【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于采煤，具体地涉及一种定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法及采煤方法。
技术介绍
1、煤层中的坚硬夹矸是指在煤层中夹杂的硬度较高、难以截割的岩石或矿物层。夹矸通常由石英砂岩、燧石、石灰岩等坚硬岩石组成，硬度远高于煤层。煤层中的坚硬夹矸对采煤机截割的产生许多负面影响，不仅降低设备性能和生产效率，还增加安全风险和生产成本。
2、相关技术中，煤层坚硬夹矸一般采用深孔爆破等方式进行处理，虽然可以有效破碎夹矸，但其缺点也十分突出。爆破会产生强烈的振动、冲击波和有害气体，导致巷道的稳定性受到较大的影响，容易对机械设备和人员造成伤害。
技术实现思路
1、本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
2、专利技术人认识到，煤层中的夹矸的危害有以下几点：（1）降低采面推进速度：夹矸硬度高，截割难度大，导致采煤机工作效率下降，采面推进速度减缓，影响整体生产进度。（2）增加设备磨损：采煤机截割夹矸时，刀具和机械部件承受更大负荷，磨损加剧，缩短设备寿命，增加维护和更换成本。（3）高温火花风险：截割夹矸时易产生高温火花，可能引燃煤层中的瓦斯或煤尘，引发火灾或爆炸，威胁矿工生命安全和矿井设施。（4）设备故障率上升：夹矸导致采煤机负荷波动，增加设备故障风险，影响生产连续性，甚至引发安全事故。
3、专利技术人还认识到，爆破会产生强烈的振动和冲击波可能导致围岩松动或破坏，增加顶板冒落和片帮的风险。振动还可能对采煤机、液压支架等设备造成损伤，缩短设备
4、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5、为此，本专利技术的实施例提出一种可以提高夹矸致裂弱化效果并安全可控的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法。
6、本专利技术的实施例还提出一种采煤方法。
7、本专利技术实施例的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，包括：
8、获取煤层中夹矸层的赋存参数；
9、根据所述夹矸层的赋存参数，确定在所述夹矸层中的定向钻孔、致裂钻孔和用于所述夹矸层致裂弱化的二氧化碳致裂器的布置参数，所述定向钻孔的径向尺寸不小于300mm以在所述夹矸层中形成自由面，所述致裂钻孔邻近部分所述定向钻孔设置，以使与所述致裂钻孔相邻的所述定向钻孔位于所述二氧化碳致裂器的有效致裂范围内；
10、根据所述定向钻孔和所述致裂钻孔的布置参数，进行所述定向钻孔和所述致裂钻孔的钻进施工；
11、在所述致裂钻孔内布置二氧化碳致裂器，并对所述致裂钻孔的孔口进行封堵；
12、启动所述二氧化碳致裂器以对所述夹矸层致裂弱化；
13、对弱化后的所述夹矸层进行评估以获得弱化评估数据；
14、基于所述弱化评估数据，对所述夹矸层中的定向钻孔、致裂钻孔和二氧化碳致裂器的布置参数进行优化。
15、本专利技术实施例的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，通过在夹矸层内布置大直径的定向钻孔可以提供自由面，在二氧化碳致裂器对夹矸层致裂弱化过程中可以强化二氧化碳致裂弱化效果，大直径定向钻孔的周围易形成塑性区，岩体发生塑性变形，易出现微裂隙和破碎。定向钻孔所形成自由面，导致周边应力重新分布，定向钻孔周边易出现应力集中，引发局部破碎。本实施例将定向钻孔和二氧化碳致裂有机结合起来，实现对坚硬夹矸的充分致裂弱化，减少坚硬夹矸对采煤机割煤的负面影响。
16、在一些实施例中，步骤获取煤层中夹矸层的赋存参数，包括搜集煤矿生产地质资料，通过物探和钻探方式进行夹矸层的探测以获取探测数据，结合所述生产地质资料和所述探测数据确定夹矸层的赋存参数，所述赋存参数至少包括夹矸层的层数、厚度、硬度和延展分布范围。
17、在一些实施例中，所述夹矸层具有第一延伸方向、第二延伸方向和厚度方向，所述定向钻孔和所述致裂钻孔均沿所述第一延伸方向施钻，多个所述定向钻孔和多个所述致裂钻孔在所述第二延伸方向上间隔且交替布置；
18、每一个所述致裂钻孔在所述第二延伸方向的两侧均布置有邻近所述致裂钻孔的定向钻孔，以使所述致裂钻孔在所述第二延伸方向的两侧均形成有自由面；
19、布置于多个所述致裂钻孔中的二氧化碳致裂器的有效致裂范围相叠合以覆盖所述夹矸层。
20、在一些实施例中，所述夹矸层的厚度小于等于1000mm时，所述定向钻孔的径向尺寸为300mm至600mm，所述定向钻孔位于所述夹矸层的厚度方向的中部；
21、所述夹矸层的厚度大于1000mm时，多个所述定向钻孔在所述夹矸层的厚度方向上成组布置以形成定向孔组，所述定向孔组中的多个所述定向钻孔的径向尺寸之和为所述夹矸层的厚度的30%至60%，所述致裂钻孔和所述定向孔组在所述第二延伸方向上间隔布置，且所述定向孔组中的至少部分定向钻孔在所述厚度方向上分别位于所述致裂钻孔的两侧。
22、在一些实施例中，所述定向钻孔的长度为80m至150m；
23、和/或，所述夹矸层中还设有支路钻孔，所述支路钻孔与所述定向钻孔相连通，所述支路钻孔的径向尺寸小于所述定向钻孔的径向尺寸，所述支路钻孔朝向靠近与其邻近的致裂钻孔的方向延伸，所述支路钻孔与所述致裂钻孔不连通。
