一种治理三软煤层的结构及治理方法与流程

本发明属于煤层治理技术，尤其涉及一种治理三软煤层的结构及治理方法。

背景技术：

在煤矿生产过程中，三软煤层开采一直是一个很困难的事情，尤其是在三软煤层工作面设计时采用什么样的开采技术是最困难的一件事情。因为所选的开采技术不仅要满足开采需要，而且也要符合国家相应的安全规程及相关行业标准；而后者的规程和标准是三软煤层工作面设计中首先考虑的环节，采用一种什么样的工艺技术，既能保证安全又不妨碍生产是本发明解决问题的思路核心。目前，国内外煤矿在三软煤层开采过程一般采用锚固支护技术、金属骨架支护技术等，这些支护技术大多是采用金属材料，其材料本身的自重很重会给采掘过程中工人带来很多麻烦，例如：钢骨架很笨重不方便工作面工人的施工，即影响施工周期又存在一些安全隐患。这些支护技术中使用的材料大多是一次性，大量使用也会增加煤矿企业的经济负担。

技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题：提供一种治理三软煤层的结构及治理方法，以解决现有技术的三软煤层开采过程采用锚固支护技术、金属骨架支护技术等，这些支护技术大多是采用金属材料，其材料本身的自重很重会给采掘过程中工人带来很多麻烦，钢骨架很笨重不方便工作面工人的施工，即影响施工周期又存在一些安全隐患。这些支护技术中使用的材料大多是一次性，大量使用也会增加煤矿企业的经济负担等技术问题。

本发明技术方案：

一种治理三软煤层的结构，它包括煤层底板，在煤层底板上铺设有米字型钢骨架，煤层底板上均匀设置有液氮加注钻孔。

所述米字型钢骨架为轻钢骨架。

米字型钢骨架上铺设有钢板。

液氮加注钻孔与液氮加注系统连接。

所述液氮加注系统包括储液罐，储液罐通过管路与液氮加注钻孔连接，在储液罐的管路（9）上依次设置有一级电磁阀、气液相分离机构、二级增压机构、二级电磁阀、密封装置和液氮加注头；密封装置套在液氮加注头上。

管路最里层为铝膜内层，铝膜内层外表面设置有钢丝层，钢丝层通过橡胶层包裹。

所述的一种治理三软煤层的结构的治理方法，首先使用钻机设备按设计要求钻设液氮加注钻孔，然后安放米字型钢骨架；米字型钢骨架安放在煤层底板上后，在米字型钢骨架上方铺设10毫米厚的钢板作为垫层；将注液氮的管路放入液氮加注钻孔内，封闭液氮加注钻孔后再向液氮加注钻孔内持续注入液化氮气，观察和测量煤层底板变化，直到煤层发生冻结后结束注入氮气。

本发明的有益效果：

本发明采用米字型轻钢骨架结构增强煤体受压面的强度，通过氮气注入钻孔，作为液化的氮气气化时吸收大量热，从而制冷，又因为氮气沸点很低，所以会使煤体周围温度降到很低，提高煤体承受上部载荷的能力；其特点具有施工简便、成本较少、效果好且承载面积范围大，承载载荷能力优良的新型治理三软煤层技术，其中矿用液氮管路采用新型钢网橡胶+铝膜复合而成，具有抗拉力、抗压、抗老化、防渗透、防水、阻燃、绝缘、耐酸碱、使用寿命长等特点。本发明一方面通过使用米字形轻钢骨架的外形增强煤体的承载力，有效地将上部荷载均匀的转递下去；另一方面液氮冻结技术改造三软煤体的抗压强度主要利用煤体与液氮之间温度差，将液氮充入钻孔中导致煤体迅速冻结，从而提高煤体的抗压强度。解决了现有治理三软煤层技术的落后和治理效果差，人力和物力投入较大、施工工期长的问题；另一方面也兼顾经济效益，缩短施工周期，减少钻孔数量、孔径和材料消耗，提高技术使用兼容性。

附图说明：

图1本发明结构示意图；

图2为本发明液氮加注系统结构示意图；

图3为本发明管路结构示意图。

具体实施方式：

一种治理三软煤层的结构，它包括煤层底板12，在煤层底板12上铺设有米字型钢骨架11，煤层底板12上均匀设置有液氮加注钻孔13。

所述米字型钢骨架11为轻钢骨架。米字型轻钢骨架为支撑上部载荷的结构。

米字型钢骨架11上铺设有钢板。其目的就是使上部支撑荷载均匀的向下传递。

液氮加注钻孔13与液氮加注系统连接。

将液氮加注系统的管路放入液氮加注钻孔13内，先封闭液氮加注钻孔13后再向钻孔内持续注入液化氮气，观察和测量煤层底板变化，直到煤层发生冻结后结束注入氮气。

所述液氮加注系统包括储液罐1，储液罐1通过管路9与液氮加注钻孔13连接，在储液罐1的管路9上依次设置有一级电磁阀2、气液相分离机构3、二级增压机构4、二级电磁阀5、密封装置7和液氮加注头6；密封装置7套在液氮加注头6上；密封装置7固定在液氮加注钻孔13上，将液氮加注钻孔13密封，以防止氮气泄漏。

气液相分离机构3的作用是将氮气中的液体及杂质和气体分开，避免氮气中的液体或杂质腐化管路内部或堵塞管路，提高管路的使用寿命。

二级增压机构4采用加压装置，目的是增加氮气的压力，以提高加注氮气的效率和提高煤层的冻结和抗压。在常压下注入氮气，氮气不能深入液氮加注钻孔内，且在钻孔内扩散浅，不利于煤体冻结和提高煤体的抗压强度。

密封装置7，为了防止向钻孔内注液氮时，氮气泄露给人体的身体造成伤害而进行的保护措施；密封装置7采用橡胶圈等材料制成。

管路9最里层为铝膜内层22，铝膜内层外表面设置有钢丝层23，钢丝层23通过橡胶层21包裹。

管路采用钢网橡胶+铝膜复合而成，铝膜材料厚度在1.2-1.5毫米。具有抗拉力、抗压、抗老化、防渗透、防水、阻燃、绝缘、耐酸碱、使用寿命长等特点。另外铝膜本身可塑性和韧性的特点，可以提高液氮加注管路使用效率。

一种治理三软煤层的结构的治理方法，首先使用钻机设备按设计要求钻设液氮加注钻孔，然后安放米字型钢骨架；米字型钢骨架安放在煤层底板上后，在米字型钢骨架上方铺设10毫米厚的钢板作为垫层；将注液氮的管路放入液氮加注钻孔内，封闭液氮加注钻孔后再向液氮加注钻孔内持续注入液化氮气，观察和测量煤层底板变化，直到煤层发生冻结后结束注入氮气。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种治理三软煤层的结构及治理方法，它包括煤层底板（12），在煤层底板（12）上铺设有米字型钢骨架（11），煤层底板（12）上均匀设置有液氮加注钻孔（13）；解决了解决了现有治理三软煤层技术的落后和治理效果差，人力和物力投入较大、施工工期长的问题；另一方面也兼顾经济效益，缩短施工周期，减少钻孔数量、孔径和材料消耗，提高技术使用兼容性。

技术研发人员：张春旺;李绍泉
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：2017.11.06
技术公布日：2018.01.19