥或瓦斯壓力≥時(shí)，均為驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)），因此采取停止推進(jìn)，進(jìn)行煤層瓦斯消突，出現(xiàn)區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象的主要原因是：煤層瓦斯存在抽采空白帶。目前針對(duì)區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)所采取的消突措施有順層鉆孔瓦斯抽采和回采工作面超前排放鉆孔、淺孔預(yù)抽、松動(dòng)爆破等措施，但是順層鉆孔瓦斯抽采效果不好，因?yàn)樵诔椴伤延绊懙降膮^(qū)域，瓦斯壓力梯度已經(jīng)降到最小，在短時(shí)間內(nèi)很難再抽出瓦斯；回采工作面超前排放鉆孔、淺孔預(yù)抽、松動(dòng)爆破等消突措施，這些措施加大了施工量、耗資量，超前排放鉆孔和淺孔預(yù)抽需要較長的時(shí)間，松動(dòng)爆破容易誘導(dǎo)突出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種通過注液氮快速冷凍煤體、抑制煤體瓦斯解吸、降低瓦斯的放散速度和瓦斯的解吸量，以便實(shí)現(xiàn)快速消突、解決煤層瓦斯抽采中存在的抽采空白帶、抽采時(shí)間長、工程量及耗資大的問題的二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置與方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置，包括制液氮機(jī)、液氮存儲(chǔ)罐、注液氮機(jī)、溫度顯示器以及沿區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)的煤層內(nèi)自左向右依次設(shè)置的第一順層鉆孔、第二順層鉆孔、第三順層鉆孔、第四順層鉆孔、第五順層鉆孔和第六順層鉆孔；

制液氮機(jī)、液氮存儲(chǔ)罐和注液氮機(jī)底部均設(shè)有輪子，制液氮機(jī)、液氮存儲(chǔ)罐和注液氮機(jī)均通過輪子滾動(dòng)連接在巷道內(nèi)的軌道上，液氮存儲(chǔ)罐外設(shè)有一層保溫層，液氮存儲(chǔ)罐的頂部設(shè)有進(jìn)液接頭，液氮存儲(chǔ)罐的左側(cè)底部設(shè)有出液接頭，制液氮機(jī)通過第一管道與液氮存儲(chǔ)罐的進(jìn)液接頭連接，第一管道上設(shè)有第一閥門，進(jìn)液接頭上設(shè)有第二閥門，出液接頭上設(shè)有第三閥門，出液接頭通過第二管道與注液氮機(jī)的進(jìn)液口連接，第二管道上設(shè)有第四閥門；

第一順層鉆孔、第二順層鉆孔、第三順層鉆孔、第四順層鉆孔、第五順層鉆孔和第六順層鉆孔內(nèi)均設(shè)有瓦斯抽采管，第一順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管通過第三管道連接有第一四通，第三管道上設(shè)有第五閥門，第一四通的第二接口通過第四管道與注液氮機(jī)的出液口連接，第四管道上設(shè)有第六閥門，第一四通的第三接口連接有第五管道，第五管道上設(shè)有第七閥門；第二順層鉆孔的孔底設(shè)有第一溫度傳感器；

第三順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管通過第六管道連接有第二四通，第六管道上設(shè)有第八閥門，第二四通的第二接口連接有第七管道，第七管道上設(shè)有第九閥門，第二四通的第三接口通過第八管道與第一四通的第四接口連接；第四順層鉆孔的孔底設(shè)有第二溫度傳感器；

第五順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管通過第九管道連接有第三四通，第九管道上設(shè)有第十閥門，第三四通的第二接口連接有第十管道，第十管道上設(shè)有第十一閥門，第三四通的第三接口通過第十一管道與第二四通的第四接口連接，第三四通的第四接口連接有第十二管道，第十二管道上設(shè)有第十二閥門；第六順層鉆孔的孔底設(shè)有第三溫度傳感器；

溫度顯示器通過數(shù)據(jù)信號(hào)線分別與第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器連接。

第一管道和進(jìn)液接頭之間通過第一變徑轉(zhuǎn)換接頭密封連接，出液接頭和第二管道之間通過第二變徑轉(zhuǎn)換接頭密封連接。

二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置的使用方法，包括以下步驟：

（1）計(jì)算出注液氮時(shí)間t；

（2）在區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)的區(qū)域連接好所有管道和閥門，并檢測(cè)管道的密封性；

（3）進(jìn)行注氮作業(yè)：關(guān)閉所有閥門后，打開第一閥門和第二閥門，然后啟動(dòng)制液氮機(jī)，用手觸摸出液接頭，當(dāng)出液接頭變涼時(shí)，依次打開第三閥門、第四閥門、第六閥門、第五閥門、第八閥門和第十閥門，啟動(dòng)注液氮機(jī)同時(shí)打開溫度顯示器，觀察溫度顯示器上的示數(shù)；

