CN113756710A - 矸石山自燃钻探灭一体化装置 - Google Patents
矸石山自燃钻探灭一体化装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113756710A CN113756710A CN202111059716.5A CN202111059716A CN113756710A CN 113756710 A CN113756710 A CN 113756710A CN 202111059716 A CN202111059716 A CN 202111059716A CN 113756710 A CN113756710 A CN 113756710A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid
- storage tank
- pressure
- drill bit
- liquid nitrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 239000010878 waste rock Substances 0.000 title description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 113
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 102
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 70
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 10
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 7
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000003245 coal Substances 0.000 abstract description 33
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 abstract description 4
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000037452 priming Effects 0.000 description 2
- 206010003497 Asphyxia Diseases 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003009 desulfurizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011028 pyrite Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/261—Separate steps of (1) cementing, plugging or consolidating and (2) fracturing or attacking the formation
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/04—Measuring depth or liquid level
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/001—Improving soil or rock, e.g. by freezing; Injections
- E21D9/002—Injection methods characterised by the chemical composition used
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F5/00—Means or methods for preventing, binding, depositing, or removing dust; Preventing explosions or fires
- E21F5/02—Means or methods for preventing, binding, depositing, or removing dust; Preventing explosions or fires by wetting or spraying
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
本发明公开了一种矸石山自燃钻探灭一体化装置，包括Ca(OH)2溶液供给组件、液态C02泵送组件、预裂装置和钻头，预裂装置包括外壁带有泄压孔、螺旋排渣槽的圆筒形钻杆，圆筒形钻杆内设有液氮储存罐、加热密封推板、液态C02下储存罐、一号单向阀和液态C02上储存罐，液态C02下储存罐、液态C02上储存罐的侧壁上分别缠绕设置有高热电阻丝，在圆筒形钻杆的顶部装有带压力阀的孔口封堵装置，在钻头上设置有热源感应器，钻头内由下到上设有液氮储存室和二号单向阀，在钻头的侧壁上开设有呈圆周均布的喷射孔。注入液氮对煤矸石体进行极速冷却，能实现分段延时预裂增透，高压Ca(OH)2水溶液触及位置加深，能够彻底解决复燃隐患，可有效降低了煤矸石山内硫化物的含量。
Description
技术领域
本发明涉及煤矸石自燃火灾防治技术领域，具体涉及一种煤矸石山高温热源探测和治理一体化装置。
背景技术
煤炭作为我国的主要能源，年消耗量在40亿吨以上，并呈逐年上升的趋势。煤矸石作为副产物，年产量占煤炭产量的10％～20％，其主要处理方式为露天堆积。其内部多含有硫化物，产生物理化学反应，浪费资源，污染生态环境。硫铁矿极易在较低的温度发生缓慢的氧化反应，又因为矸石山内部存在裂隙与外界环境联通，同时具有良好的蓄热条件，因此煤矸石山内部极易发生自燃现象，如再混入瓦斯等危险气体，就具有***危险。煤矸石山高温热源的温度过高，如果直接用水灭火极有可能造成大规模***。传统煤矸山自燃治理方式为：开挖表层土覆盖并夯实黄土从而憋灭热源或者直接打孔注浆。但两种方法存在一定局限性，前者仅针对浅部高温热源有一定治理效果，但工程量大，工作环境差，危险性高。后者因为越靠近自燃点中心温度越高，钻孔多只能停留在热源的表面，注入的浆液因矸石山内部结构所致浆液流动性和保水性差，不能准确到达自燃点；煤矸石山体积巨大，其高温热源具有分散度高，范围大，隐蔽性强等特点，因而钻孔工程量大，操作工艺复杂，经济成本高且安全性不高，所以注浆灭火效果有一定的局限性。
发明内容
本发明旨在提供一种矸石山自燃钻探灭一体化装置，能有效地探测并消除煤矸石山内高温热源，提高煤矸石山的安全性。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种矸石山自燃钻探灭一体化装置，包括Ca(OH)2溶液供给组件、液态C02泵送组件、预裂装置和钻头，所述Ca(OH)2溶液供给组件包括Ca(OH)2溶液箱、高压泵和输送软管，所述液态C02泵送组件包括液态C02罐、电泵和输送软管；所述预裂装置包括外壁带有泄压孔、螺旋排渣槽的圆筒形钻杆，每个泄压孔内装有耐压片，所述圆筒形钻杆内由下到上依次设有液氮储存罐、加热密封推板、液态C02下储存罐、一号单向阀和液态C02上储存罐，所述液态C02下储存罐、液态C02上储存罐的侧壁上分别缠绕设置有高热电阻丝，在圆筒形钻杆的底部开有锥形内螺纹孔用于与钻头的顶部锥形头相连，在圆筒形钻杆的侧壁上正对液氮储存罐开孔并安装有液氮加注单向阀，在圆筒形钻杆的顶部装有带压力阀的孔口封堵装置，所述Ca(OH)2溶液供给组件、液态C02泵送组件通过三通管汇合后接入预裂装置顶部；所述钻头采用空心结构，在钻头上设置有热源感应器，钻头内由下到上设有液氮储存室和二号单向阀，在钻头的侧壁上开设有呈圆周均布的喷射孔与液氮储存室相连，所述Ca(OH)2溶液供给组件提供的灌注压力大于压力阀的开启压力，圆筒形钻杆的泄压孔的开启压力大于二号单向阀的开启压力。
作为上述方案的优选，所述加热密封推板的主体为滑动推板，滑动推板上设置有加热电阻，滑动推板能在液氮储存罐与液态C02下储存罐之间上下滑动，从而改变液氮储存罐、液态C02下储存罐的容积并实现密封、加热。
进一步优选为，所述液氮储存罐、液态C02下储存罐上分别设置有限位器，对加热密封推板的上下行程进行限位。
进一步优选为，所述泄压孔由上到下设置有多组，每组共三个并呈圆周均布，部分泄压孔水平向下倾斜呈45°，部分泄压孔水平向上倾斜呈45°，同一组泄压孔的倾斜方向一致。
进一步优选为，上述的矸石山自燃钻探灭一体化装置，还包括控制台,所述圆筒形钻杆上穿设有纵向延伸的主线路，钻头上的热源感应器线束在钻头连接处与主线路相连，高热电阻丝、加热密封推板均通过主线路与控制台相连。
进一步优选为，所述孔口封堵装置共两个且上下相邻设置，每个孔口封堵装置均带有压力阀。
进一步优选为，呈圆周均布的所述喷射孔共三个，三个喷射孔斜向布置呈三角锥型。
