本發(fā)明涉及煤炭開(kāi)采，尤其涉及一種利用磨料射流割縫與親水性軟化劑聯(lián)合提高煤炭塊煤率的方法。

背景技術(shù)：

1、采煤機(jī)通過(guò)滾筒上的截齒高速旋轉(zhuǎn)切割煤體，截齒與煤層的瞬間接觸會(huì)產(chǎn)生劇烈的沖擊力。這種沖擊力容易導(dǎo)致煤體內(nèi)部的應(yīng)力集中，引發(fā)裂紋擴(kuò)展和破碎，使原本完整的煤塊被粉碎成小顆粒。在滾筒連續(xù)切割的過(guò)程中，已破碎的煤塊可能被截齒多次撞擊或碾壓，進(jìn)一步加劇塊煤的粉碎。脆性高的煤（如無(wú)煙煤）在受沖擊時(shí)更易破碎，在機(jī)械沖擊或應(yīng)力釋放時(shí)，煤體容易發(fā)生脆性斷裂，而非塑性變形，導(dǎo)致塊煤崩解成碎塊。由于煤層硬度大，導(dǎo)致節(jié)理裂隙不發(fā)育，煤層截割性差，截齒異常磨損，而且采煤機(jī)截割過(guò)程中粉煤多，塊煤率一般低于25%。因此提高采煤效率，改善塊煤率，是煤礦安全高效生產(chǎn)和綠色低碳開(kāi)發(fā)的重大需求。

2、煤層爆破技術(shù)雖然在特定條件下被用于松動(dòng)或破碎煤層，但其固有的缺點(diǎn)使其并不適合作為提高塊煤率的主要手段。爆破產(chǎn)生的沖擊波能量巨大，會(huì)沿煤層內(nèi)部原生裂隙快速擴(kuò)展，導(dǎo)致煤體碎裂成細(xì)小顆粒，塊煤率顯著下降。研究表明，爆破后的煤體平均粒徑通常小于機(jī)械截割的煤體。炮孔附近的煤體（即“過(guò)粉碎區(qū)”）因承受最大沖擊力，往往被粉碎成粉末狀，而遠(yuǎn)離炮孔的煤體雖可能保留較大塊度，但整體塊煤分布極不均勻。爆破產(chǎn)生的火花和高溫可能引燃煤層中的瓦斯或懸浮煤塵，尤其在瓦斯含量高的礦井中，這一風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。深部高應(yīng)力煤層中，爆破可能打破原有應(yīng)力平衡，誘發(fā)沖擊地壓或煤與瓦斯突出，導(dǎo)致煤體瞬間粉碎。煤層爆破技術(shù)因能量不可控、安全性差、成本高等缺點(diǎn)，本質(zhì)上與提高塊煤率的目標(biāo)相沖突，其強(qiáng)擾動(dòng)特性導(dǎo)致煤體過(guò)度破碎。

3、現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)了采用煤層注水軟化的方式來(lái)提高塊煤率，但一般煤層注水軟化效果不顯著，主要原因在于煤呈現(xiàn)出疏水性的特性，煤體與水接觸，水分子難以滲透細(xì)微裂隙，液體壓力只能到達(dá)煤體表面，難以傳遞至煤體內(nèi)部裂隙并誘發(fā)裂縫擴(kuò)展。因此，常規(guī)煤層注水軟化難以提高煤層滲透性，未能顯著增加煤炭塊煤率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種利用磨料射流割縫與親水性軟化劑聯(lián)合提高煤炭塊煤率的方法，可有效提高塊煤率，安全高效，綠色環(huán)保。

2、本發(fā)明實(shí)施例提出一種利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，包括如下步驟：在巷道煤幫上鉆進(jìn)若干組定向鉆孔。將側(cè)噴式射流噴槍連接壓力泵和混砂撬，將側(cè)噴式射流噴槍插入定向鉆孔中，采用分段后退式射流割縫作業(yè)的方式，在定向鉆孔的內(nèi)壁噴射磨料，開(kāi)出若干個(gè)割縫，形成裂隙網(wǎng)絡(luò)。將側(cè)噴式射流噴槍退出定向鉆孔，將跨式封隔器插入定向鉆孔中，將跨式封隔器的注液段放置在割縫段，采用分段后退式加壓注液的方式，向每個(gè)割縫內(nèi)分別注入親水性軟化劑，在原有的割縫的基礎(chǔ)上形成新的裂隙，注入完畢后，將跨式封隔器退出定向鉆孔。

3、在一些實(shí)施例中，在巷道煤幫上鉆進(jìn)若干個(gè)定向鉆孔之前，對(duì)需要處理的煤層進(jìn)行鉆孔取芯，并加工成標(biāo)準(zhǔn)煤樣，在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展煤體物理力學(xué)參數(shù)綜合測(cè)試；

4、然后開(kāi)展煤體的射流割縫實(shí)驗(yàn)，分析不同壓力、磨料粒徑、割縫時(shí)長(zhǎng)對(duì)割縫深度的影響，得到最優(yōu)參數(shù)，以使割縫的深度最大；開(kāi)展煤體軟化實(shí)驗(yàn)，確定注液量、注液時(shí)長(zhǎng)、軟化時(shí)間、親水性軟化劑類型和配比、注液擴(kuò)散半徑，將軟化后的煤體再次進(jìn)行煤體物理力學(xué)參數(shù)綜合測(cè)試，與標(biāo)準(zhǔn)煤樣的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估出注入親水性軟化劑后煤體的軟化程度，進(jìn)而得到最優(yōu)的注液量、軟化時(shí)間和軟化劑類型。

