二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置與方法與流程

本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置與方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)是世界上產(chǎn)煤大國(guó)，各類(lèi)重工業(yè)、輕工業(yè)對(duì)煤炭的需求越來(lái)越多，同時(shí)我國(guó)也是煤礦瓦斯災(zāi)害尤為嚴(yán)重的國(guó)家，瓦斯災(zāi)害事故帶來(lái)了巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人身傷亡事故。

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》回采工作面每推進(jìn)10-50m，就要采用工作面預(yù)測(cè)法進(jìn)行不少于兩次的區(qū)域性驗(yàn)證，其中任何一次驗(yàn)證為有突出危險(xiǎn)時(shí)，該區(qū)域應(yīng)改劃為突出危險(xiǎn)區(qū)域（該區(qū)域?yàn)閰^(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)的區(qū)域，其中考察指標(biāo)有：瓦斯壓力和瓦斯含量，當(dāng)瓦斯含量≥或瓦斯壓力≥時(shí)，均為驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)），因此采取停止推進(jìn)，進(jìn)行煤層瓦斯消突，出現(xiàn)區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象的主要原因是：煤層瓦斯存在抽采空白帶。目前針對(duì)區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)所采取的消突措施有順層鉆孔瓦斯抽采和回采工作面超前排放鉆孔、淺孔預(yù)抽、松動(dòng)爆破等措施，但是順層鉆孔瓦斯抽采效果不好，因?yàn)樵诔椴伤延绊懙降膮^(qū)域，瓦斯壓力梯度已經(jīng)降到最小，在短時(shí)間內(nèi)很難再抽出瓦斯；回采工作面超前排放鉆孔、淺孔預(yù)抽、松動(dòng)爆破等消突措施，這些措施加大了施工量、耗資量，超前排放鉆孔和淺孔預(yù)抽需要較長(zhǎng)的時(shí)間，松動(dòng)爆破容易誘導(dǎo)突出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種通過(guò)注液氮快速冷凍煤體、抑制煤體瓦斯解吸、降低瓦斯的放散速度和瓦斯的解吸量，以便實(shí)現(xiàn)快速消突、解決煤層瓦斯抽采中存在的抽采空白帶、抽采時(shí)間長(zhǎng)、工程量及耗資大的問(wèn)題的二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置與方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置，包括制液氮機(jī)、液氮存儲(chǔ)罐、注液氮機(jī)、溫度顯示器以及沿區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)的煤層內(nèi)自左向右依次設(shè)置的第一順層鉆孔、第二順層鉆孔、第三順層鉆孔、第四順層鉆孔、第五順層鉆孔和第六順層鉆孔；

制液氮機(jī)、液氮存儲(chǔ)罐和注液氮機(jī)底部均設(shè)有輪子，制液氮機(jī)、液氮存儲(chǔ)罐和注液氮機(jī)均通過(guò)輪子滾動(dòng)連接在巷道內(nèi)的軌道上，液氮存儲(chǔ)罐外設(shè)有一層保溫層，液氮存儲(chǔ)罐的頂部設(shè)有進(jìn)液接頭，液氮存儲(chǔ)罐的左側(cè)底部設(shè)有出液接頭，制液氮機(jī)通過(guò)第一管道與液氮存儲(chǔ)罐的進(jìn)液接頭連接，第一管道上設(shè)有第一閥門(mén)，進(jìn)液接頭上設(shè)有第二閥門(mén)，出液接頭上設(shè)有第三閥門(mén)，出液接頭通過(guò)第二管道與注液氮機(jī)的進(jìn)液口連接，第二管道上設(shè)有第四閥門(mén)；

第一順層鉆孔、第二順層鉆孔、第三順層鉆孔、第四順層鉆孔、第五順層鉆孔和第六順層鉆孔內(nèi)均設(shè)有瓦斯抽采管，第一順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管通過(guò)第三管道連接有第一四通，第三管道上設(shè)有第五閥門(mén)，第一四通的第二接口通過(guò)第四管道與注液氮機(jī)的出液口連接，第四管道上設(shè)有第六閥門(mén)，第一四通的第三接口連接有第五管道，第五管道上設(shè)有第七閥門(mén)；第二順層鉆孔的孔底設(shè)有第一溫度傳感器；

