【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，属于煤层卸压及开采。
技术介绍
1、煤与瓦斯突出矿井中，岩巷揭突出煤层时，突出危险性最大，揭煤时间最长，是矿井安全生产的难点和采掘部署的瓶颈工程。由于突出的复杂性及其对矿山安全生产危害的严重性，全球本行业人员对此都十分重视，目前行业内针对不同地质条件的煤田、不同煤层、不同突出危险性的石门揭煤工作面，研究出水力冲孔、排放钻孔、预抽瓦斯、金属骨架、直眼深孔全断面爆破、直接采用震动爆破等石门揭煤防突技术措施，起到了一定的防突作用，但这些措施安全性有待提高且揭煤所需的施工期过长，严重影响矿井安全生产和采掘正常接替。主要是因为传统的石门揭煤技术前煤层裂隙扩展不充分，没有实现区域的裂隙网络化；而且，传统水力割缝石门揭煤技术实施后，煤层中的黏土矿物和有机质极易遇水膨胀，常导致水进入煤体后不易排出，堵塞瓦斯流动通道，产生抑制瓦斯解吸、扩散和渗透的作用，进而在石门揭煤前的煤层没有达到充分卸压增透，最终使得煤体的地应力和瓦斯压力高、瓦斯含量大，此时进行石门揭煤危险性高。
2、因此，如何能提供一种新的方法，在石门揭煤前有效降低煤体的地应力、以及通过增透提高瓦斯抽采效率，从而实现快速安全石门揭煤，是本申请所需的研究方向。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，通过不同层级钻孔协作，将抽采的高浓度瓦斯注入其他钻孔，通过变更钻孔的压入和抽出的状态，将高压高浓度瓦斯致裂
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，具体步骤为：
3、步骤一、在石门揭煤工作面距离煤层的最小法向为k时，采用常规的钻孔方式穿过保护岩柱向煤层施工钻孔群，钻孔群的具体布设为：先向煤层中心位置施工中心孔，完成后以中心孔的终孔位置为圆心、在半径为j的圆周上均匀布置多个钻孔形成第一圈钻孔；接着以中心孔的终孔位置为圆心、在半径为l的圆周上均匀布置多个钻孔形成第二圈钻孔；且j＜l；施工完成后采用胶囊封孔器对中心孔、第一圈钻孔、第二圈钻孔进行密封；
4、步骤二、先将第一圈钻孔和第二圈钻孔分别通过管路连接增压泵的进口，增压泵的出口通过管路与中心孔连接，启动增压泵，将第一圈钻孔和第二圈钻孔抽采的高浓度瓦斯汇流后经增压泵的增压作用注入到中心孔，达到设定注气时间后停止增压泵，并将中心孔连入瓦斯抽采管网，进行瓦斯抽采；
5、步骤三、将第二圈钻孔中的各个钻孔以相邻的n个为一组，共分成m组；将每组内所有钻孔抽采的瓦斯汇流后经增压泵增压后注入第一圈钻孔的其中一个内，则m组分别一一对应使得第一圈钻孔中m个钻孔被注入高压高浓度瓦斯，达到设定注气时间后停止增压泵工作；将m组分别一一对应第一圈钻孔中其他未注入高浓度瓦斯的m个钻孔，并采用本步骤的注入过程，如此重复，直至所有第一圈钻孔完成注入高压高浓度瓦斯过程；
6、步骤四、先将中心孔与瓦斯抽采管网断开，并将完成步骤三处理后的第一圈钻孔分别通过管路连接增压泵的进口，增压泵的出口通过管路与中心孔连接，启动增压泵，使第一圈钻孔抽采的高浓度瓦斯经增压泵的增压作用注入中心孔，达到设定注气时间后停止增压泵；
7、步骤五、按照步骤三的方式将第二圈钻孔中的各个钻孔分成m组，将每组内相邻的n-1个钻孔抽采的瓦斯汇流后经增压泵增压作用后注入本组剩余钻孔内；达到设定注气时间后停止增压泵；
8、步骤六、按照步骤三的方式对第二圈钻孔中的各个钻孔重新分组，并重复步骤五，直至第二圈钻孔中所有钻孔均完成高压高浓度瓦斯注入；
9、步骤七、重复步骤二至六多次后，将钻孔群的所有钻孔联入瓦斯抽采管网持续进行瓦斯抽采；当煤层瓦斯含量小于8m3/t时，停止瓦斯抽采，按照常规揭煤方法揭开煤层。
10、进一步，所述第一圈钻孔的数量为8个，第二圈钻孔的数量为16个。
11、进一步，所述n和m的数值均为4。
12、进一步，所述步骤二中注气压力为5～8mpa，注气时间为8～10h。
13、进一步，所述步骤三、四和五中注气压力均为3～5mpa，注气时间均为2～3h。
14、进一步，所述k的数值为8～10m，j的数值为2～3m，l的数值为5～7m。
15、与现有技术相比，本专利技术的方法先施工特定布设的钻孔群形成中心孔、第一圈钻孔、第二圈钻孔三种不同层级的钻孔，将不同层级的钻孔进行分组协作，将每组钻孔抽采的高浓度瓦斯进行增压，注入其他钻孔内，并与瓦斯抽采相结合，使各钻孔中交替出现压入气流和抽出气流，进而钻孔周围煤体重复承受膨胀和收缩的作用，通过特定的抽采增压及注入顺序实现中心孔、第一圈钻孔、第二圈钻孔各自周围的煤体依次进行高压高浓度瓦斯致裂、正负压交变应力疲劳致裂（即抽采时受负压影响，注入时受正压影响，交替进行实现正负压交变应力影响），以及进行瓦斯驱替瓦斯的过程，从而显著提高瓦斯抽采效率与瓦斯抽采浓度；其中在交变高浓度瓦斯应力作用下，煤体容易达到疲劳极限而发生破裂，从而使裂隙不断扩大并向深部逐渐发育，增大钻孔的瓦斯抽采半径，进而增加钻孔的瓦斯抽采总量，提高瓦斯抽出效果。综上所述，本专利技术集成了气体压裂、交变应力疲劳致裂与瓦斯驱替瓦斯相互协同的过程，实现了瓦斯高效抽采与快速石门揭煤，具有广泛的实用性；另外其还具有工艺简单、操作方便、成本低的优点。
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1.一种基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，其特征在于，具体步骤为：
2. 根据权利要求1 所述基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，其特征在于，所述第一圈钻孔的数量为8个，第二圈钻孔的数量为16个。
3.根据权利要求2所述基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，其特征在于，所述N和M的数值均为4。
4. 根据权利要求1 所述基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，其特征在于，所述步骤二中注气压力为5～8MPa，注气时间为8～10h。
5. 根据权利要求1 所述基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，其特征在于，所述步骤三、四和五中注气压力均为3～5MPa，注气时间均为2～3h。
6. 根据权利要求1 所述基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，其特征在于，所述K的数值为8～10m，J的数值为2～3m，L的数值为5～7m。
【技术特征摘要】
1.一种基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，其特征在于，具体步骤为：
2. 根据权利要求1 所述基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，其特征在于，所述第一圈钻孔的数量为8个，第二圈钻孔的数量为16个。
3.根据权利要求2所述基于交变高浓度瓦斯动力的快速石门揭煤的方法，其特征在于，所述n和m的数值均为4。
4. 根据权利要求1 所述基于交变高浓度瓦斯动力的快速石...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏善杰，王圣程，蔡峰，高亚楠，高峰，滕腾，郭金帅，侯鹏，杨硕，蒋玄，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：
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