一种煤矿非正规采空区地面灭火钻孔致裂方法
阅读：1023发布：2020-10-08
专利汇可以提供一种煤矿非正规采空区地面灭火钻孔致裂方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 煤 矿非正规采空区地面灭火钻孔致裂方法，属煤矿火灾防治的技术领域。一种煤矿非正规采空区地面灭火钻孔致裂方法，选择钻探到采空区遗留煤柱上的钻孔，将耐高压低温管的下部管口探入该钻孔的底部，采用密封材料在耐高压低温管的下部管口上方5米处围绕耐高压低温管外测制作密封段，采用 增压 泵 通过耐高压低温管上部管口冲入高压二 氧 化 碳 从而在该采空区遗留煤柱上形成压裂的缝隙，通过 增压泵 从耐高压低温管上部管口灌入灭火材料和高压二氧化碳混合物。，下面是一种煤矿非正规采空区地面灭火钻孔致裂方法专利的具体信息内容。
一种煤矿非正规采空区地面灭火钻孔致裂方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种煤矿非正规采空区地面灭火钻孔致裂方法，属煤矿火灾防治的技术领域。
背景技术
[0002] 煤层自燃火灾多发生在煤矿采空区，特别是原来的小窑采空区，房采采空区，老空区等非正规采空区；非正规采空区往往地表漏风严重，易引起采空区煤自燃，煤层自燃后，一般采用地面钻孔灌注不同灭火材料进行灭火；由于非正规采空区一般地质资料不详，巷道及采空区分布情况不明，因此根据火区分布布置的灭火钻孔易钻到采空区遗留煤柱上，导致有效钻孔率低（有效钻孔率仅为30～40%），不能有效进行灌注灭火材料，大大增加了灭火费用，延长了灭火工期，降低了灭火效率。
发明内容
[0003] 本发明的目的就是提供一种超临界CO2压裂煤矿非正规采空区灭火钻孔的方法,主要用于解决非正规采空区钻孔易钻到煤柱上，无法有效进行灌注灭火材料的不足。该方法可以大大减少地面灭火钻孔数量，提高灭火效率，降低灭火施工成本。
[0004] 本发明所采用的技术方案是：一种煤矿非正规采空区地面灭火钻孔致裂方法，选择钻探到采空区遗留煤柱上的钻孔，将耐高压低温管的下部管口探入该钻孔的底部，采用密封材料在耐高压低温管的下部管口上方5米处围绕耐高压低温管外测制作密封段，采用增压泵通过耐高压低温管上部管口冲入高压二氧化碳从而在该采空区遗留煤柱上形成压裂的缝隙，通过增压泵从耐高压低温管上部管口灌入灭火材料和高压二氧化碳混合物。
[0007] 本发明的有益效果是：采用二氧化碳对钻孔进行压裂，使钻到煤柱的钻孔周围产生大量的裂隙，因此，灌注的灭火材料可通过裂隙进入火区有效地对火区进行灭火。本发明无需压裂液，对环境友好，不会引起粘土矿物膨胀。当温度高于临界温度（31.1℃）、压力超过临界压力（7.38MPa）时，二氧化碳进入超临界状态。超临界状态二氧化碳是一种可压缩的高密度流体，是不同于气、固、液的第四种状态。超临界状态二氧化碳分子间力较小，接近气态，粘度与气态相近，密度与液态相近，而自扩散系数却要比液体大近100倍，利用安装在耐高压低温管的下部管口的高压喷嘴喷射超临界状态二氧化碳可以产生较多煤岩孔-裂隙通道，从而有利于灌注灭火材料，减少灭火钻孔施工数量，节约灭火成本，提高灭火效率，节省灭火费用；同时二氧化碳本身是一种惰性气体，可被煤体吸附，减少煤对氧的吸附量，同时二氧化碳气化后降低采空区中氧气浓度和火区的温度，大大提高了灭火效果。附图说明
[0008] 图1是本发明的示意图。
具体实施方式
