CN111520140A - 一种基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法，首先在距离煤层法向距离不小于7m的岩层巷道断面上交替施工正电极钻孔和负电极钻孔，然后将注气装置、负电极安装在负电极钻孔中，抽采装置和正电极安装在正电极钻孔中；利用高压电脉冲装置对煤层进行重复放电，在煤层内部形成空间网络的裂隙结构，使游离态的瓦斯得到释放，然后利用注气系统向煤层中注入可驱替瓦斯的气体，进一步解吸煤层孔隙中的瓦斯，通过结合电脉冲致裂与驱替效应的优势，能够有效的降低石门揭煤过程中的瓦斯压力和地应力，较现有揭煤方法更加安全、高效，能够满足井下施工的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法，属于煤矿井下区域煤层石门揭煤技术领域，尤其适用于煤矿井下具有高吸附、难解吸、低透气性的煤层石门揭煤作业。
背景技术
近年来，随着煤矿开采深度的加深，煤矿开采过程中面临的高瓦斯、低透气、难解吸等问题日益突出，煤与瓦斯突出问题尤为严重，在煤与瓦斯突出矿井中，岩石巷道中的揭煤作业突出危险性最大，揭煤时间较长，是煤矿井下安全生产的“拦路虎”。现有的石门揭煤方法主要包括水力冲孔、水力压裂等增透方式、注浆、金属骨架等加固方式，虽然这些方法在现场已经取得了一些效果，但是存在揭煤时间长、效果不显著等缺陷，严重的影响了煤矿井下的安全生产和正常的采掘作业。因此，迫切需要提供一种简单高效、安全快捷的石门揭煤方法。
发明内容
本发明的目的是针对煤矿开采过程中面临的高瓦斯、低透气、难解吸等日益突出的难题，提供一种更加安全、简单高效的基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法。
为实现上述目的，本发明提供一种基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法，包括以下步骤：
S1、在距离煤层法向距离不小于7m的岩层巷道断面上采用常规的钻孔方式逐一施工交替布置的正电极钻孔和负电极钻孔，正电极钻孔和负电极钻孔顶端分别穿过煤层顶板2-3m；
S2、在正电极钻孔中安装排气管以及正电极，所述正电极通过绝缘套管一与煤层紧密接触，正电极与高压充电电源的正极电连接，在负电极钻孔中安装注气管以及负电极，所述负电极通过绝缘套管二与煤层紧密接触，负电极与高压充电电源的负极电连接，安装完成后进行封孔，并将伸出孔口外露端的注气管与注气系统相连接，将伸出孔口外露端的排气管与抽采系统相连接，抽采系统末端还连接有气体分离装置；
S3、向高压充电电源中充入预设电压500-1500kV，启动高压放电开关，通过正电极和负电极对煤层进行放电，完成一次放电后，再次向高压充电电源中充入预设电压500-1500kV，再次对煤层进行放电，重复放电200-300次；
S4、当向煤层同一地点重复放电200-300次后，通过绝缘套管一和绝缘套管二分别将正电极和负电极向钻孔方向移动2-4m，然后重复步骤S3，直至正电极和负电极距离钻孔2-3m时停止放电，关闭高压放电开关；
S5、通过注气系统向负电极钻孔中注入一定压力的驱替气体，并维持注气压力恒定一段时间；
S6、待驱替完成后，关闭注气系统，开启抽采系统，将所抽出的气体经过气体分离装置进行分离，分离后的瓦斯通过抽采管道流入地面进行储存，分离后的驱替气体存于井下进行再次利用；
S7、在距离煤层法向距离5m时进行区域验证，若有瓦斯突出危险性则重复步骤S3、S4、S5、S6，直至突出危险性消除；若无瓦斯突出危险性则进行边探边掘，直至巷道断面距离煤层的法向距离1.8-2.2m，采用常规的石门揭煤方法揭穿石门，直至穿过顶板，完成揭煤工作。
优选的，所述驱替气体为二氧化碳、干空气、水蒸气中的一种。
优选的，所述正电极钻孔与所述负电极钻孔的孔口间距为3-8m。
优选的，所述驱替时间为5-30天，驱替气体的压力范围为1-5MPa。
优选的，所述绝缘套管一和绝缘套管二为PVC管。
有益效果：本发明通过高压电脉冲直接在煤层中重复放电的技术在煤层中产生相互贯通的裂隙网络，释放煤层中的游离态瓦斯，再利用驱替性气体将煤层中难以解吸的气体驱赶替换出来，进一步促进瓦斯的解吸，从而使揭煤工作面中的瓦斯抽采的更加充分、彻底，能够有效的降低揭煤过程中的瓦斯压力和地应力，较现有石门揭煤方法安全效果显著，从而提高井下施工的安全性，在本技术领域具有广泛的实用价值。
附图说明
图1是本发明的基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法示意图；
图2是图1中揭煤工作面钻孔布置示意图；
图中：1—岩层，2—煤层，3—巷道断面，4—正电极钻孔，5—负电极钻孔，6—高压充电电源，7—高压放电开关，8—正电极，9—负电极，10—绝缘套管一，11—绝缘套管二，12—封孔器一，13—封孔器二，14—排气管，15—注气管，16—注气系统，17—抽采系统，18—气体分离装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施案例作进一步的描述：
如图1所示，本发明的基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法，具体步骤如下：
S1、在距离煤层2法向距离不小于7m的岩层1巷道断面3上采用常规的钻孔方式施工正电极钻孔4和负电极钻孔5，如图2所示，钻孔采用交替布置，正电极钻孔4和负电极钻孔5之前的孔口间距3m，正电极钻孔4和负电极钻孔5的顶端分别穿过煤层顶板3m；
