淺論水力沖孔卸壓增透技術(shù)在煤礦瓦斯抽采中應(yīng)用

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1、淺論水力沖孔卸壓增透技術(shù)在煤礦瓦斯抽采中應(yīng)用摘要：本文主要闡述了高壓水射流沖孔技術(shù)的防突機(jī)理，研究了高壓水射流沖孔的工藝過程以及所需要的各項(xiàng)設(shè)備。關(guān)鍵詞：水力沖孔卸壓瓦斯目前，我國(guó)大多數(shù)具備保護(hù)層開采條件的突出礦井都設(shè)置了開采保護(hù)層，利用保護(hù)層開采的卸壓增透作用，使被保護(hù)層的透氣性增加成百上千倍。對(duì)于無保護(hù)層開采的突出危險(xiǎn)煤層，在掘進(jìn)巷道時(shí)，普遍采取從頂板巷向預(yù)抽煤層打穿層鉆孔的方式，釋放煤層中的瓦斯。但是，經(jīng)過幾年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，從頂板巷打巖石穿層孔消突的效果不是十分理想。因此，如何提高底板巷穿層孔瓦斯抽放效果對(duì)于突出危險(xiǎn)煤層的瓦斯治理具有重要的意義。底板穿層高壓水射流沖孔是一種小型

2、的、可控的逐步釋放蘊(yùn)藏在煤體中潛在能量的技術(shù)，對(duì)消除煤與瓦斯突出起到有效的作用。一、底板穿層高壓水射流沖孔技術(shù)底板穿層高壓水射流沖孔技術(shù)是指利用高壓水射流在突出危險(xiǎn)煤層中沖出若干直徑較大的孔洞，沖孔過程中排出大量瓦斯和一定數(shù)量的煤，因此在煤體中形成一定的卸壓、排放瓦斯區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)可預(yù)防突出的發(fā)生。根據(jù)以往水力沖孔的實(shí)踐，即使噴出煤量很多的孔道，在采掘時(shí)一般都看不到空洞的存在，因?yàn)閲姵雒毫康目臻g因周圍煤體的擠動(dòng)而被充填。煤體運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是使原始煤體的密度減小，緊張狀態(tài)松弛，煤體承受的地應(yīng)力相對(duì)緩和。從瓦斯活動(dòng)來講,不但沖孔期間有大量的瓦斯噴出，而且由于煤體的擠動(dòng)，影響范圍逐漸擴(kuò)展

3、，孔隙率增加，透氣性增大，導(dǎo)致較遠(yuǎn)地方的瓦斯也源源不斷地涌向孔道。這樣可以大大提高瓦斯抽放的效率，有效降低煤層的瓦斯含量。高壓水射流沖孔的作用主要體現(xiàn)在以下兩方面：(1)誘導(dǎo)煤與瓦斯突出在沖孔時(shí)，由于水射流的作用,造成煤體的破碎，導(dǎo)致煤體內(nèi)部原有應(yīng)力和瓦斯的穩(wěn)定狀態(tài)被破壞，從而激發(fā)其釋放，伴隨涌出大量瓦斯。(2)疏通孔道由于沖孔水的返回，混合煤粉增加了流變性，自孔道排出并保持孔道的暢通，這樣才能使噴孔持續(xù)不斷的發(fā)生，沖孔繼續(xù)向前進(jìn)展。以上兩個(gè)作用是相互聯(lián)系、相互依存的。沖孔后，高壓水射流的作用主要表現(xiàn)在濕潤(rùn)煤體，減少煤體脆性，增加其可塑性，進(jìn)一步降低煤體內(nèi)部的應(yīng)力集中，增加防止煤和

