專利名稱：一種水力壓裂與注漿固化相結(jié)合的石門揭煤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石門揭煤方法，尤其是一種適用于具有強(qiáng)突危險(xiǎn)的低透氣性松軟煤層的水力壓裂與注漿固化相結(jié)合的快速石門揭煤方法。
背景技術(shù)：
在突出危險(xiǎn)性高的礦井中的巷道施工中，石門揭穿煤層時(shí)最容易發(fā)生大規(guī)模、高強(qiáng)度的煤與瓦斯突出，嚴(yán)重制約著礦井的安全高效生產(chǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中的石門防突揭煤方法較多，包括預(yù)抽瓦斯卸壓法、煤體固化法等。各種方法中都必然含有按照《煤與瓦斯突出防治規(guī)定》，在按常規(guī)方法進(jìn)行巷道掘進(jìn)過程中的揭石門前施工瓦斯抽采孔和抽采瓦斯的步驟。然而，隨著煤炭開采深度的增加，煤與瓦斯突出問題顯得越來越嚴(yán)重，采取單一消突措施難以達(dá)到安全、快速揭煤的目的。中國(guó)專利公開號(hào)CN101598030A，
公開日期2009年12月9日，發(fā)明創(chuàng)造名稱“突出危險(xiǎn)煤層石門快速揭煤方法”，公開了一種將預(yù)抽瓦斯卸壓與煤體固定相結(jié)合的方法，包括通過高壓水射流割縫、水力沖孔或松動(dòng)炮等技術(shù)在石門周邊一定范圍內(nèi)對(duì)煤層進(jìn)行破壞，然后進(jìn)行瓦斯抽采卸壓，再通過在石門周邊一定厚度的煤層內(nèi)灌注水泥漿制造一加強(qiáng)圈，從而形成一個(gè)保護(hù)結(jié)構(gòu)，以確保揭石門安全，該方法可適用于具有強(qiáng)突危險(xiǎn)煤層的石門揭煤。然而，該揭石門方法在實(shí)施過程中，所采用的高壓水射流割縫、水力沖孔或松動(dòng)炮等技術(shù)對(duì)煤體的破壞范圍及在破壞范圍內(nèi)產(chǎn)生的裂隙有限，而且，衡量煤層的松動(dòng)程度和對(duì)煤層灌漿量等參數(shù)選擇的合理性是確保揭石門安全和提高效率的關(guān)鍵要素，但在該技術(shù)方案中并未公開，因此，同行在具體實(shí)施過程中還需進(jìn)行必要的摸索和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)積累，不便于直接推廣應(yīng)用。為此，需要進(jìn)一步改進(jìn)，以方便同行相同性質(zhì)煤礦直接采用，避免重復(fù)勞動(dòng)，提高行業(yè)揭石門水平，提高社會(huì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種突出危險(xiǎn)煤層水力壓裂與煤體固化相結(jié)合的石門揭煤方法，以達(dá)到快速、安全揭穿煤與瓦斯突出煤層的目的，同時(shí)，便于同行直接采用，避免重復(fù)勞動(dòng)，提高社會(huì)效益。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種水力壓裂與注漿固化相結(jié)合的石門揭煤方法，包括以下步驟:
a、當(dāng)巷道掘進(jìn)至距煤層垂距IOm時(shí)，沿巷道掘進(jìn)方向鉆進(jìn)壓裂孔，直至穿透煤層，對(duì)壓裂孔進(jìn)行封孔處理，并通過壓裂孔對(duì)煤層注水進(jìn)行水力壓裂，當(dāng)壓裂壓力持續(xù)上升至出現(xiàn)一設(shè)定值的壓力降A(chǔ) P后，保持壓裂至注水量達(dá)到預(yù)計(jì)值后停止壓裂；
b、在巷道掘進(jìn)至距煤層垂距5m時(shí)，在巷道兩幫擴(kuò)挖耳形鉆場(chǎng)，施工穿透煤層的多個(gè)注漿孔，注漿孔的鉆孔范圍為巷道斷面輪廓線外2 2.5m ;
C、在注漿孔內(nèi)安設(shè)注漿管，對(duì)注漿孔進(jìn)行封孔處理，并通過壓裂孔和注漿孔抽采煤層瓦斯至設(shè)定要求；
d、選擇任一待注漿的注漿孔，通過注漿管向其孔內(nèi)壓力灌注凝固后可對(duì)煤層進(jìn)行加固的漿液，并臨時(shí)封堵其余待注漿的注漿孔；其注漿壓力在15MPa以上，當(dāng)達(dá)到設(shè)定注漿量時(shí)，停止注漿；
e、循環(huán)步驟d，直至完成對(duì)所有注漿孔的注漿；
