一种煤岩体冻融式注水致裂弱化系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤岩体冻融式注水致裂弱化系统及其方法，安装在预弱化煤岩体区域布置的钻孔内，钻孔入口处用封孔器封闭，所述煤岩体冻融式注水致裂弱化系统包括高压注水泵、快速冷冻机、快速熔融机，所述高压注水泵出水口连接有注水管，注水管的端部贯穿封孔器伸入到钻孔内；所述快速冷冻机和快速熔融机共同连接有冻融管，所述冻融管的端部贯穿封孔器伸入到钻孔内。本发明专利技术采用先将注入钻孔的水冷冻再熔融的方式对煤岩体进行致裂弱化，注水使煤岩体沿着结构面的孔隙或毛细孔通路向结构内部渗透；当温降低为0℃以下时，其中的水结成冰，产生膨胀，致使煤岩体结构出现裂缝，反复冻融煤岩体裂隙就会扩大、增多，实现煤岩体致裂弱化效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤矿开采
，特别是。
技术介绍
在煤炭开采过程中，采用放顶煤采煤法，如遇到坚硬顶煤时，便会难以放出顶煤，必须采取松动上覆煤的措施才能使顶煤放出，目前的处理方法一种是直接钻眼，然后装炸药爆破，以此使放顶煤或顶板松动，但该方法对安全生产具有较大的安全隐患，若药量控制不当，易造成安全隐患，其次爆破后将会产生大量有毒有害气体，对生产人员的身体健康及生命安全具有较大危险；其次是单纯采用水力致裂法，该方法需要注入的水压非常大，不易控制孔内裂隙的扩展，且水力致裂的大裂缝数目少，弱化效果差，很难达到理想的弱化效果，操作要求比较高，控制不好易产生危险；在煤岩体水力致裂弱化时，需要掌握圆孔水压裂缝的起裂、扩展和失稳扩展三阶段的裂缝扩展方向和长度及其与时间的关系。根据水压裂缝扩展的模拟实验结果，水力致裂弱化主要形成水压主裂缝和翼型分支裂隙，水力致裂的大裂缝数目少。如何改善坚硬厚顶煤冒放性、处理坚硬顶板、煤岩体强度弱化防治冲击矿压、改善煤层透气性和防治煤与瓦斯突出等的有效技术途径，对于保障煤矿的安全高效生产具有重要的理论和现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有技术的不足而提供一种致裂弱化效果好，工艺简单，效率高的煤岩体冻融式注水致裂弱化系统及其方法。为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的:一种煤岩体冻融式注水致裂弱化系统，安装在预弱化煤岩体区域布置的钻孔内，钻孔入口处用封孔器封闭，所述煤岩体冻融式注水致裂弱化系统包括高压注水泵、快速冷冻机、快速熔融机，所述高压注水泵出水口连接有注水管，注水管的端部贯穿封孔器伸入到钻孔内；所述快速冷冻机和快速熔融机共同连接有冻融管，所述冻融管的端部贯穿封孔器伸入到钻孔内。进一步的，为了使注入钻孔内的水快速冷冻，同时又能使冷冻的水快速融化，所述冻融管的端部延伸至钻孔底部。其煤岩体冻融式注水致裂弱化方法，包括如下步骤:1、在预弱化煤岩体区域合理布置钻孔；2、先利用封孔器将钻孔封闭，利用高压注水泵进行首次高压注水，当注水压力保持恒定并持续10分钟以上后，停止注水；3、开启快速冷冻机将注入钻孔内的水快速冷冻，冷冻30分钟后，停止冷冻；4、开启快速熔融机将钻孔内冷冻的水快速融化，熔融30分钟后，停止熔融；5、循环步骤2、3、4，直至煤岩体被致裂弱化。与现有技术相比，本专利技术采用先将注入钻孔的水冷冻再熔融的方式对煤岩体进行致裂弱化，注水使煤岩体沿着结构面的孔隙或毛细孔通路向结构内部渗透；当温降低为O0C以下时，其中的水结成冰，产生膨胀，致使煤岩体结构出现裂缝，反复冻融煤岩体裂隙就会扩大、增多，实现煤岩体致裂弱化效果，能有效解决水力致裂的大裂缝数目少、弱化效果差的问题。本专利技术致裂弱化效果好，工艺简单，效率高。【附图说明】图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的工作剖面图。【具体实施方式】 下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步描述，在此专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。