（4）通過注液氮機(jī)向第一順層鉆孔、第三順層鉆孔和第五順層鉆孔注入液氮，注入時(shí)間為t后，關(guān)閉第六閥門、第五閥門、第八閥門、第十閥門和注液氮機(jī)，然后再關(guān)閉第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門和制液氮機(jī)；然后觀察溫度顯示器上的示數(shù)，當(dāng)溫度顯示器上顯示第二順層鉆孔、第四順層鉆孔和第六順層鉆孔內(nèi)的溫度示數(shù)都降至0℃以下，卸下第一順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管與第三管道的連接、第三順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管與第六管道的連接以及第五順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管與第九管道的連接，接著將第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器取出；當(dāng)溫度顯示器上顯示第二順層鉆孔、第四順層鉆孔和第六順層鉆孔內(nèi)的溫度示數(shù)中有一個(gè)溫度位于0℃以上，待溫度顯示器上的示數(shù)變化緩慢停止后，依次打開第五閥門、第七閥門、第八閥門、第九閥門、第十閥門和第十一閥門，將順層鉆孔中的氣態(tài)的氮?dú)馊颗懦?，待氮?dú)馊颗懦龊?，再次關(guān)閉第五閥門、第七閥門、第八閥門、第九閥門、第十閥門和第十一閥門，然后重復(fù)步驟（3）-（4），直至溫度顯示器上的示數(shù)為0℃以下為止。

步驟（1）中計(jì)算注液氮時(shí)間t的方法為：注液氮機(jī)的注液氮速率V，第四管道的截面積S，順層鉆孔長度為L，順層鉆孔直徑為d，計(jì)算出每個(gè)順層鉆孔的所需要的時(shí)間：，然后取其中最小值即為注液氮時(shí)間t。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明利用空氣中含有71%的氮?dú)赓Y源制取液氮，通過已存在的順層鉆孔注液氮，二次利用順層鉆孔，利用液氮（-196℃）的低溫特性快速冷凍煤體，營造低溫（0℃以下）環(huán)境，抑制煤體瓦斯解吸，可以做到快速消突，進(jìn)而安全高效開采，有效的解決了抽采空白帶、抽采時(shí)間長、工程量大及耗資大的問題，并提高了采煤作業(yè)的效率；當(dāng)巷道其它區(qū)域內(nèi)也需要進(jìn)行注液態(tài)氮消突時(shí)，將出液接頭與第二管道拆開，小火車?yán)瓌?dòng)罐沿著巷道內(nèi)的軌道移動(dòng)到什么位置，這樣可以使用一個(gè)罐為多處進(jìn)行注液態(tài)氮作業(yè)，節(jié)約成本，靈活性強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是煤層以及順層鉆孔的俯視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置，包括制液氮機(jī)1、液氮存儲(chǔ)罐2、注液氮機(jī)3、溫度顯示器4以及沿區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)的煤層內(nèi)5自左向右依次設(shè)置的第一順層鉆孔6、第二順層鉆孔7、第三順層鉆孔8、第四順層鉆孔9、第五順層鉆孔10和第六順層鉆孔11，

制液氮機(jī)1、液氮存儲(chǔ)罐2和注液氮機(jī)3底部均設(shè)有輪子12，制液氮機(jī)1、液氮存儲(chǔ)罐2和注液氮機(jī)3均通過輪子12滾動(dòng)連接在巷道內(nèi)的軌道上（為方便移動(dòng)制液氮機(jī)1、液氮存儲(chǔ)罐2和注液氮機(jī)3，可以通過巷道內(nèi)的小火車?yán)瓌?dòng)軌道上的這些裝置），液氮存儲(chǔ)罐2外設(shè)有一層保溫層14，液氮存儲(chǔ)罐2的頂部設(shè)有進(jìn)液接頭15，液氮存儲(chǔ)罐2的左側(cè)底部設(shè)有出液接頭16，制液氮機(jī)1通過第一管道17與液氮存儲(chǔ)罐2的進(jìn)液接頭15連接，第一管道17上設(shè)有第一閥門18，進(jìn)液接頭15上設(shè)有第二閥門19，出液接頭16上設(shè)有第三閥門20，出液接頭16通過第二管道21與注液氮機(jī)3的進(jìn)液口連接，第二管道21上設(shè)有第四閥門22；

第一順層鉆孔6、第二順層鉆孔7、第三順層鉆孔8、第四順層鉆孔9、第五順層鉆孔10和第六順層鉆孔11內(nèi)均設(shè)有瓦斯抽采管，第一順層鉆孔6內(nèi)的瓦斯抽采管通過第三管道23連接有第一四通24，第三管道23上設(shè)有第五閥門25，第一四通24的第二接口通過第四管道26與注液氮機(jī)3的出液口連接，第四管道26上設(shè)有第六閥門27，第一四通24的第三接口連接有第五管道28，第五管道28上設(shè)有第七閥門29；第二順層鉆孔7的孔底設(shè)有第一溫度傳感器；