f、待漿液固化并檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)后，按照常規(guī)方法進(jìn)行巷道掘進(jìn)并穿過煤層，完成石門揭煤工作；
所述的壓力降A(chǔ)P—般為3MPa以上；所述的注漿量包括注漿孔內(nèi)的注漿量M1和煤層中滲透擴(kuò)散的注漿量M2，其單孔注漿總量按如下公式計(jì)算:
權(quán)利要求
1.一種水力壓裂與注漿固化相結(jié)合的石門揭煤方法，其特征在于，包括以下步驟: a、當(dāng)巷道(6)掘進(jìn)至距煤層(I)垂距IOm時(shí)，沿巷道(6)掘進(jìn)方向鉆進(jìn)壓裂孔(3)，直至穿透煤層(I)，對(duì)壓裂孔(3 )進(jìn)行封孔處理，并通過壓裂孔(3 )對(duì)煤層(I)注水進(jìn)行水力壓裂，當(dāng)壓裂壓力持續(xù)上升至出現(xiàn)一設(shè)定值的壓力降A(chǔ) P后，保持壓裂至注水量達(dá)到預(yù)計(jì)值后停止壓裂； b、在巷道(6)掘進(jìn)至距煤層(I)垂距5m時(shí)，在巷道(6)兩幫擴(kuò)挖耳形鉆場(chǎng)(5)，施工穿透煤層(I)的多個(gè)注漿孔(4)，注漿孔(4)的鉆孔范圍為巷道(6)斷面輪廓線外2 2.5m ; C、在注漿孔(4)內(nèi)安設(shè)注漿管(7)，對(duì)注漿孔(4)進(jìn)行封孔處理，并通過壓裂孔(3)和注漿孔(4)抽采煤層(I)瓦斯至設(shè)定要求； d、選擇任一待注漿的注漿孔(4)，通過注漿管(7)向其孔內(nèi)壓力灌注凝固后可對(duì)煤層進(jìn)行加固的漿液，并臨時(shí)封堵其余待注漿的注漿孔(4);其注漿壓力在15MPa以上，當(dāng)達(dá)到設(shè)定注漿量時(shí)，停止注漿； e、循環(huán)步驟d，直至完成對(duì)所有注漿孔(4)的注漿； f、待漿液固化并檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)后，按照常規(guī)方法掘進(jìn)巷道并穿過煤層，完成石門揭煤工作； 所述的壓力降A(chǔ) P為3MPa以上；所述的注漿量包括注漿孔(4)內(nèi)的注漿量M1和煤層(I)中滲透擴(kuò)散的注漿量M2，其單孔注漿總量按如下公式計(jì)算:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力壓裂與注漿固化相結(jié)合的石門揭煤方法，其特征在于，所述壓裂孔(3)直徑為95mm ;所述注漿孔(4)直徑為75mm ;所述的注漿管(7)采用直徑為12.5mm的無縫鋼管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力壓裂與注漿固化相結(jié)合的石門揭煤方法，其特征在于，所述的水力壓裂預(yù)計(jì)注水量應(yīng)根據(jù)所壓裂煤層具體特征確定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水力壓裂與注漿固化相結(jié)合的石門揭煤方法，包括在巷道掘進(jìn)至煤層垂距10m時(shí)，鉆穿透煤層的壓裂孔并對(duì)煤層進(jìn)行水力壓裂，至壓裂中出現(xiàn)3MPa以上壓力降后注水量達(dá)預(yù)計(jì)值；在巷道掘進(jìn)至煤層垂距5m時(shí)，鉆多個(gè)注漿孔；通過壓裂孔和注漿孔抽采煤層瓦斯；由注漿孔對(duì)煤層實(shí)施設(shè)定量的注漿，注漿壓力在15MPa以上；在漿液固化后繼續(xù)掘進(jìn)巷道并完成石門揭煤。單孔注漿量包括注漿孔內(nèi)的注漿量M1和煤層中滲透的注漿量M2，按下式計(jì)算式中漿液密度；儲(chǔ)備系數(shù)；漿液發(fā)泡倍數(shù)；鉆孔直徑；注漿孔長(zhǎng)度；漿液在煤層中的滲透半徑；注漿孔在煤層中長(zhǎng)度；煤層孔隙率。本發(fā)明的有益效果是，可快速、安全揭石門，避免同行進(jìn)行重復(fù)勞動(dòng)，提高社會(huì)效益。
文檔編號(hào)E21F7/00GK103195467SQ20131011212
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者李棟, 覃樂, 郭臣業(yè), 周東平, 余模華, 王聯(lián), 周俊杰, 徐濤, 張翠蘭, 張迪, 何苗, 周聲才, 沈大富 申請(qǐng)人:重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司