5、在一些實(shí)施例中，煤體物理力學(xué)參數(shù)綜合測(cè)試中的物理力學(xué)參數(shù)包括單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、硬度與滲透率。

6、在一些實(shí)施例中，當(dāng)側(cè)噴式射流噴槍的長(zhǎng)度小于定向鉆孔的長(zhǎng)度時(shí)，側(cè)噴式射流噴槍先插入至定向鉆孔的最里端，側(cè)噴式射流噴槍進(jìn)行射流割縫作業(yè)，當(dāng)完成本次作業(yè)后，將側(cè)噴式射流噴槍向定向鉆孔的外部退出大于等于側(cè)噴式射流噴槍的長(zhǎng)度的距離，再次進(jìn)行射流割縫作業(yè)，如此反復(fù)，直至完成整個(gè)定向鉆孔的射流割縫作業(yè)。

7、在一些實(shí)施例中，所述定向鉆孔的鉆進(jìn)方向?yàn)樗椒较蚯遗c工作面煤壁平行。

8、在一些實(shí)施例中，在同一定向鉆孔內(nèi)，相鄰兩個(gè)割縫內(nèi)的親水性軟化劑的擴(kuò)散范圍相接或部分重合。

9、在一些實(shí)施例中，待采煤機(jī)回采后，分別對(duì)有無(wú)改善措施的煤層區(qū)域進(jìn)行塊煤率檢測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比判定塊煤率提升效果，若塊煤率無(wú)明顯提高，則對(duì)定向鉆孔的間距和排距、割縫分段距離、注液量、親水性軟化劑的種類和配比進(jìn)行優(yōu)化。

10、在一些實(shí)施例中，相鄰兩個(gè)定向鉆孔的間距小于等于注液擴(kuò)散半徑的2倍。

11、在一些實(shí)施例中，同一組的定向鉆孔在豎直方向呈線性排布。

12、在一些實(shí)施例中，磨料包括砂、水與高粘度的壓裂液。

技術(shù)特征：

1.一種利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，其特征在于，在所述巷道煤幫上鉆進(jìn)若干個(gè)所述定向鉆孔之前，對(duì)需要處理的煤層進(jìn)行鉆孔取芯，并加工成標(biāo)準(zhǔn)煤樣，在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展煤體物理力學(xué)參數(shù)綜合測(cè)試；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，其特征在于，所述煤體物理力學(xué)參數(shù)綜合測(cè)試中的物理力學(xué)參數(shù)包括單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、硬度與滲透率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，其特征在于，當(dāng)所述側(cè)噴式射流噴槍的長(zhǎng)度小于所述定向鉆孔的長(zhǎng)度時(shí)，所述側(cè)噴式射流噴槍先插入至所述定向鉆孔的最里端，所述側(cè)噴式射流噴槍進(jìn)行射流割縫作業(yè)，當(dāng)完成本次作業(yè)后，將所述側(cè)噴式射流噴槍向所述定向鉆孔的外部退出大于等于所述側(cè)噴式射流噴槍的長(zhǎng)度的距離，再次進(jìn)行射流割縫作業(yè)，如此反復(fù)，直至完成整個(gè)所述定向鉆孔的射流割縫作業(yè)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，其特征在于，所述定向鉆孔的鉆進(jìn)方向?yàn)樗椒较蚯遗c工作面煤壁平行。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，其特征在于，在同一所述定向鉆孔內(nèi)，相鄰兩個(gè)所述割縫內(nèi)的親水性軟化劑的擴(kuò)散范圍相接或部分重合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，其特征在于，待采煤機(jī)回采后，分別對(duì)有無(wú)改善措施的煤層區(qū)域進(jìn)行塊煤率檢測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比判定塊煤率提升效果，若塊煤率無(wú)明顯提高，則對(duì)所述定向鉆孔的間距和排距、割縫分段距離、注液量、親水性軟化劑的種類和配比進(jìn)行優(yōu)化。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，其特征在于，相鄰兩個(gè)所述定向鉆孔的間距小于等于注液擴(kuò)散半徑的2倍。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，其特征在于，同一組的所述定向鉆孔在豎直方向呈線性排布。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，其特征在于，所述磨料包括砂、水與具有粘度的壓裂液。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種利用磨料射流割縫與親水性軟化劑提高煤炭塊煤率的方法，包括如下步驟：在巷道煤幫上鉆進(jìn)定向鉆孔，將射流噴槍插入定向鉆孔中，采用分段后退式射流割縫作業(yè)的方式，在定向鉆孔的內(nèi)壁噴射磨料，開(kāi)出若干個(gè)割縫，形成裂隙網(wǎng)絡(luò)。將射流噴槍退出定向鉆孔，將跨式封隔器插入定向鉆孔中，采用分段后退式加壓注液的方式，向每個(gè)割縫內(nèi)分別注入親水性軟化劑。本發(fā)明利用高壓磨料射流預(yù)切割煤層，弱化煤體強(qiáng)度，降低機(jī)械截割阻力。通過(guò)在煤層注入親水性軟化劑，調(diào)控煤體的疏水性，提高煤體滲透性，可降低堅(jiān)硬煤體的硬度，提高煤體的韌性。將磨料高壓射流割縫與親水性軟化劑弱化煤體相結(jié)合，安全高效，綠色環(huán)保，可有效提升煤炭塊煤率。

技術(shù)研發(fā)人員：趙凱凱,馮彥軍,孫曉冬,康紅普,吳擁政,徐志遠(yuǎn),王鵬,林朋皓,尚曉光,程世忠,王宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中煤科工開(kāi)采研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15