解，現(xiàn)結(jié)合附圖對超臨界C〇2 預(yù)裂滿安集團(tuán)某礦厚度為10.Im、普氏硬度f= 8~9、致密分布、整體性良好的細(xì)粒砂巖頂 板作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0041]滿安集團(tuán)某礦3號煤層賦存穩(wěn)定，平均厚度為5. 6m，傾角為3. 5 °，埋深為 506. 15m，走向長度為1536m，傾向長度為240m。目前，3號煤層采用走向長壁后退式綜放開 采。3號煤層直接頂為灰黑色的泥質(zhì)砂巖，厚度為2. 56m，普氏硬度f= 3~4,垂直裂隙較 為發(fā)育；基本頂為深灰色細(xì)粒砂巖，厚度為10.Im，普氏硬度f= 8~9,致密分布，整體性良 好。3號煤層開采過程中巖性為細(xì)粒砂巖的厚硬頂板的懸空面積較大，不能及時跨落，導(dǎo)致 采場工作面的支護(hù)難度加大；同時，厚硬細(xì)粒砂巖難跨頂板的初次/周期來壓步距很大，其 會隨工作面的逐漸推進(jìn)積聚大量的能量，并發(fā)生瞬間整體跨落，進(jìn)而引發(fā)劇烈的沖擊動力 災(zāi)害，破壞巷道圍巖和采場設(shè)備，威脅安全生產(chǎn)?，F(xiàn)采用超臨界C〇2預(yù)裂來預(yù)裂滿安集團(tuán)某 礦3號煤層厚硬難跨的細(xì)粒砂巖頂板巖層，其具體包括W下步驟：
[0042] 步驟一，從工業(yè)尾氣中提純氣態(tài)C^l，在測量控制范圍為-300°C~150°C的溫度控 制器2 (兼?zhèn)淅鋮s和加熱功能）的作用下液化封裝于耐壓為12MPa的C〇2儲罐3內(nèi)，將前述 C〇2儲罐3運(yùn)往采煤工作面20。
[0043]步驟二，按照W下順序依次連接超臨界C〇2預(yù)裂系統(tǒng)；C02儲罐3-一射流高壓累 4一一供液管5-一過濾器6-一射流管卷筒7-一射流管8-一固定器9一一回流管10-一 除屑器11 一一氣體凈化器12,檢查系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。
[0044] 步驟S，在采場運(yùn)輸順槽13和軌道順槽14中超前工作面10m分別向厚硬難跨頂 板15中鉆取直徑d。為80mm、孔間距1。約為8m、與厚硬頂板的夾角a分別為為15。、30°、 45°、60°和75°的射流鉆孔16,并在射流鉆孔16孔底開設(shè)模形環(huán)槽17,使其對厚硬頂板 中裂縫的形成與擴(kuò)展產(chǎn)生導(dǎo)向作用。
[0045] 步驟四，將射流管8伸入步驟（3)布置的射流鉆孔深處，并在步驟（3)開設(shè)的射流 鉆孔開孔端安置注水高壓膨脹封孔器18,保證其封孔長度為4m;
[0046] 步驟五，分別調(diào)節(jié)C〇2儲罐的溫度和壓力使同時高于臨界溫度（31. 26°C)和臨界 壓力（7. 38MPa)，將液態(tài)C〇2轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界CO2;
[0047] 步驟六，開啟供液閥Ki、關(guān)閉回流閥心啟動射流高壓累4,使C〇2儲罐3內(nèi)的液態(tài) C〇2依次經(jīng)射流局壓累4--供液管5--過濾器6--射流管卷筒7--射流管8--局壓 射流管噴嘴19進(jìn)入步驟（3)開設(shè)的模形環(huán)槽17內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對煤礦厚硬難跨頂板15的預(yù)裂。
[0048] 步驟私開啟回流閥馬、關(guān)閉供液閥Ki，使超臨界C〇2回流依次經(jīng)射流管8-一回流 閥馬一一除屑器11 一一氣體凈化器12,實(shí)現(xiàn)除雜與提純，并最終液化封裝于C〇2儲罐3內(nèi)， 實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
[0049] 步驟八，當(dāng)工作面20每推進(jìn)~^)Z±2m(其中，L為厚硬頂板初次來壓步 距Li和周期來壓步距L2的較小值）時，依次重復(fù)上述步驟（3)、（4)、巧）、（6)和（7)，實(shí)現(xiàn) 對煤礦厚硬難跨頂板的超前預(yù)裂。
[0050]W上所述為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本發(fā)明所述技術(shù)實(shí)質(zhì)與 原理的前提下對上述實(shí)施方法作出的任何改進(jìn)與修潤，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范 圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超臨界CO 2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 提純CO2氣體，在溫度控制器的作用下液化封裝于CO2儲罐內(nèi)，并運(yùn)往采煤工作面； (2) 按照以下順序依次連接超臨界0)2預(yù)裂系統(tǒng)：C02儲罐一一射流高壓泵一一供液 管一一過濾器一一射流管卷筒一一射流管一一固定器一一回流管一一除肩器一一氣體凈 化器，檢查系統(tǒng)能否正常運(yùn)行； (3) 在采場運(yùn)輸順槽和軌道順槽中超前工作面分別向厚硬難垮頂板中鉆取射流鉆孔， 并在射流鉆孔端部開設(shè)楔形環(huán)槽； (4) 將射流管伸入步驟（3)布置的射流鉆孔深處，并在步驟（3)開設(shè)的射流鉆孔開孔端 安置注水高壓膨脹封孔器； (5) 調(diào)節(jié)0)2儲罐的溫度和壓力使同時高于臨界點(diǎn)，將液態(tài)CO 2轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界CO 2; (6) 開啟供液閥、關(guān)閉回流閥、啟動高壓泵，使超臨界CO2流體依次經(jīng)供液管一一射流高 壓泵一一過濾器一一射流管一一高壓射流噴嘴進(jìn)入步驟（3)開設(shè)的楔形環(huán)槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對煤 礦厚硬難垮頂板的預(yù)裂； (7) 開啟回流閥、關(guān)閉供液閥，使超臨界CO2回流依次經(jīng)射流管一一回流閥一一除肩 器一一凈化器，實(shí)現(xiàn)除雜與提純，并最終液化封裝于CO 2儲罐內(nèi)以循環(huán)利用； (8) 隨著工作面的逐漸推進(jìn)，依次重復(fù)上述步驟（3)、（4)、（5)、（6)和（7)，實(shí)現(xiàn)對煤礦 厚硬難垮頂板的超前預(yù)裂。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO 2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，其特征在于，所述 的步驟（1)中〇)2氣體從工業(yè)尾氣中提純，然后在溫度控制器的作用下液化封裝于耐壓為 8-12MPa的0) 2儲罐中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO 2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，其特征在于，所述 的步驟（1)溫度控制器兼冷卻和加熱功能于一體，其測量控制范圍為-300°C~150°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO 2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，其特征在于，所述 的步驟（2)中超臨界CO2供液管和射流管的材質(zhì)為具有絕熱特性的巖棉、耐高溫玻璃棉、硅 酸鋁、微孔硅酸鈣、復(fù)合硅酸鹽或聚氨酯中的一種或幾種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO 2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，其特征在于， 所述的步驟（3)運(yùn)輸順槽和軌道順槽中射流鉆孔的布置位置需超前采煤工作面的距離為 5_15m〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO 2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，其特征在于，所述 的步驟⑶射流鉆孔直徑Cltl為40~120mm、孔間距1 ^為5~10m、與厚硬難垮頂板的夾角 α 為 15。~75。。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO 2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，其特征在于，所述 的步驟（4)注水高壓膨脹封孔器的封孔長度為2-5m。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO 2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，其特征在于，所述 的步驟（5)超臨界0)2的臨界溫度為31. 26°C，臨界壓力為7. 38MPa。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO 2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，其特征在于，所述 的步驟（6)中超臨界CO2流體在高壓泵的作用下經(jīng)供液管輸送至過濾器進(jìn)行除雜，進(jìn)而實(shí) 現(xiàn)二次提純，避免射流管的磨損破壞。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO 2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，其特征在于，所 述的步驟（7)工作面的推進(jìn)距離為^
，其中L為厚硬頂板初次來壓步距L1* 周期來壓步距L2的較小值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超臨界CO2預(yù)裂煤礦厚硬難垮頂板的方法，屬于煤礦安全開采技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明充分利用超臨界CO2的高密度、低粘度、高擴(kuò)散性和破巖能力強(qiáng)等特性，實(shí)現(xiàn)對煤礦厚硬難垮難垮頂板的超前預(yù)裂。該發(fā)明不僅可以減少CO2的工業(yè)排放量、實(shí)現(xiàn)CO2的循環(huán)利用、降低超前預(yù)裂的成本，而且可以減小厚硬難垮頂板的懸頂面積、降低其初次/周期來壓步距和來壓強(qiáng)度，從而有效避免綜放開采時厚硬頂板瞬時垮落引發(fā)的動力災(zāi)害，保障安全生產(chǎn)。
【IPC分類】E21C41-18, E21B43-26
【公開號】CN104763427
【申請?zhí)枴緾N201510082064
【發(fā)明人】馮國瑞, 白錦文, 張玉江, 章敏, 戚庭野, 周小建, 郭峰, 康立勛
【申請人】太原理工大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年2月12日