本发明的有益效果：本装置集矸石山自燃钻-探-灭功能于一体，可以有效地探测高温热源垂向的深度，注入液氮对煤矸石体进行极速冷却，同时喷射的液氮对钻头具有冷却作用，使得作业工期缩短，成本降低，装置安全等级升高，可靠性增强；能实现分段延时预裂增透，使两次***后煤矸石体裂隙增多，高压Ca(OH)2水溶液触及位置加深，能够彻底解决复燃隐患；同时高压Ca(OH)2水溶液在***后进行钻孔孔口封堵及进入裂缝，主裂隙进一步增加增大灭火的范围，提高了煤矸石山灭火的效率与安全性，Ca(OH)2可有效降低了煤矸石山内硫化物的含量，减少对环境的损害。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的D-D剖面图。
图3为钻头的结构示意图。
图4为本发明的使用状态图。
图5为煤矸石山热源温度分布图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1—图3所示，一种矸石山自燃钻探灭一体化装置，主要由Ca(OH)2溶液供给组件A、液态C02泵送组件B、预裂装置C和钻头1组成。
Ca(OH)2溶液供给组件A主要由Ca(OH)2溶液箱2、高压泵3和输送软管组成，主要为预裂装置C供给Ca(OH)2溶液。液态C02泵送组件B主要由液态C02罐4、电泵5和输送软管组成，主要为预裂装置C供给液态C02，液态C02灌装在液态C02罐4中。
预裂装置C的圆筒形钻杆6的外壁上开设有泄压孔6a、螺旋排渣槽6b。预裂装置C采用内空钻杆的结构形式，借用钻杆的螺旋排渣槽6b，在钻进过程中能自动排渣。泄压孔6a与圆筒形钻杆6的内腔相通，每个泄压孔6a内装有耐压片(图中未示出)，当圆筒形钻杆6的内腔压力超过耐压片的极限耐压值时，耐压片开启进行泄压。最好是，泄压孔6a由上到下设置有多组，每组共三个并呈圆周均布，部分泄压孔6a水平向下倾斜呈45°，部分泄压孔6a水平向上倾斜呈45°，同一组泄压孔6a的倾斜方向一致。
圆筒形钻杆6内由下到上依次设有液氮储存罐7、加热密封推板8、液态C02下储存罐9、一号单向阀10和液态C02上储存罐11。液态C02下储存罐9、液态C02上储存罐11的侧壁上分别缠绕设置有高热电阻丝15，用于对各自的储存罐加热，高热电阻丝最好设置在储存罐的内壁上。
在圆筒形钻杆6的底部开有锥形内螺纹孔用于与钻头1的顶部锥形头相连。在圆筒形钻杆6的侧壁上正对液氮储存罐7开孔并安装有液氮加注单向阀12，用于向液氮储存罐7内加入液氮。在圆筒形钻杆6的顶部装有带压力阀13的孔口封堵装置14，用于钻孔后进行孔口封堵。最好是，孔口封堵装置14共两个且上下相邻设置，每个孔口封堵装置14均带有压力阀13。Ca(OH)2溶液供给组件A、液态C02泵送组件B通过三通管19汇合后接入预裂装置C顶部。
钻头1采用空心结构，钻头1前端为四翼钻尖。在钻头1上设置有热源感应器16，钻头1内由下到上设有液氮储存室17和二号单向阀18，在钻头1的侧壁上开设有呈圆周均布的喷射孔1a与液氮储存室17相连。呈圆周均布的喷射孔1a最好为三个，且三个喷射孔1a斜向布置呈三角锥型。当钻头1与预裂装置C相连后，液氮储存罐7能通过二号单向阀18向液氮储存室17充氮，再通过喷射孔1a向外喷出。
加热密封推板8的主体为滑动推板，滑动推板上设置有加热电阻，滑动推板能在液氮储存罐7与液态C02下储存罐9之间上下滑动，从而改变液氮储存罐7、液态C02下储存罐9的容积并实现密封、加热。最好是，液氮储存罐7、液态C02下储存罐9上分别设置有限位器20，对加热密封推板8的上下行程进行限位。
矸石山自燃钻探灭一体化装置还包括控制台21。圆筒形钻杆6上穿设有纵向延伸的主线路22，钻头1上的热源感应器16线束在钻头连接处与主线路22相连，高热电阻丝15、加热密封推板8均通过主线路22与控制台21相连。
热源感应器16设置在钻头1中心，周围布置隔热材料，避免钻进过程中钻头热量对感应器干扰。
Ca(OH)2溶液供给组件A提供的灌注压力大于压力阀13的开启压力，以确保压力阀13打开，灌注孔口封堵装置14，用于钻孔的孔口封堵。优选为，一号单向阀10的开启压力为0.5MPa，当液态C02上储存罐11与液态C02下储存罐9的压力差大于0.5MPa时，液态C02上储存罐11内储液进入液态C02下储存罐9；液态C02下储存罐9内压力达到300MPa时，一号单向阀10被反向锁死。二号单向阀18的开启压力为2.5Mpa，当液氮储存罐7内压力达到2.5MPa时，液氮储存罐7内液氮进入钻头1。圆筒形钻杆6的泄压孔的开启压力大于二号单向阀18的开启压力。
一种煤矸石自燃火灾防治处理方法，包括以下步骤：
第一步，对煤矸石山进行现场勘察，确定煤矸石山的高温热源水平范围及热源温度分布图；如图5所示，根据煤矸石山热源温度对高温预警值t进行分级：一级为煤矸石山内部温度达到200～400℃时，矸石山自燃，并解析出有害气体，属于高温风险带；二级为煤矸石山内部温度在100～200℃，部分煤矸石有自燃风险，属于中高温风险带；三级为煤矸石山内部温度在60～100℃，相对安全，但也有可能发生危险，属于低高温风险带。