4、瓦斯突出的能力。因此，在水力沖孔時(shí)，應(yīng)力變化和瓦斯活動(dòng)比較劇烈，能量釋放較大，影響范圍較廣。而開采保護(hù)層是從突出危險(xiǎn)煤層的外部卸除壓力，消除應(yīng)力緊張狀態(tài)，使煤體膨脹變形，瓦斯解析，透氣性增加，最終改變煤層的突出性質(zhì)。二、試驗(yàn)設(shè)備(1)乳化液泵及乳化液箱采用BRW200/31.5型乳化液泵，其額定流量為200L/min,額定壓力為31.5MPa,與其相連的是FRX1000型輔助乳化液箱，其公稱壓力為31.5MPa,液箱容量為1000L,外形尺寸2450mmX1050mmX1400mm,質(zhì)量700kgo(2)鉆機(jī)和髙壓膠管使用SGZ-A(原ZL-300HA)型煤礦坑道鉆機(jī)和ZL-120

5、0煤礦用坑道鉆機(jī)。與乳化液泵相連的連接管采用內(nèi)徑32mm、耐壓32MPa的鋼絲纏繞膠管，將膠管的另一頭與63.5mm鉆桿尾端連接，連接處采用快速接頭和U型卡加固。(3)雙功能高壓水表為監(jiān)測(cè)水壓和流量在水力沖孔期間的變化，在距掘進(jìn)工作面5m處安裝了SGS型雙功能高壓水表。其主要性能指標(biāo)：最小流量0.Im3/h,分界流量0.25m3/h,常用流量2.5m3/h,過載流量5.0m3/h,壓力表量程為0?25MPa,在其旁邊連接型號(hào)為QJ16的球形截止閥。(4)低濃度沼氣傳感器和TWY在回風(fēng)巷中安裝由煤炭科學(xué)研究總院重慶分院生產(chǎn)的智能低濃度沼氣傳感器作為探頭T1,用來監(jiān)控瓦斯?jié)舛鹊淖兓?。?/p>

6、力沖孔期間每個(gè)鉆場(chǎng)的瓦斯?jié)舛榷加擅禾靠茖W(xué)研究總院重慶分院生產(chǎn)的TWY突出危險(xiǎn)預(yù)報(bào)儀來考察。(5)水力沖孔噴嘴噴嘴是射流裝置的關(guān)鍵部件之一，其作用是將流體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，利用從噴嘴射出的具有很高能量密度的射流來進(jìn)行切割和破碎。研究噴嘴結(jié)構(gòu)與射流性能的關(guān)系是非常重要的。按照射流用途的不同，噴嘴結(jié)構(gòu)形式也不一樣。水力沖孔用的典型噴嘴有錐形和平面形噴嘴。隨著噴嘴直徑加大，射流的密集部分長(zhǎng)度和切割能力明顯增加。但在乳化液泵站流量一定的情況下，噴嘴出口速度將減小。試驗(yàn)表明，在已知乳化液泵站的壓力P與流量q條件下，最大噴嘴直徑可用下式確定式中：d為噴嘴出口截面直徑，mm；q為射流體積流量，L

7、/min；u為噴嘴流量系數(shù)；P為射流壓力，MPa。三、水力沖孔布置本次試驗(yàn)記錄了3號(hào)鉆場(chǎng)，設(shè)計(jì)沖孔的數(shù)量是14個(gè)，每個(gè)孔的偏角、仰角和孔的具體布置位置依據(jù)打鉆一判別煤層位置->沖擊鉆孔一返水變清一用鉆孔透視儀觀測(cè)孔洞形狀的順序進(jìn)行試驗(yàn)研究。沖孔前要求按照預(yù)定孔徑和角度施工鉆孔，詳細(xì)記錄排渣情況，并判定煤層準(zhǔn)確位置，再用鉆孔透視儀確認(rèn)鉆孔內(nèi)煤段位置。沖孔前，要求安裝防噴裝置,將噴嘴送到煤層預(yù)定位置，設(shè)定泵壓在22MPa,打開泵進(jìn)行水力沖孔，然后從外向里逐漸沖孔，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)