如图1所示的一种煤岩体冻融式注水致裂弱化系统，安装在预弱化煤岩体区域布置的钻孔I内，钻孔I入口处用封孔器2封闭，煤岩体冻融式注水致裂弱化系统包括高压注水泵3、快速冷冻机6、快速熔融机5，所述高压注水泵3出水口连接有注水管4，注水管4的端部贯穿封孔器2伸入到钻孔I内；所述快速冷冻机6和快速熔融机5共同连接有冻融管7，所述冻融管7的端部贯穿封孔器2伸入至钻孔I底部。本专利技术的致裂弱化的方法包括如下步骤:1、在预弱化煤岩体区域合理布置钻孔1，预弱化煤岩体区域具体为参见图2:由上至下为上部采空区13、上部护顶煤层12，上部护顶煤层12下方两侧有护巷煤柱11支撑，两侧的护巷煤柱11外侧分别有运输巷9和轨道巷8，两侧的护巷煤柱11内侧之间为注水软化集中区域10，打孔时可以从运输巷9和轨道巷8内分别斜向上朝着上部护顶煤层12布置多个钻孔1，钻孔I的底部到达上部护顶煤层12底部；2、先利用封孔器2将钻孔I封闭，利用高压注水泵3进行首次高压注水，当注水压力保持恒定并持续10分钟以上后，停止注水；3、开启快速冷冻机6将注入钻孔内的水快速冷冻，冷冻30分钟后，停止冷冻；4、开启快速熔融机5将钻孔内冷冻的水快速融化，熔融30分钟后，停止熔融；5、循环步骤2、3、4，直至煤岩体被致裂弱化。本专利技术的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本专利技术的技术方案做出的技术变形，均落入本专利技术的保护范围之内。【主权项】1.一种煤岩体冻融式注水致裂弱化系统，安装在预弱化煤岩体区域布置的钻孔(I)内，钻孔(I)入口处用封孔器(2)封闭，其特征在于:所述煤岩体冻融式注水致裂弱化系统包括高压注水泵(3)、快速冷冻机￠)、快速熔融机(5)，所述高压注水泵(3)出水口连接有注水管(4)，注水管(4)的端部贯穿封孔器(2)伸入到钻孔⑴内；所述快速冷冻机(6)和快速熔融机(5)共同连接有冻融管(7)，所述冻融管(7)的端部贯穿封孔器(2)伸入到钻孔(I)内。2.根据权利要求1所述的煤岩体冻融式注水致裂弱化系统，其特征在于:所述冻融管(7)的端部延伸至钻孔(I)底部。3.一种如权利要求1或2所述的煤岩体冻融式注水致裂弱化方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)在预弱化煤岩体区域布置钻孔； 2)先利用封孔器将钻孔封闭，利用高压注水泵进行首次高压注水，当注水压力保持恒定并持续10分钟以上后，停止注水； 3)开启快速冷冻机将注入钻孔内的水快速冷冻，冷冻30分钟后，停止冷冻； 4)开启快速熔融机将钻孔内冷冻的水快速融化，熔融30分钟后，停止熔融； 5)循环步骤2)、3)、4)，直至煤岩体被致裂弱化。【专利摘要】本专利技术公开了，安装在预弱化煤岩体区域布置的钻孔内，钻孔入口处用封孔器封闭，所述煤岩体冻融式注水致裂弱化系统包括高压注水泵、快速冷冻机、快速熔融机，所述高压注水泵出水口连接有注水管，注水管的端部贯穿封孔器伸入到钻孔内；所述快速冷冻机和快速熔融机共同连接有冻融管，所述冻融管的端部贯穿封孔器伸入到钻孔内。本专利技术采用先将注入钻孔的水冷冻再熔融的方式对煤岩体进行致裂弱化，注水使煤岩体沿着结构面的孔隙或毛细孔通路向结构内部渗透；当温降低为0℃以下时，其中的水结成冰，产生膨胀，致使煤岩体结构出现裂缝，反复冻融煤岩体裂隙就会扩大、增多，实现煤岩体致裂弱化效果。【IPC分类】E21C37-00【公开号】CN104847349【申请号】CN201510227361【专利技术人】曹建涛, 来兴平, 崔峰, 单鹏飞, 孙欢, 吕兆海 【申请人】西安科技大学【公开日】2015年8月19日【申请日】2015年5月6日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤岩体冻融式注水致裂弱化系统，安装在预弱化煤岩体区域布置的钻孔(1)内，钻孔(1)入口处用封孔器(2)封闭，其特征在于：所述煤岩体冻融式注水致裂弱化系统包括高压注水泵(3)、快速冷冻机(6)、快速熔融机(5)，所述高压注水泵(3)出水口连接有注水管(4)，注水管(4)的端部贯穿封孔器(2)伸入到钻孔(1)内；所述快速冷冻机(6)和快速熔融机(5)共同连接有冻融管(7)，所述冻融管(7)的端部贯穿封孔器(2)伸入到钻孔(1)内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建涛，来兴平，崔峰，单鹏飞，孙欢，吕兆海，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61