第三順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管通過(guò)第六管道連接有第二四通，第六管道上設(shè)有第八閥門(mén)，第二四通的第二接口連接有第七管道，第七管道上設(shè)有第九閥門(mén)，第二四通的第三接口通過(guò)第八管道與第一四通的第四接口連接；第四順層鉆孔的孔底設(shè)有第二溫度傳感器；

第五順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管通過(guò)第九管道連接有第三四通，第九管道上設(shè)有第十閥門(mén)，第三四通的第二接口連接有第十管道，第十管道上設(shè)有第十一閥門(mén)，第三四通的第三接口通過(guò)第十一管道與第二四通的第四接口連接，第三四通的第四接口連接有第十二管道，第十二管道上設(shè)有第十二閥門(mén)；第六順層鉆孔的孔底設(shè)有第三溫度傳感器；

溫度顯示器通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)分別與第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器連接。

第一管道和進(jìn)液接頭之間通過(guò)第一變徑轉(zhuǎn)換接頭密封連接，出液接頭和第二管道之間通過(guò)第二變徑轉(zhuǎn)換接頭密封連接。

二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置的使用方法，包括以下步驟：

（1）計(jì)算出注液氮時(shí)間t；

（2）在區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)的區(qū)域連接好所有管道和閥門(mén)，并檢測(cè)管道的密封性；

（3）進(jìn)行注氮作業(yè)：關(guān)閉所有閥門(mén)后，打開(kāi)第一閥門(mén)和第二閥門(mén)，然后啟動(dòng)制液氮機(jī)，用手觸摸出液接頭，當(dāng)出液接頭變涼時(shí)，依次打開(kāi)第三閥門(mén)、第四閥門(mén)、第六閥門(mén)、第五閥門(mén)、第八閥門(mén)和第十閥門(mén)，啟動(dòng)注液氮機(jī)同時(shí)打開(kāi)溫度顯示器，觀察溫度顯示器上的示數(shù)；

（4）通過(guò)注液氮機(jī)向第一順層鉆孔、第三順層鉆孔和第五順層鉆孔注入液氮，注入時(shí)間為t后，關(guān)閉第六閥門(mén)、第五閥門(mén)、第八閥門(mén)、第十閥門(mén)和注液氮機(jī)，然后再關(guān)閉第一閥門(mén)、第二閥門(mén)、第三閥門(mén)、第四閥門(mén)和制液氮機(jī)；然后觀察溫度顯示器上的示數(shù)，當(dāng)溫度顯示器上顯示第二順層鉆孔、第四順層鉆孔和第六順層鉆孔內(nèi)的溫度示數(shù)都降至0℃以下，卸下第一順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管與第三管道的連接、第三順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管與第六管道的連接以及第五順層鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管與第九管道的連接，接著將第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器取出；當(dāng)溫度顯示器上顯示第二順層鉆孔、第四順層鉆孔和第六順層鉆孔內(nèi)的溫度示數(shù)中有一個(gè)溫度位于0℃以上，待溫度顯示器上的示數(shù)變化緩慢停止后，依次打開(kāi)第五閥門(mén)、第七閥門(mén)、第八閥門(mén)、第九閥門(mén)、第十閥門(mén)和第十一閥門(mén)，將順層鉆孔中的氣態(tài)的氮?dú)馊颗懦?，待氮?dú)馊颗懦龊螅俅侮P(guān)閉第五閥門(mén)、第七閥門(mén)、第八閥門(mén)、第九閥門(mén)、第十閥門(mén)和第十一閥門(mén)，然后重復(fù)步驟（3）-（4），直至溫度顯示器上的示數(shù)為0℃以下為止。

