1.一种液氮冻结式石门揭煤方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、朝煤层(1)方向进行岩巷掘进施工,当揭煤工作面(4)靠近安全岩柱(2)时,在揭煤工作面(4)施工若干冻结钻孔(9),冻结钻孔(9)依次穿过安全岩柱(2)和煤层(1),在冻结钻孔(9)内布置注水管(15),采用胶囊封孔器(14)封堵冻结钻孔(9);
b、通过注水管(15)对冻结钻孔(9)进行常规煤层低压注水作业,注水作业结束后,卸放冻结钻孔(9)中压力水,并取出胶囊封孔器(14);
c、在冻结钻孔(9)一侧施工测温孔(10),在测温孔(10)内布置含有温度传感器三(29)的测温管(31),然后对测温孔(10)进行水泥注浆封孔;
d、在岩巷(3)内布置液氮冻结系统,在各个冻结钻孔(9)内布置冻结管(8)和注浆钢管(20),冻结管(8)的一端作为冻结管进液口(19),冻结管(8)的另一端作为冻结管排气口(21),冻结管进液口(19)和冻结管排气口(21)分别伸出至冻结钻孔(9)外,在冻结管进液口(19)安装温度传感器一(27),在冻结管排气口(21)安装温度传感器二(28),最后对冻结钻孔(9)进行水泥注浆封孔;
e、通过注浆钢管(20)对冻结钻孔(9)进行常规水泥注浆作业,水泥凝固后与注浆钢管(20)相结合构成金属骨架,实现对煤体的加固;
f、将液氮通过冻结管进液口(19)注入冻结管(8)内,液氮在冻结管(8)内逐渐气化为氮气,液氮在气化过程中吸收煤层(1)的热量,对煤层(1)进行冻结固化,氮气再从冻结管排气口(21)排出,在向冻结管(8)注入液氮的过程中,利用冻结管进液口(19)处的温度传感器一(27)和冻结管排气口(21)处的温度传感器二(28)实时监测液氮注入温度和氮气排出温度,以此为依据对液氮注入量进行控制和调节;
g、在煤层(1)冻结固化过程中,利用测温孔(10)内的温度传感器三(29),将煤层(1)温度信号经温度传感线(30)传输到温度显示器(26)中,从而对冻结区域的煤层(1)温度进行实时监测,当各个测温孔(10)内的温度均处在-5℃以下时,可确定煤层(1)已充分冻结,随后使用常规石门揭煤方法揭穿石门。
2.根据权利要求1所述的一种液氮冻结式石门揭煤方法,其特征在于:步骤a中,所述冻结钻孔(9)在揭煤工作面(4)上呈矩形阵列排布,在揭煤工作面(4)上相邻两冻结钻孔(9)之间的间距为1m,各冻结钻孔(9)沿钻进方向逐渐向四周扩散。
3.根据权利要求1所述的一种液氮冻结式石门揭煤方法,其特征在于:步骤b中,注水压力小于0.5MPa,当注水时间超过30分钟或煤壁有水渗出时,停止注水作业。
4.根据权利要求1所述的一种液氮冻结式石门揭煤方法,其特征在于:步骤c中,测温孔(10)与冻结钻孔(9)相距0.5m。
5.根据权利要求1所述的一种液氮冻结式石门揭煤方法,其特征在于:步骤d中,所述冻结管(8)选用Φ30mm的U型无缝钢管,冻结管(8)靠近冻结管进液口(19)的一侧为冻结管注液分支(23),冻结管(8)靠近冻结管排气口(21)的另一侧为冻结管回气分支(24),并且在冻结管回气分支(24)上安装单向阀(25)。