第三順層鉆孔8內(nèi)的瓦斯抽采管通過第六管道30連接有第二四通31，第六管道30上設(shè)有第八閥門32，第二四通31的第二接口連接有第七管道33，第七管道33上設(shè)有第九閥門34，第二四通31的第三接口通過第八管道35與第一四通24的第四接口連接；第四順層鉆孔9的孔底設(shè)有第二溫度傳感器；

第五順層鉆孔10內(nèi)的瓦斯抽采管通過第九管道36連接有第三四通37，第九管道36上設(shè)有第十閥門38，第三四通37的第二接口連接有第十管道39，第十管道39上設(shè)有第十一閥門40，第三四通37的第三接口通過第十一管道41與第二四通31的第四接口連接，第三四通37的第四接口連接有第十二管道42，第十二管道42上設(shè)有第十二閥門43；第六順層鉆孔11的孔底設(shè)有第三溫度傳感器；

溫度顯示器4通過數(shù)據(jù)信號(hào)線分別與第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器連接。

如圖2所示，標(biāo)號(hào)44為巷道，45為采空區(qū)，46為采煤工作面，47為順層鉆孔，箭頭所示方向?yàn)椴擅和七M(jìn)方向，本發(fā)明位于巷道內(nèi)，對(duì)區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)的煤層區(qū)域進(jìn)行快速消突；

二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置的使用方法，包括以下步驟：

（1）計(jì)算出將液氮注入第一順層鉆孔6、第三順層鉆孔8和第五順層鉆孔10內(nèi)所需的時(shí)間；注液氮機(jī)3的注液氮速率V，第四管道26的截面積S，鉆孔長度為L，鉆孔直徑為d，計(jì)算出每個(gè)順層鉆孔的所需要的時(shí)間：，第一順層鉆孔6、第三順層鉆孔8和第五順層鉆孔10的直徑d相同，長度L不同，所以分別計(jì)算出各個(gè)順層鉆孔需要注液氮時(shí)間，然后取其中最小值為注液氮時(shí)間t，因?yàn)槊總€(gè)順層鉆孔所需要的注液氮時(shí)間不同，如果取最大值，就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)最長的順層鉆孔注滿液氮時(shí)，最短的順層鉆孔早已注滿過量的液氮，過量的液氮可能會(huì)使管道崩裂，造成安全事故，所以取其中最小的時(shí)間作為注液氮時(shí)間t；

（2）關(guān)閉所有閥門后，打開第一閥門18和第二閥門19，然后啟動(dòng)制液氮機(jī)1，用手觸摸出液接頭16，當(dāng)出液接頭16變涼時(shí)，依次打開第三閥門20、第四閥門22、第六閥門27、第五閥門25、第八閥門32和第十閥門38，啟動(dòng)注液氮機(jī)3同時(shí)打開溫度顯示器4，觀察溫度顯示器4上的示數(shù)；

（3）通過注液氮機(jī)3向第一順層鉆孔6、第三順層鉆孔8和第五順層鉆孔10注入液氮，注入時(shí)間為t后，關(guān)閉第六閥門27、第五閥門25、第八閥門32、第十閥門38和注液氮機(jī)3，然后再關(guān)閉第一閥門18、第二閥門19、第三閥門20、第四閥門22和制液氮機(jī)1；然后觀察溫度顯示器4上的示數(shù)，當(dāng)溫度顯示器4上顯示第二順層鉆孔7、第四順層鉆孔9和第六順層鉆孔11內(nèi)的溫度示數(shù)都降至0℃以下，卸下第一順層鉆孔6內(nèi)的瓦斯抽采管與第三管道23的連接、第三順層鉆孔8內(nèi)的瓦斯抽采管與第六管道30的連接以及第五順層鉆孔10內(nèi)的瓦斯抽采管與第九管道36的連接，接著將第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器取出；當(dāng)溫度顯示器4上顯示第二順層鉆孔7、第四順層鉆孔9和第六順層鉆孔11內(nèi)的溫度示數(shù)中有一個(gè)溫度位于0℃以上，待溫度顯示器4上的示數(shù)變化緩慢停止后，依次打開第五閥門25、第七閥門29、第八閥門32、第九閥門34、第十閥門38和第十一閥門40，將順層鉆孔中的氣態(tài)的氮?dú)馊颗懦觯獨(dú)馊颗懦龊螅俅侮P(guān)閉第五閥門25、第七閥門29、第八閥門32、第九閥門34、第十閥門38和第十一閥門40，然后重復(fù)步驟（1）-（3），直至溫度顯示器4上的示數(shù)為0℃以下為止。

本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。