抑制煤与瓦斯突出的方法 【技术领域】
本发明涉及采矿业的安防技术领域，特别是涉及石门揭煤过程中抑制煤与瓦斯突出的方法。
背景技术
纵观采矿业特别是煤炭采掘业的历史，随着社会和科学技术的进步，采矿作业的安全系数逐步得到了提高，矿难呈现了下降的趋势，然而矿难却还是时有发生，这给国家财产和人民生命带来了不可估量的损失，其中瓦斯灾害引发的矿难占很大的比例，这种情况也引起了国家和有关科技人员的高度重视。
抑制煤与瓦斯突出是预防瓦斯灾害的重要手段，目前，石门揭煤过程中抑制煤与瓦斯突出的方法主要有超前钻孔、钻孔瓦斯抽放、放炮松动、水力冲孔、水力割缝、水力压裂和煤层注水等几种。(1)超前钻孔，就是在石门前方向煤体内打几个钻孔，充分释放煤体瓦斯，降低瓦斯压力，增宽煤体的卸压带，避免在石门揭煤时出现煤与瓦斯突出。(2)钻孔瓦斯抽放，就是向含瓦斯煤层打钻，使煤层内的瓦斯释放出来，并把释放出来的瓦斯抽放出去，进行综合利用。(3)放炮松动，是指在煤体内装药爆破，对煤体进行松动，其一方面可造成煤体卸压，另一方面可提高煤体的透气性和瓦斯的流动性。(4)水力冲孔，是在石门揭煤前，使用高压水射流，在突出煤层中冲出若干直径较大的孔洞；冲孔过程中排出了大量的瓦斯和一定数量的煤炭，因而在煤体中形成一定的卸压、排放瓦斯区域，可预防该区域突出的发生。(5)水力割缝，是瓦斯抽放方法中的一种，就是在煤层中先打一钻孔，然后用水枪沿钻孔在煤层中冲出一条一定宽度的割缝，这条割缝有两种作用，一是在割缝本身的范围内相当于开采了一个小的解放层，造成割缝上下煤体的卸压，增大了煤层的透气系数；另一个作用是割缝在煤体中形成空间，在强大的地压作用下，使割缝周围的煤体向空间流动，因而扩大割缝卸压和煤层透气系数增高的范围。(6)水力压裂，也是瓦斯抽放方法中的一种，是通过将大量的高压液体压入煤层，迫使煤层破裂，形成裂缝，并在压裂液体中混入石英砂或其他支撑剂，使支撑剂充满裂缝，以便在停止压裂后，支撑住裂缝，防止裂缝重新闭合。(7)煤层注水，防止煤与瓦斯突出的机理是：压力水进入煤层可以破碎附近的煤体；水进入煤层内部的裂缝和裂隙，使原始煤体湿润；水封闭了瓦斯流动的通道；增加了煤的可塑性和柔性，造成煤体的疏松；减少了煤体内部的应力集中和瓦斯放散的速度，因而降低了突出的危险性。以上技术措施都以排放瓦斯、卸压为目的。
【发明内容】
本发明的目的是改变以往防止煤与瓦斯突出的方法皆以排放瓦斯和卸压为目的的机理，提供一种以提高煤体强度和整体稳定性为目的，利用制冷设备冻结掘进巷道前方一定区域煤岩体，提高煤岩体稳定性及其支撑能力，在掘进巷道周围形成一高强度阻隔突出动力源的结构，抵御掘进工作造成的应力集中、高瓦斯压力对煤岩体的动力性破坏，从而抑制煤与瓦斯突出的方法。
实现本发明目的的技术方案步骤如下：(1)在石门透煤工作面上布置钻孔，用钻孔设备向煤层打出注液冻结钻孔，也可利用部分瓦斯抽放钻孔；(2)沿注液冻结钻孔安装注液管线，并将高压注液系统连接到注液管线上；(3)启动高压注液系统，向煤层内注液使煤体湿润；(4)当煤层湿润后，停止注液，安装低温冷冻管线并封孔注液，使液体充满钻孔，启动低温冷冻系统，在冷冻介质循环管线中冷冻介质的循环冷冻作用下，使煤层冻结；(5)当煤体冻结后，再开始巷道的掘进和揭煤作业。
本发明首先通过高压注液系统给注液冻结孔注液，使煤体湿润，然后再通过低温冷冻系统对煤体进行致冷，使掘进工作面前方的煤岩体冻结后，再开始巷道的掘进和揭煤作业。由于煤体的降温和冻结，降低了煤体内瓦斯解析扩散渗流速度，提高了煤体强度和整体稳定性，使注液与煤体冻结转化为阻隔突出动力源的耗能结构，石门穿过煤层后，冻结煤体在自然环境下缓慢消融，煤体内瓦斯缓慢解析和释放，从而达到了抑制煤与瓦斯突出的目的，并且防突效果好。
【附图说明】
图1是实现本发明的方法所采用的高压注液系统的结构示意图；
图2是实现本发明的方法所采用的低温冷冻系统的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
图1和图2是实现本发明方法的专用装置的结构示意图。图1是本发明方法所使用的高压注液系统结构示意图，从该图可见，若干注液管线6放置于石门巷道1的煤层2内的注液冷冻钻孔3中，与注液管线6相连接的注液管线5与高压注液泵4相连，高压注液泵4由注液补给装置8补液，阀件7调节进入各注液冷冻孔3中液体的流量。图2是高压注液系统给煤层2进行注液后所采用的低温冷冻系统结构示意图，从该图可见，若干冷冻介质循环管线11放置于注液冷冻钻孔3中，各冷冻介质循环管线11的冷冻介质进口端和冷冻介质出口端分别并接在冷冻介质供集管12和冷冻介质回集管13上；冷冻介质供集管12通过冷冻介质循环水泵9与制冷设备蒸发器14的冷冻介质输出端相连，而冷冻介质回集管13则与制冷设备蒸发器14的冷冻介质回流端相连；制冷设备蒸发器14还与低温制冷压缩机15和制冷设备冷凝器16相连，制冷设备冷凝器16连通到通风口。在冷冻介质循环水泵9与冷冻介质供集管12的连接通道上设有阀件17；在冷冻介质供集管12与各冷冻介质循环管线11连接处分别设有阀件18；在冷冻介质回集管13与制冷设备蒸发器14的连接通道上也设有阀件10。
采用图1和图2所示装置来实现本发明方法的步骤如下：
(1)在石门巷道1的透煤工作面上布置钻孔，用钻孔设备向煤层打出注液冻结钻孔3，也可利用部分瓦斯抽放钻孔；
(2)沿注液冻结钻孔3安装注液管线6，并将图1所示的高压注液系统连接到注液管线6上；
(3)启动高压注液系统，向煤层2内注液使煤体湿润；
(4)当煤层湿润后，停止注液，安装低温冷冻管线并封孔注液，使液体充满钻孔，启动低温冷冻系统，在冷冻介质循环管线11中冷冻介质的循环冷冻作用下，使煤层2冻结；
(5)当煤体冻结后，再开始巷道的掘进和揭煤作业。
所述低温冷冻系统在运行时所产生的热量通过图2所示的制冷设备冷凝器16排入到通风口中。
所述冷冻介质循环管线11中的冷冻介质流量可通过阀件10调节。