預裂煤礦厚硬難垮頂板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤炭開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設及一種超臨界c〇2預裂煤礦厚硬難跨頂 板的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 厚度大、強度高、結(jié)構(gòu)致密、整體性良好的煤礦堅硬頂板在我國許多礦區(qū)廣泛賦 存。厚及特厚煤層綜放開采時，采場厚硬頂板不能及時跨落。隨著工作面的逐漸推進，采場 厚硬難跨頂板的懸空面積會逐漸增大，該勢必會加大采場工作面的支護難度；同時，采場厚 硬難跨頂板的初次/周期來壓步距很大，其會隨工作面的逐漸推進積聚大量的能量，當采 場厚硬頂板自重及上覆巖層的荷載達到其極限強度時，就會發(fā)生瞬間整體跨落，進而引發(fā) 劇烈的沖擊動力災害，破壞巷道圍巖和采場設備，甚至造成人員傷亡。
[0003] 煤礦厚硬難跨頂板的超前預裂可W有效減少采空區(qū)的懸頂面積、縮短初次/周期 來壓步距、降低初次/周期來壓強度，進而保障安全生產(chǎn)。傳統(tǒng)地，煤礦厚硬難跨頂板的預 裂方法主要包括；注水弱化法、化學炸藥爆破法、水力壓裂法等。注水弱化法通過提高含水 率、溶解膠結(jié)礦物、減小黏聚力來弱化厚硬頂板，其預裂效果不佳；化學炸藥爆破法產(chǎn)生的 爆破沖擊波對煤巖層的動力擾動較大，其可控性差，時有啞炮、拒爆等現(xiàn)象發(fā)生，操作過程 中產(chǎn)生的火花等容易引發(fā)瓦斯爆炸，安全隱患極大；水力壓裂法不僅消耗了大量的水資源， 而且預裂過程中高壓壓裂液中的化學試劑容易引發(fā)污染。因此，亟需尋找一種易操作、成本 低、效果好的煤礦厚硬難跨頂板預裂方法來保障安全生產(chǎn)。
[0004] 當C〇2的溫度和壓力均高于其臨界溫度（31. 26°C)和臨界壓力（7. 38MPa)時，稱 之為超臨界0)2。超臨界C〇2具有高密度、低粘度、高擴散性等特性。其破巖能力強、效率高， 被廣泛應用于油氣開發(fā)的鉆井、完井和增產(chǎn)中。然而，超臨界C〇2預裂技術(shù)在煤炭開采技術(shù) 領(lǐng)域（尤其在煤礦厚硬難跨頂板的超前預裂方面）的應用鮮有報道。
[0005] 一種超臨界C〇2預裂煤礦堅硬難跨頂板的方法易操作、成本低、效果好，不僅可W 避免前述方法的缺點與劣勢，而且可W充分利用超臨界0)2的高密度、低粘度、高擴散性和 破巖能力強等特性，進而實現(xiàn)對煤礦厚硬難跨難跨頂板的預裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是；提供了一種充分利用超臨界0)2的高密度、低粘 度、高擴散性和破巖能力強等特性預裂煤礦厚硬難跨頂板的方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是按照W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[000引一種超臨界c02預裂煤礦厚硬難跨頂板的方法，具體包括W下步驟：
[0009] (1)提純C〇2氣體，在溫度控制器的作用下液化封裝于C0 2儲罐內(nèi)，并運往采煤工 作面；
[0010] (2)按照W下順序依次連接超臨界C〇2預裂系統(tǒng)；C0 2儲罐一-射流高壓累一-供 液管一-過濾器一-射流管卷筒一-射流管一-固定器一-回流管一-除屑器一-氣體 凈化器，檢查系統(tǒng)能否正常運行；
[0011] (3)在采場運輸順槽和軌道順槽中超前工作面分別向厚硬難跨頂板中鉆取射流鉆 孔，并在射流鉆孔端部開設模形環(huán)槽；
[0012] (4)將射流管伸入步驟（3)布置的射流鉆孔深處，并在步驟（3)開設的射流鉆孔開 孔端安置注水高壓膨脹封孔器；
[001引 妨調(diào)節(jié)C02儲罐的溫度和壓力使同時高于臨界點，將液態(tài)CO2轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界CO2; [0014] (6)開啟供液閥、關(guān)閉回流閥、啟動高壓累，使超臨界C〇2流體依次經(jīng)供液管一一射 流高壓累一一過濾器一一射流管一一高壓射流噴嘴進入步驟（3)開設的模形環(huán)槽內(nèi)，實現(xiàn) 對煤礦厚硬難跨頂板的預裂；