第二步，矸石山自燃钻探灭一体化装置准备就绪，并进行液氮、液态C02的灌装。
液氮灌注量可依据煤矸石灭火高温点的情况进行调整，上下限位器限制最大灌注量。
启动灌装泵，将液氮经由液氮加注单向阀12灌装至液氮储存罐7中，灌装开始前移动加热密封推板8至下部的限位器20位置，随着灌装进行加热密封推板8开始上移，直至液氮灌注量达到设定值或者加热密封推板8移动到上部的限位器20位置处停止灌装。
待液氮灌装完毕后灌装液态C02，待液态C02上储存罐11灌满后继续向罐内加压，通过一号单向阀10向液态C02下储存罐9中加入液态C02，直至灌满为止。
第三步，钻、探操作，圈定煤矸石山高温点垂向范围。
按照第一步中确定的一级为最高优先级，三级为最低优先级，按优先级的顺序竖直向下打钻孔来处理煤矸石自燃高温热源；每个钻孔均配备预裂装置C和钻头1，所有钻孔共用一套Ca(OH)2溶液供给组件A、液态C02泵送组件B，如图4所示。
在确定高温热源范围的上方，选取中心位置竖向向下钻孔。矸石山自燃钻探灭一体化装置在电机的作用下持续旋转竖直向下行进钻孔，碎石通过预裂装置C上的螺旋排渣槽6b向上排出，热源感应器16持续探测钻头1前端的矸石温度，操作人员通过控制台21持续监控热源感应器16反馈温度。当探测温度达到高温预警值t时，代表钻头1已经到达煤矸石山高温热源点的上边界，该上边界距地表距离为m，由控制台21控制钻头1停钻进，通过加热密封推板8向液态C02下储存罐9中的液态C02缓慢加热，从而使液态C02下储存罐9内气压升高推动加热密封推板8向前移动，以增加液氮储存罐7压力。当液氮储存罐7压力达到二号单向阀18的开启压力时，液氮经钻头1的喷射孔1a喷出冷却煤矸石。当热源感应器16反馈的钻头前方矸石温度降至高温预警值t下限以下时，再次启动钻头向下钻探，不断重复上述操作，直至继续向前钻进热源感应器16反馈温度持续低于高温预警值t，代表钻头1已经到达煤矸石山高温热源的下边界，该下边界距地表距离为n，从而圈定煤矸石山高温点垂向范围为n-m。
在第三步中，当钻头出现过热情况时，液氮经钻头1的喷射孔1a喷出能为钻头降温。
第四步，选定预裂点位置，进行分段延时预裂增透。
通过第三步圈定的煤矸石山高温点垂向深度范围选定预裂点位置，即预裂点位置H距煤矸石山表面为(m+n)/2。如经探测高温热源上边界距地表2.28米，下边界距地表3.44米，即m为2.28m，n为3.44m，则增透点深度H为2.86m。
通过电机反转使预裂装置中心位于预裂点位置，先向液态C02下储存罐9中的高热电阻丝15通电，液态C02瞬间吸热汽化极速膨胀，在膨胀过程中使一号单向阀10反向锁死。延时0.1～0.3s后向液态C02上储存罐11的高热电阻丝15通电，液态C02瞬间吸热汽化极速膨胀通过液态C02上储存罐11的泄压孔排出，两个液态C02储存罐中的液态C02吸热汽化产生的冲击波，先后冲破泄压孔6a的耐压片后，气态C02从泄压孔6a排出，对钻孔区段范围内矸石分段产生巨大的冲击作用，使矸石山内部沿着其天然裂缝剪切开来产生主裂隙，并降温产生窒息环境阻止高温热源继续氧化。
第五步，高压Ca(OH)2水溶液灌注降温除硫。
通过Ca(OH)2溶液供给组件A向液态C02上储存罐11中灌注Ca(OH)2水溶液，当Ca(OH)2水溶液经过预裂装置C顶部的孔口封堵装置14的压力阀13时，因水压大于压力阀13，Ca(OH)2水溶液灌注孔口封堵装置14，封堵装置膨胀，从而实现钻孔封闭。然后高压Ca(OH)2通过泄压孔6a泄出，注入到预裂产生的主裂隙中，进一步起到降低热源温度及灭火的作用，同时有效去除煤矸石山中的硫化气体。
本方法通过对煤矸石山热源温度进行平面分级划分，钻探操作圈定煤矸石山高温点垂向深度范围，进而选定预裂点位置进行分段延时预裂增透，高压Ca(OH)2水溶液灌注降温除硫等步骤，实现了煤矸石自燃火灾钻探灭一体化防治处理。该方法能有效地探测高温热源垂向深度，选取最佳位置设置预裂点，并在钻进过程中喷射液氮对煤矸石体进行极速冷却，改变煤矸石体的热力学性质，同时喷射的液氮对钻头具有冷却作用，使得作业工期缩短，成本降低，装置安全等级升高，可靠性增强；钻孔贯穿整个高温热源区，灭火不仅仅停留在热源表面，采用分段延时预裂增透以及改变泄压方向，进一步促使裂隙网络的产生和发展，增大预裂效果和范围，配合高压Ca(OH)2压注作用，提高灭火措施的针对性和有效性，Ca(OH)2水溶液在灭火同时可有效去除H2S、SO2等硫化气体，提高了煤矸石山灭火的效率与安全性。
Claims (7)