S2、在正电极钻孔4中安装排气管14以及正电极8，所述正电极8通过绝缘套管一10与煤层2紧密接触，正电极8通过绝缘套管一10内部的导线与高压充电电源6的正极相连，在负电极钻孔5中安装注气管15以及负电极9，所述负电极9通过绝缘套管二11与煤层2紧密接触，负电极9通过绝缘套管二11内部的导线与高压充电电源6的负极相连，安装完成后利用封孔器进行封孔，并将伸出孔口外露端的注气管15与注气系统16相连接，将伸出孔口外露端的排气管14与抽采系统17相连接，抽采系统17末端还连接有气体分离装置；其中，绝缘套管一10和绝缘套管二11均为直径20mm的PVC管；
S3、向高压充电电源6中充入预设电压，例如1000kV，打开高压放电开关7，通过正电极8和负电极9向煤层2进行放电，完成一次放电后，再次向高压充电电源6中充入预设电压1000kV，再次向煤层2进行放电，重复放电250次；
S4、当向煤层2同一地点重复放电250次后，通过绝缘套管一10和绝缘套管二11分别将正电极8和负电极9向钻孔方向移动3m，然后重复上述步骤S3，直至电极距离钻孔的距离达3m时停止放电，关闭高压放电开关7；
S5、通过注气系统16向负电极钻孔9中注入压力为3MPa的二氧化碳，并维持恒定压力5-30天；
S6、待驱替完成后，关闭注气系统16，开启抽采系统17，将所抽出的气体经过气体分离装置18进行分离，分离后的瓦斯通过抽采管道流入地面进行储存，分离后的二氧化碳气体可存于井下进行再次利用；
S7、在距离煤层2法向距离5m时进行区域验证，若有瓦斯突出危险性则重复步骤S3、S4、S5、S6，直至突出危险性消除；若无瓦斯突出危险性则进行边探边掘，直至巷道断面3距离煤层2的法向距离2m左右，采用常规的石门揭煤方法揭穿石门，直至穿过顶板，完成揭煤工作。
本发明通过电脉冲直接在煤层中放电的技术在煤层内部形成相互贯通的裂隙网络结构，一方面能够释放游离态的瓦斯，另一方面形成良好的瓦斯抽采通道，再利用驱替性气体将煤层中难以解吸的气体进行驱赶和替换，从而使煤层中的瓦斯更加充分的解吸，有效地降低揭煤时的瓦斯压力和地应力，达到井下施工的要求。
Claims (5)
1.一种基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、在距离煤层(2)法向距离不小于7m的岩层(1)巷道断面(3)上采用常规的钻孔方式逐一施工交替布置的正电极钻孔(4)和负电极钻孔(5)，正电极钻孔(4)和负电极钻孔(5)的顶端分别穿过煤层(2)顶板2-3m；
S2、在正电极钻孔(4)中安装排气管(14)以及正电极(8)，所述正电极(8)通过绝缘套管一(10)与煤层(2)紧密接触，正电极(8)与高压充电电源(6)的正极电连接，在负电极钻孔(5)中安装注气管(15)以及负电极(9)，所述负电极(9)通过绝缘套管二(11)与煤层(2)紧密接触，负电极(9)与高压充电电源(6)的负极电连接，安装完成后进行封孔，并将伸出孔口外露端的注气管(15)与注气系统(16)相连接，将伸出孔口外露端的排气管(14)与抽采系统(17)相连接，抽采系统(17)末端还连接有气体分离装置；
S3、向高压充电电源(6)中充入预设电压500-1500kV，打开高压放电开关(7)，通过正电极(8)和负电极(9)对煤层(2)进行放电，完成一次放电后，再次向高压充电电源(6)中充入预设电压500-1500kV，再次对煤层(2)进行放电，重复放电200-300次；
S4、当向煤层(2)同一地点重复放电200-300次后，通过绝缘套管一(10)和绝缘套管二(11)分别将正电极(8)和负电极(9)向钻孔方向移动2-4m，然后重复步骤S3，直至正电极(8)和负电极(9)距离钻孔2-3m时停止放电，关闭高压放电开关(7)；
S5、通过注气系统(16)向负电极钻孔(9)中注入一定压力的驱替气体，并维持注气压力恒定一段时间；
S6、待驱替完成后，关闭注气系统(16)，开启抽采系统(17)，将所抽出的气体经过气体分离装置(18)进行分离，分离后的瓦斯通过抽采管道流入地面进行储存，分离后的驱替气体存于井下进行再次利用；
S7、在距离煤层(2)法向距离5m时进行区域验证，若有瓦斯突出危险性则重复步骤S3、S4、S5、S6，直至突出危险性消除；若无瓦斯突出危险性则进行边探边掘，直至巷道断面(3)距离煤层(2)的法向距离1.8-2.2m，采用常规的石门揭煤方法揭穿石门，直至穿过顶板，完成揭煤工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法，其特征在于，所述驱替气体为二氧化碳、干空气、水蒸气中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法，其特征在于，所述正电极钻孔(4)与所述负电极钻孔(5)的孔口间距为3-8m。
4.根据权利要求1所述的一种基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法，其特征在于，所述驱替时间为5-30天，驱替气体的压力范围为1-5MPa。
5.根据权利要求1所述的一种基于注气驱替强化电脉冲致裂的石门揭煤方法，其特征在于，所述绝缘套管一(10)和绝缘套管二(11)为PVC管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200811 |
|
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