一種煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦開采技術領域，特別是一種煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)及其方法。
【背景技術】
[0002]在煤炭開采過程中，采用放頂煤采煤法，如遇到堅硬頂煤時，便會難以放出頂煤，必須采取松動上覆煤的措施才能使頂煤放出，目前的處理方法一種是直接鉆眼，然后裝炸藥爆破，以此使放頂煤或頂板松動，但該方法對安全生產具有較大的安全隱患，若藥量控制不當，易造成安全隱患，其次爆破后將會產生大量有毒有害氣體，對生產人員的身體健康及生命安全具有較大危險；其次是單純采用水力致裂法，該方法需要注入的水壓非常大，不易控制孔內裂隙的擴展，且水力致裂的大裂縫數目少，弱化效果差，很難達到理想的弱化效果，操作要求比較高，控制不好易產生危險；在煤巖體水力致裂弱化時，需要掌握圓孔水壓裂縫的起裂、擴展和失穩(wěn)擴展三階段的裂縫擴展方向和長度及其與時間的關系。根據水壓裂縫擴展的模擬實驗結果，水力致裂弱化主要形成水壓主裂縫和翼型分支裂隙，水力致裂的大裂縫數目少。如何改善堅硬厚頂煤冒放性、處理堅硬頂板、煤巖體強度弱化防治沖擊礦壓、改善煤層透氣性和防治煤與瓦斯突出等的有效技術途徑，對于保障煤礦的安全高效生產具有重要的理論和現實意義。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是要解決現有技術的不足而提供一種致裂弱化效果好，工藝簡單，效率高的煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)及其方法。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術方案實施的:
[0005]一種煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)，安裝在預弱化煤巖體區(qū)域布置的鉆孔內，鉆孔入口處用封孔器封閉，所述煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)包括高壓注水泵、快速冷凍機、快速熔融機，所述高壓注水泵出水口連接有注水管，注水管的端部貫穿封孔器伸入到鉆孔內；所述快速冷凍機和快速熔融機共同連接有凍融管，所述凍融管的端部貫穿封孔器伸入到鉆孔內。
[0006]進一步的，為了使注入鉆孔內的水快速冷凍，同時又能使冷凍的水快速融化，所述凍融管的端部延伸至鉆孔底部。
[0007]其煤巖體凍融式注水致裂弱化方法，包括如下步驟:1、在預弱化煤巖體區(qū)域合理布置鉆孔；2、先利用封孔器將鉆孔封閉，利用高壓注水泵進行首次高壓注水，當注水壓力保持恒定并持續(xù)10分鐘以上后，停止注水；3、開啟快速冷凍機將注入鉆孔內的水快速冷凍，冷凍30分鐘后，停止冷凍；4、開啟快速熔融機將鉆孔內冷凍的水快速融化，熔融30分鐘后，停止熔融；5、循環(huán)步驟2、3、4，直至煤巖體被致裂弱化。
[0008]與現有技術相比，本發(fā)明采用先將注入鉆孔的水冷凍再熔融的方式對煤巖體進行致裂弱化，注水使煤巖體沿著結構面的孔隙或毛細孔通路向結構內部滲透；當溫降低為O0C以下時，其中的水結成冰，產生膨脹，致使煤巖體結構出現裂縫，反復凍融煤巖體裂隙就會擴大、增多，實現煤巖體致裂弱化效果，能有效解決水力致裂的大裂縫數目少、弱化效果差的問題。本發(fā)明致裂弱化效果好，工藝簡單，效率高。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0010]圖2是本發(fā)明的工作剖面圖。
【具體實施方式】
[0011 ] 下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步描述，在此發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0012]如圖1所示的一種煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)，安裝在預弱化煤巖體區(qū)域布置的鉆孔I內，鉆孔I入口處用封孔器2封閉，煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)包括高壓注水泵3、快速冷凍機6、快速熔融機5，所述高壓注水泵3出水口連接有注水管4，注水管4的端部貫穿封孔器2伸入到鉆孔I內；所述快速冷凍機6和快速熔融機5共同連接有凍融管7，所述凍融管7的端部貫穿封孔器2伸入至鉆孔I底部。