[001引 （7)開啟回流閥、關(guān)閉供液閥，使超臨界C02回流依次經(jīng)射流管一-回流閥一-除 屑器一一凈化器，實現(xiàn)除雜與提純，并最終液化封裝于C02儲罐內(nèi)W循環(huán)利用；
[0016] (8)隨著工作面的逐漸推進，依次重復上述步驟（3)、（4)、巧）、（6)和（7)，實現(xiàn)對 煤礦厚硬難跨頂板的超前預裂。
[0017] 優(yōu)選的，所述的步驟（1)中c〇2氣體從工業(yè)尾氣中提純。
[001引優(yōu)選的，所述的步驟（1)溫度控制器兼冷卻和加熱功能于一體，其測量控制范圍 為-300°C~150°C，不僅能冷卻工業(yè)尾氣中提純的C02氣體，而且能及時調(diào)控液態(tài)C02的溫 度，使達到超臨界狀態(tài)。
[0019] 優(yōu)選的，所述的步驟（1)中C〇2儲罐的耐壓為8~12MPa。
[0020] 優(yōu)選的，所述的步驟（2)中超臨界C〇2供液管和射流管的材質(zhì)為具有絕熱特性的 巖棉、耐高溫玻璃棉、娃酸侶、微孔娃酸巧、復合娃酸鹽或聚氨中的一種或幾種，W避免超臨 界C〇2流體在管路輸送過程中的溫度損耗。
[0021] 優(yōu)選的，所述的步驟（3)運輸順槽和軌道順槽中射流鉆孔的布置位置超前采煤工 作面的距離為5-15m。
[0022] 優(yōu)選的，所述的步驟（3)射流鉆孔的直徑d。為40~120mm。
[0023] 優(yōu)選的，所述的步驟（3)射流鉆孔的孔間距1。為5~10m。
[0024] 優(yōu)選的，所述的步驟（3)射流鉆孔與厚硬難跨頂板的夾角a為15°~75°。
[0025] 優(yōu)選的，所述的步驟（3)在射流鉆孔端部開設模形環(huán)槽能使超臨界C〇2流體對厚 硬頂板裂縫的形成與擴展產(chǎn)生導向作用。
[0026] 優(yōu)選的，所述的步驟（4)注水高壓膨脹封孔器的封孔長度為2~5m。
[0027] 優(yōu)選的，所述的步驟（5)超臨界C〇2的臨界溫度為31. 26°C，臨界壓力為7. 38MPa。 [002引優(yōu)選的，所述的步驟化）中超臨界C02流體在高壓累的作用下經(jīng)供液管輸送至過 濾器進行除雜，進而實現(xiàn)二次提純，避免射流管等的磨損破壞。
[0029] 優(yōu)選的，所述的步驟做射流破巖后的超臨界CA回流攜巖屑經(jīng)回流管、除屑器和 凈化器實現(xiàn)雜質(zhì)的分離，并最終回流至C〇2儲罐，實現(xiàn)循環(huán)利用。
[0030] 優(yōu)選的，所述的步驟（7)工作面的推進距離為~^)z±2m，其中L為厚硬頂 板初次來壓步距Li和周期來壓步距L2的較小值。
[0031] 采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0032] 本發(fā)明利用超臨界C〇2流體作為射流液，充分發(fā)揮其低黏和易擴散特性，實現(xiàn)對煤 礦厚硬頂板的超前預裂。
[003引 （1)本發(fā)明將工業(yè)尾氣的C02作為超臨界C02流體的氣體源，減少了C02的工業(yè)排 放量，實現(xiàn)了 0)2的循環(huán)利用，降低了厚硬難跨頂板超前預裂的成本。
[0034] (2)本發(fā)明采用超臨界C〇2流體預裂煤礦厚硬頂板，不僅可W減小厚硬難跨頂板的 懸頂面積，而且可W降低其初次/周期來壓步距和來壓強度，從而有效避免綜放開采時厚 硬頂板瞬時跨落引發(fā)的動力災害，保障安全生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0035] 圖1為超臨界C〇2預裂煤礦厚硬難跨頂板的示意圖；
[0036] 圖2為超臨界C〇2預裂煤礦厚硬難跨頂板射流鉆孔平面分布示意圖；
[0037] 圖3為超臨界C〇2預裂煤礦厚硬難跨頂板射流鉆孔切面分布示意圖；
[00測圖中；1-氣態(tài)C02;2-溫度控制器；3-C0 2儲罐；4-射流高壓累；5-供液管； 6-過濾器；7-射流管卷筒巧一射流管；9-固定器；10-回流管；11-除屑器；12-氣體 凈化器；13-運輸順槽；14-軌道順槽；15-厚硬難跨頂板；16-射流鉆孔；17-模形環(huán)槽； 18-注水高壓膨脹封孔器；19-射流管噴嘴；20-工作面；21-采場煤體；Ki-供液閥；馬一 回流閥；1。一同組鉆孔間距；d-各組鉆孔間距。
【具體實施方式】
[0039] W下實施例旨在對本發(fā)明作示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。
[0040] 為了對本發(fā)明的技術(shù)目標、特征和效果有更清楚的理