24、在一些实施例中，步骤在所述致裂钻孔内布置二氧化碳致裂器，包括将多个二氧化碳致裂器串联在一起放入所述致裂钻孔内，以形成链式致裂器，对所述致裂钻孔的孔口进行封堵，所述致裂钻孔的封堵长度大于第一阈值，以减少所述链式致裂器启动后由所述致裂钻孔的孔口泄露的气体量；
25、步骤启动所述二氧化碳致裂器中，多个所述致裂钻孔中的二氧化碳致裂器同时启动。
26、在一些实施例中，步骤对弱化后的所述夹矸层进行评估以获得弱化评估数据，包括：
27、基于成像设备对所述定向钻孔的内部孔壁进行探测，以根据成像信息获取所述定向钻孔的孔壁破碎程度和裂隙发育情况；
28、基于钻孔雷达探测岩体的介电常数差异，识别弱化后的所述夹矸层中破碎带、裂隙和空洞；
29、对弱化后的所述夹矸层进行评估，以获取所述夹矸层中不同区段的破碎程度。
30、在一些实施例中，步骤基于所述弱化评估数据，对所述夹矸层中的定向钻孔、致裂钻孔和二氧化碳致裂器的布置参数进行优化，包括：
31、对所述夹矸层的破碎程度进行分级，并根据破碎程度由高到低依次分为过破碎区段、破碎良好区段和裂隙欠发育区段；
32、基于所述夹矸层中不同区段的破碎程度、所述夹矸层的赋存参数、所述夹矸层中不同区段的定向钻孔的布置参数、所述致裂钻孔的布置参数和所述二氧化碳致裂器的布置参数，构建特征数据库；
33、对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，步骤获取煤层中夹矸层的赋存参数，包括搜集煤矿生产地质资料，通过物探和钻探方式进行夹矸层的探测以获取探测数据，结合所述生产地质资料和所述探测数据确定夹矸层的赋存参数，所述赋存参数至少包括夹矸层的层数、厚度、硬度和延展分布范围。
3.根据权利要求1所述的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，所述夹矸层具有第一延伸方向、第二延伸方向和厚度方向，所述定向钻孔和所述致裂钻孔均沿所述第一延伸方向施钻，多个所述定向钻孔和多个所述致裂钻孔在所述第二延伸方向上间隔且交替布置；
4.根据权利要求3所述的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，所述夹矸层的厚度小于等于1000mm时，所述定向钻孔的径向尺寸为300mm至600mm，所述定向钻孔位于所述夹矸层的厚度方向的中部；
5.根据权利要求3所述的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，所述定向钻孔的长度为80m至150m；
6.根据权利要求1所述的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，步骤在所述致裂钻孔内布置二氧化碳致裂器，包括将多个二氧化碳致裂器串联在一起放入所述致裂钻孔内，以形成链式致裂器，对所述致裂钻孔的孔口进行封堵，所述致裂钻孔的封堵长度大于第一阈值，以减少所述链式致裂器启动后由所述致裂钻孔的孔口泄露的气体量；
7.根据权利要求1所述的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，步骤对弱化后的所述夹矸层进行评估以获得弱化评估数据，包括：
8.根据权利要求7所述的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，步骤基于所述弱化评估数据，对所述夹矸层中的定向钻孔、致裂钻孔和二氧化碳致裂器的布置参数进行优化，包括：
9.一种采煤方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的采煤方法，其特征在于，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，步骤获取煤层中夹矸层的赋存参数，包括搜集煤矿生产地质资料，通过物探和钻探方式进行夹矸层的探测以获取探测数据，结合所述生产地质资料和所述探测数据确定夹矸层的赋存参数，所述赋存参数至少包括夹矸层的层数、厚度、硬度和延展分布范围。
3.根据权利要求1所述的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，所述夹矸层具有第一延伸方向、第二延伸方向和厚度方向，所述定向钻孔和所述致裂钻孔均沿所述第一延伸方向施钻，多个所述定向钻孔和多个所述致裂钻孔在所述第二延伸方向上间隔且交替布置；
4.根据权利要求3所述的定向钻孔与二氧化碳致裂联合夹矸弱化方法，其特征在于，所述夹矸层的厚度小于等于1000mm时，所述定向钻孔的径向尺寸为300mm至600mm，所述定向钻孔位于所述夹矸层的厚度方向的中部；
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵凯凯，冯彦军，孙晓冬，康红普，吴拥政，郑仰发，王鹏，林朋皓，尚晓光，程世忠，
申请(专利权)人：中煤科工开采研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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