步驟（1）中計(jì)算注液氮時(shí)間t的方法為：注液氮機(jī)的注液氮速率V，第四管道的截面積S，順層鉆孔長(zhǎng)度為L(zhǎng)，順層鉆孔直徑為d，計(jì)算出每個(gè)順層鉆孔的所需要的時(shí)間：，然后取其中最小值即為注液氮時(shí)間t。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明利用空氣中含有71%的氮?dú)赓Y源制取液氮，通過(guò)已存在的順層鉆孔注液氮，二次利用順層鉆孔，利用液氮（-196℃）的低溫特性快速冷凍煤體，營(yíng)造低溫（0℃以下）環(huán)境，抑制煤體瓦斯解吸，可以做到快速消突，進(jìn)而安全高效開(kāi)采，有效的解決了抽采空白帶、抽采時(shí)間長(zhǎng)、工程量大及耗資大的問(wèn)題，并提高了采煤作業(yè)的效率；當(dāng)巷道其它區(qū)域內(nèi)也需要進(jìn)行注液態(tài)氮消突時(shí)，將出液接頭與第二管道拆開(kāi)，小火車(chē)?yán)瓌?dòng)罐沿著巷道內(nèi)的軌道移動(dòng)到什么位置，這樣可以使用一個(gè)罐為多處進(jìn)行注液態(tài)氮作業(yè)，節(jié)約成本，靈活性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是煤層以及順層鉆孔的俯視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置，包括制液氮機(jī)1、液氮存儲(chǔ)罐2、注液氮機(jī)3、溫度顯示器4以及沿區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)的煤層內(nèi)5自左向右依次設(shè)置的第一順層鉆孔6、第二順層鉆孔7、第三順層鉆孔8、第四順層鉆孔9、第五順層鉆孔10和第六順層鉆孔11，

制液氮機(jī)1、液氮存儲(chǔ)罐2和注液氮機(jī)3底部均設(shè)有輪子12，制液氮機(jī)1、液氮存儲(chǔ)罐2和注液氮機(jī)3均通過(guò)輪子12滾動(dòng)連接在巷道內(nèi)的軌道上（為方便移動(dòng)制液氮機(jī)1、液氮存儲(chǔ)罐2和注液氮機(jī)3，可以通過(guò)巷道內(nèi)的小火車(chē)?yán)瓌?dòng)軌道上的這些裝置），液氮存儲(chǔ)罐2外設(shè)有一層保溫層14，液氮存儲(chǔ)罐2的頂部設(shè)有進(jìn)液接頭15，液氮存儲(chǔ)罐2的左側(cè)底部設(shè)有出液接頭16，制液氮機(jī)1通過(guò)第一管道17與液氮存儲(chǔ)罐2的進(jìn)液接頭15連接，第一管道17上設(shè)有第一閥門(mén)18，進(jìn)液接頭15上設(shè)有第二閥門(mén)19，出液接頭16上設(shè)有第三閥門(mén)20，出液接頭16通過(guò)第二管道21與注液氮機(jī)3的進(jìn)液口連接，第二管道21上設(shè)有第四閥門(mén)22；

第一順層鉆孔6、第二順層鉆孔7、第三順層鉆孔8、第四順層鉆孔9、第五順層鉆孔10和第六順層鉆孔11內(nèi)均設(shè)有瓦斯抽采管，第一順層鉆孔6內(nèi)的瓦斯抽采管通過(guò)第三管道23連接有第一四通24，第三管道23上設(shè)有第五閥門(mén)25，第一四通24的第二接口通過(guò)第四管道26與注液氮機(jī)3的出液口連接，第四管道26上設(shè)有第六閥門(mén)27，第一四通24的第三接口連接有第五管道28，第五管道28上設(shè)有第七閥門(mén)29；第二順層鉆孔7的孔底設(shè)有第一溫度傳感器；

第三順層鉆孔8內(nèi)的瓦斯抽采管通過(guò)第六管道30連接有第二四通31，第六管道30上設(shè)有第八閥門(mén)32，第二四通31的第二接口連接有第七管道33，第七管道33上設(shè)有第九閥門(mén)34，第二四通31的第三接口通過(guò)第八管道35與第一四通24的第四接口連接；第四順層鉆孔9的孔底設(shè)有第二溫度傳感器；

第五順層鉆孔10內(nèi)的瓦斯抽采管通過(guò)第九管道36連接有第三四通37，第九管道36上設(shè)有第十閥門(mén)38，第三四通37的第二接口連接有第十管道39，第十管道39上設(shè)有第十一閥門(mén)40，第三四通37的第三接口通過(guò)第十一管道41與第二四通31的第四接口連接，第三四通37的第四接口連接有第十二管道42，第十二管道42上設(shè)有第十二閥門(mén)43；第六順層鉆孔11的孔底設(shè)有第三溫度傳感器；