[0013]本發(fā)明的致裂弱化的方法包括如下步驟:1、在預弱化煤巖體區(qū)域合理布置鉆孔1，預弱化煤巖體區(qū)域具體為參見圖2:由上至下為上部采空區(qū)13、上部護頂煤層12，上部護頂煤層12下方兩側有護巷煤柱11支撐，兩側的護巷煤柱11外側分別有運輸巷9和軌道巷8，兩側的護巷煤柱11內側之間為注水軟化集中區(qū)域10，打孔時可以從運輸巷9和軌道巷8內分別斜向上朝著上部護頂煤層12布置多個鉆孔1，鉆孔I的底部到達上部護頂煤層12底部；2、先利用封孔器2將鉆孔I封閉，利用高壓注水泵3進行首次高壓注水，當注水壓力保持恒定并持續(xù)10分鐘以上后，停止注水；3、開啟快速冷凍機6將注入鉆孔內的水快速冷凍，冷凍30分鐘后，停止冷凍；4、開啟快速熔融機5將鉆孔內冷凍的水快速融化，熔融30分鐘后，停止熔融；5、循環(huán)步驟2、3、4，直至煤巖體被致裂弱化。
[0014]本發(fā)明的技術方案不限于上述具體實施例的限制，凡是根據本發(fā)明的技術方案做出的技術變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)，安裝在預弱化煤巖體區(qū)域布置的鉆孔(I)內，鉆孔(I)入口處用封孔器(2)封閉，其特征在于:所述煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)包括高壓注水泵(3)、快速冷凍機￠)、快速熔融機(5)，所述高壓注水泵(3)出水口連接有注水管(4)，注水管(4)的端部貫穿封孔器(2)伸入到鉆孔⑴內；所述快速冷凍機(6)和快速熔融機(5)共同連接有凍融管(7)，所述凍融管(7)的端部貫穿封孔器(2)伸入到鉆孔(I)內。
2.根據權利要求1所述的煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)，其特征在于:所述凍融管(7)的端部延伸至鉆孔(I)底部。
3.一種如權利要求1或2所述的煤巖體凍融式注水致裂弱化方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)在預弱化煤巖體區(qū)域布置鉆孔； 2)先利用封孔器將鉆孔封閉，利用高壓注水泵進行首次高壓注水，當注水壓力保持恒定并持續(xù)10分鐘以上后，停止注水； 3)開啟快速冷凍機將注入鉆孔內的水快速冷凍，冷凍30分鐘后，停止冷凍； 4)開啟快速熔融機將鉆孔內冷凍的水快速融化，熔融30分鐘后，停止熔融； 5)循環(huán)步驟2)、3)、4)，直至煤巖體被致裂弱化。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)及其方法，安裝在預弱化煤巖體區(qū)域布置的鉆孔內，鉆孔入口處用封孔器封閉，所述煤巖體凍融式注水致裂弱化系統(tǒng)包括高壓注水泵、快速冷凍機、快速熔融機，所述高壓注水泵出水口連接有注水管，注水管的端部貫穿封孔器伸入到鉆孔內；所述快速冷凍機和快速熔融機共同連接有凍融管，所述凍融管的端部貫穿封孔器伸入到鉆孔內。本發(fā)明采用先將注入鉆孔的水冷凍再熔融的方式對煤巖體進行致裂弱化，注水使煤巖體沿著結構面的孔隙或毛細孔通路向結構內部滲透；當溫降低為0℃以下時，其中的水結成冰，產生膨脹，致使煤巖體結構出現裂縫，反復凍融煤巖體裂隙就會擴大、增多，實現煤巖體致裂弱化效果。
【IPC分類】E21C37-00
【公開號】CN104847349
【申請?zhí)枴緾N201510227361
【發(fā)明人】曹建濤, 來興平, 崔峰, 單鵬飛, 孫歡, 呂兆海
【申請人】西安科技大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月6日