1.一种矸石山自燃钻探灭一体化装置，其特征在于：包括Ca(OH)2溶液供给组件(A)、液态C02泵送组件(B)、预裂装置(C)和钻头(1)，所述Ca(OH)2溶液供给组件(A)包括Ca(OH)2溶液箱(2)、高压泵(3)和输送软管，所述液态C02泵送组件(B)包括液态C02罐(4)、电泵(5)和输送软管；所述预裂装置(C)包括外壁带有泄压孔(6a)、螺旋排渣槽(6b)的圆筒形钻杆(6)，每个泄压孔(6a)内装有耐压片，所述圆筒形钻杆(6)内由下到上依次设有液氮储存罐(7)、加热密封推板(8)、液态C02下储存罐(9)、一号单向阀(10)和液态C02上储存罐(11)，所述液态C02下储存罐(9)、液态C02上储存罐(11)的侧壁上分别缠绕设置有高热电阻丝(15)，在圆筒形钻杆(6)的底部开有锥形内螺纹孔用于与钻头(1)的顶部锥形头相连，在圆筒形钻杆(6)的侧壁上正对液氮储存罐(7)开孔并安装有液氮加注单向阀(12)，在圆筒形钻杆(6)的顶部装有带压力阀(13)的孔口封堵装置(14)，所述Ca(OH)2溶液供给组件(A)、液态C02泵送组件(B)通过三通管(19)汇合后接入预裂装置(C)顶部；所述钻头(1)采用空心结构，在钻头(1)上设置有热源感应器(16)，钻头(1)内由下到上设有液氮储存室(17)和二号单向阀(18)，在钻头(1)的侧壁上开设有呈圆周均布的喷射孔(1a)与液氮储存室(17)相连，所述Ca(OH)2溶液供给组件(A)提供的灌注压力大于压力阀(13)的开启压力，圆筒形钻杆(6)的泄压孔的开启压力大于二号单向阀(18)的开启压力。
2.按照权利要求1所述的矸石山自燃钻探灭一体化装置，其特征在于：所述加热密封推板(8)的主体为滑动推板，滑动推板上设置有加热电阻，滑动推板能在液氮储存罐(7)与液态C02下储存罐(9)之间上下滑动，从而改变液氮储存罐(7)、液态C02下储存罐(9)的容积并实现密封、加热。
3.按照权利要求1所述的矸石山自燃钻探灭一体化装置，其特征在于：所述液氮储存罐(7)、液态C02下储存罐(9)上分别设置有限位器(20)，对加热密封推板(8)的上下行程进行限位。
4.按照权利要求1所述的矸石山自燃钻探灭一体化装置，其特征在于：所述泄压孔(6a)由上到下设置有多组，每组共三个并呈圆周均布，部分泄压孔(6a)水平向下倾斜呈45°，部分泄压孔(6a)水平向上倾斜呈45°，同一组泄压孔(6a)的倾斜方向一致。
5.按照权利要求1所述的矸石山自燃钻探灭一体化装置，其特征在于：还包括控制台(21),所述圆筒形钻杆(6)上穿设有纵向延伸的主线路(22)，钻头(1)上的热源感应器(16)线束在钻头连接处与主线路(22)相连，高热电阻丝(15)、加热密封推板(8)均通过主线路(22)与控制台(21)相连。
6.按照权利要求1所述的矸石山自燃钻探灭一体化装置，其特征在于：所述孔口封堵装置(14)共两个且上下相邻设置，每个孔口封堵装置(14)均带有压力阀(13)。
7.按照权利要求1所述的矸石山自燃钻探灭一体化装置，其特征在于：呈圆周均布的所述喷射孔(1a)共三个，三个喷射孔(1a)斜向布置呈三角锥型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111059716.5A CN113756710B (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 矸石山自燃钻探灭一体化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111059716.5A CN113756710B (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 矸石山自燃钻探灭一体化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113756710A true CN113756710A (zh) | 2021-12-07 |
| CN113756710B CN113756710B (zh) | 2023-04-25 |
Family
ID=78794549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111059716.5A Active CN113756710B (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 矸石山自燃钻探灭一体化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113756710B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102838974A (zh) * | 2012-08-03 | 2012-12-26 | 煤炭科学研究总院 | 一种用于矸石山的钻孔冲洗液 |