[0009] 本发明主要由CO2储罐、CO2槽车、CO2增压泵、耐高压低温管、高压喷嘴组成，为达到上述目的，该技术方案包含以下步骤：步骤1，将CO2储罐与CO2槽车并联，然后依次与CO2增压泵车、耐高压低温管连通，保证各监控仪表正常工作；
步骤2，选择钻探到采空区遗留煤柱上的钻孔，将耐高压低温管的下部管口探入该钻孔的底部，在耐高压低温管的下部管口下部安装高压喷嘴，在耐高压低温管的下部管口上方5米处，耐高压低温管和钻孔通道之间灌注高密度水泥砂浆形成一段5米高的密封段，防止高压气体涌向钻孔孔口，影响压裂效果；
步骤3，通过控制各装置，持续输入高纯液态二氧化碳，经过增压泵后沿着耐高压低温管运输，随着钻孔深度的增加，温度和压力都会升高，当温度高于临界温度（31.1℃）、压力超过临界压力（7.38MPa）时，二氧化碳会转变成超临界态，超临界状态二氧化碳具有接近于气体的低粘度和高扩散性，接近于液体的高密度以及表面张力为零的特性；
步骤4，耐高压低温管下部管口的左、右、下方都装有高压喷嘴，利用高压喷嘴进行喷射超临界状态二氧化碳，超临界状态二氧化碳由于上述特点，可以在煤层中自由流动，使得煤层原有微小裂隙-孔洞扩张破裂并向四周扩散产生复杂的裂纹，从而可以压裂钻孔周围煤柱，以此形成大的孔-裂隙通道；
步骤5，灌注预先配置好的灭火材料和超临界状态二氧化碳混合物，治理采空区自燃发火，降低煤炭自燃倾向性。
步骤2，选择钻探到采空区遗留煤柱上的钻孔，将耐高压低温管的下部管口探入该钻孔的底部，在耐高压低温管的下部管口下部安装高压喷嘴，在耐高压低温管的下部管口上方5米处，耐高压低温管和钻孔通道之间灌注高密度水泥砂浆形成一段5米高的密封段，防止高压气体涌向钻孔孔口，影响压裂效果；
步骤3，通过控制各装置，持续输入高纯液态二氧化碳，经过增压泵后沿着耐高压低温管运输，随着钻孔深度的增加，温度和压力都会升高，当温度高于临界温度（31.1℃）、压力超过临界压力（7.38MPa）时，二氧化碳会转变成超临界态，超临界状态二氧化碳具有接近于气体的低粘度和高扩散性，接近于液体的高密度以及表面张力为零的特性；
步骤4，耐高压低温管下部管口的左、右、下方都装有高压喷嘴，利用高压喷嘴进行喷射超临界状态二氧化碳，超临界状态二氧化碳由于上述特点，可以在煤层中自由流动，使得煤层原有微小裂隙-孔洞扩张破裂并向四周扩散产生复杂的裂纹，从而可以压裂钻孔周围煤柱，以此形成大的孔-裂隙通道；
步骤5，灌注预先配置好的灭火材料和超临界状态二氧化碳混合物，治理采空区自燃发火，降低煤炭自燃倾向性。
[0010] 根据现场情况，通过耐高压低温管轮番通入超临界状态二氧化碳及灭火材料和超临界状态二氧化碳混合物以进行多次压裂，扩大裂缝通道，保证灭火材料的灌注。
[0012] 车辆设备要求如下：（1）二氧化碳增压泵车：要求压力泵增压10-30MPa，单台泵车排量不低于3.5m3/min（2）高压低温管汇车：要求温度为30-80℃，压力不低于20MPa。
[0013] 管阀、高压泵等里面的密封垫使用金属密封垫，防止二氧化碳逸散。
[0015] 与传统的地面钻孔灭火技术相比，本发明的优点如下：1、克服了非正规采空区打钻成孔率低的缺点，有效减少了钻孔数量，降低了灭火工程费用，且该方法简单易行，绿色环保，对储层影响小，具有广泛的适应性。
[0016] 2、利用超临界二氧化碳压裂煤层裂缝，从而可以形成有效灌注灭火材料的通道，缩短了灭火时间，提高了灭火效率。
[0017] 3、二氧化碳本身是一种惰性气体，能稀释采空区氧气浓度，液态二氧化碳还能快速降温，抑制煤炭自燃，与灭火材料协同灭火，效果良好。
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