溫度顯示器4通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)分別與第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器連接。

如圖2所示，標(biāo)號(hào)44為巷道，45為采空區(qū)，46為采煤工作面，47為順層鉆孔，箭頭所示方向?yàn)椴擅和七M(jìn)方向，本發(fā)明位于巷道內(nèi)，對(duì)區(qū)域性驗(yàn)證不達(dá)標(biāo)的煤層區(qū)域進(jìn)行快速消突；

二次利用順層鉆孔注液氮冷凍煤體快速消突裝置的使用方法，包括以下步驟：

（1）計(jì)算出將液氮注入第一順層鉆孔6、第三順層鉆孔8和第五順層鉆孔10內(nèi)所需的時(shí)間；注液氮機(jī)3的注液氮速率V，第四管道26的截面積S，鉆孔長(zhǎng)度為L(zhǎng)，鉆孔直徑為d，計(jì)算出每個(gè)順層鉆孔的所需要的時(shí)間：，第一順層鉆孔6、第三順層鉆孔8和第五順層鉆孔10的直徑d相同，長(zhǎng)度L不同，所以分別計(jì)算出各個(gè)順層鉆孔需要注液氮時(shí)間，然后取其中最小值為注液氮時(shí)間t，因?yàn)槊總€(gè)順層鉆孔所需要的注液氮時(shí)間不同，如果取最大值，就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)最長(zhǎng)的順層鉆孔注滿(mǎn)液氮時(shí)，最短的順層鉆孔早已注滿(mǎn)過(guò)量的液氮，過(guò)量的液氮可能會(huì)使管道崩裂，造成安全事故，所以取其中最小的時(shí)間作為注液氮時(shí)間t；

（2）關(guān)閉所有閥門(mén)后，打開(kāi)第一閥門(mén)18和第二閥門(mén)19，然后啟動(dòng)制液氮機(jī)1，用手觸摸出液接頭16，當(dāng)出液接頭16變涼時(shí)，依次打開(kāi)第三閥門(mén)20、第四閥門(mén)22、第六閥門(mén)27、第五閥門(mén)25、第八閥門(mén)32和第十閥門(mén)38，啟動(dòng)注液氮機(jī)3同時(shí)打開(kāi)溫度顯示器4，觀察溫度顯示器4上的示數(shù)；

（3）通過(guò)注液氮機(jī)3向第一順層鉆孔6、第三順層鉆孔8和第五順層鉆孔10注入液氮，注入時(shí)間為t后，關(guān)閉第六閥門(mén)27、第五閥門(mén)25、第八閥門(mén)32、第十閥門(mén)38和注液氮機(jī)3，然后再關(guān)閉第一閥門(mén)18、第二閥門(mén)19、第三閥門(mén)20、第四閥門(mén)22和制液氮機(jī)1；然后觀察溫度顯示器4上的示數(shù)，當(dāng)溫度顯示器4上顯示第二順層鉆孔7、第四順層鉆孔9和第六順層鉆孔11內(nèi)的溫度示數(shù)都降至0℃以下，卸下第一順層鉆孔6內(nèi)的瓦斯抽采管與第三管道23的連接、第三順層鉆孔8內(nèi)的瓦斯抽采管與第六管道30的連接以及第五順層鉆孔10內(nèi)的瓦斯抽采管與第九管道36的連接，接著將第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器取出；當(dāng)溫度顯示器4上顯示第二順層鉆孔7、第四順層鉆孔9和第六順層鉆孔11內(nèi)的溫度示數(shù)中有一個(gè)溫度位于0℃以上，待溫度顯示器4上的示數(shù)變化緩慢停止后，依次打開(kāi)第五閥門(mén)25、第七閥門(mén)29、第八閥門(mén)32、第九閥門(mén)34、第十閥門(mén)38和第十一閥門(mén)40，將順層鉆孔中的氣態(tài)的氮?dú)馊颗懦?，待氮?dú)馊颗懦龊?，再次關(guān)閉第五閥門(mén)25、第七閥門(mén)29、第八閥門(mén)32、第九閥門(mén)34、第十閥門(mén)38和第十一閥門(mén)40，然后重復(fù)步驟（1）-（3），直至溫度顯示器4上的示數(shù)為0℃以下為止。

本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。