| WO2019200821A1 (zh) * | 2018-04-18 | 2019-10-24 | 中国矿业大学 | 一种用于煤炭自燃温度探测的随钻测温装置 |
-
2021
- 2021-09-10 CN CN202111059716.5A patent/CN113756710B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102838974A (zh) * | 2012-08-03 | 2012-12-26 | 煤炭科学研究总院 | 一种用于矸石山的钻孔冲洗液 |
| WO2019200821A1 (zh) * | 2018-04-18 | 2019-10-24 | 中国矿业大学 | 一种用于煤炭自燃温度探测的随钻测温装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王恩;: "煤矸石山深孔注浆灭火的研究" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113756710B (zh) | 2023-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109209472B (zh) | 一种冲孔、***、注水相互耦合的煤层卸压防突方法 | |
| US20240110465A1 (en) | Cracking permeability increasing method combining hydraulic fracturing and methane in-situ combustion explosion | |
| CN103924956B (zh) | 一种块煤开采用超前预裂方法 | |
| CN101644156B (zh) | 煤岩体水力***致裂弱化方法 | |
| CN105332684A (zh) | 一种高压水爆与co2压裂相结合的煤层气驱替抽采工艺 | |
| CN113738435B (zh) | 深部低渗透高瓦斯煤层区域强化增透抽采方法 | |
| CN104832149A (zh) | 一种电脉冲辅助水力压裂的非常规天然气储层增透方法 | |
| CN101440704B (zh) | 可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法及专用高能气体发生器 | |
| CN102094668B (zh) | 上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法 | |
| CN212320548U (zh) | 一种二氧化碳致裂管的释放管和二氧化碳致裂管 | |
| CN101813002A (zh) | 一种基于瓦斯抽采的煤层预裂方法 | |
| CN204782970U (zh) | 一种低透气性煤层水力割缝*** | |
| CN110145293B (zh) | 一种多联产无井式煤炭地下气化方法 | |
| CN105927268B (zh) | 一种诱导抽采后期钻孔孔内瓦斯燃爆煤层增透的抽采方法 | |
| CN110145294A (zh) | 一种煤田火区压煤地下原位气化方法 | |
| CN112727535A (zh) | 一种液态co2协同钻孔充水的煤体致裂增透方法 | |
| CN104612640A (zh) | 一种煤矿井下钻孔注热及封孔一体化方法 | |
| CN113730844B (zh) | 煤矸石自燃火灾防治处理方法 | |
| CN106121644B (zh) | 基于煤岩钻孔平面交联孔网结构的充水承压***卸压和支护补强方法 | |
| CN114352345A (zh) | 一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采***及方法 | |
| CN113756710A (zh) | 矸石山自燃钻探灭一体化装置 | |
| CN210217705U (zh) | 一种页岩压裂装置 | |
| CN105840165A (zh) | 一种高瓦斯煤层大采高工作面瓦斯治理方法 | |
| CN112922597A (zh) | 一种煤矿护壁式钻孔与相变致裂的装置及其工作方法 | |
| CN204988047U (zh) | 一种适用于富水软弱围岩的隧道***减震装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |