高壓水射流割縫技術(shù)在煤巷掘進(jìn)中的應(yīng)用

《高壓水射流割縫技術(shù)在煤巷掘進(jìn)中的應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、78能源技術(shù)與管理2011年第5期doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2011.05.026高壓水射流割縫技術(shù)在煤巷掘進(jìn)中的應(yīng)用趙志堅(jiān)（河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作454000）［摘要］系統(tǒng)的分析了高壓水射流割縫技術(shù)快速消突的原理，對(duì)割縫系統(tǒng)做了簡(jiǎn)單介紹，確定了有關(guān)技術(shù)參數(shù)，并通過晉家沖煤礦的試驗(yàn)效果分析，表明高壓水射流割縫技術(shù)是高突煤層中一項(xiàng)行之有效的防突措施，可以實(shí)現(xiàn)其快速掘進(jìn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。［關(guān)鍵詞］高壓水射流割縫；煤與瓦斯突出；快速掘進(jìn)+［中圖分類號(hào)］TD713

2、.3［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B［文章編號(hào)］1672-9943(2011)05-0078-030引言晉家沖煤礦位于貴州省水城縣木果鄉(xiāng)紅星村境內(nèi)，井田位于神仙坡向斜西翼，立新-井田北部，地層傾角20°～35°，一般29°。礦區(qū)屬高原中山地貌，地質(zhì)條件復(fù)雜，雖然其開采深度為150~200m，但由于瓦斯賦存條件較好，瓦斯不容易放圖1高壓水射流割縫示意圖散，瓦斯含量很大，瓦斯壓力較高，并且其煤體強(qiáng)體積應(yīng)力，達(dá)到層內(nèi)的自我解放。由于煤層在地應(yīng)度較低，該礦屬于高突礦井。11112機(jī)巷自2008力作用下具有塑性變形、位移流動(dòng)的特征和性

3、能，年5月份開始掘進(jìn)至2009年5月共12個(gè)月掘進(jìn)經(jīng)過一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)割縫空間的體積明顯減小，365m，月平均掘進(jìn)30.5m，特別是進(jìn)入2009年以甚至被周圍煤體所填充，由此可知割縫周圍煤體后，連續(xù)5個(gè)月平均進(jìn)尺只有20.3m。向割縫空間發(fā)生位移，煤體位移的作用由縫槽壁晉家沖煤礦在11112機(jī)巷掘進(jìn)中采用超前排緩慢地向周圍煤體傳播，應(yīng)力集中范圍也不斷的放鉆孔措施消除掘進(jìn)工作面煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，向深部轉(zhuǎn)移，擴(kuò)大了割縫的卸壓排放瓦斯范圍［1］。雖然取得了一定成效，但其措施施工時(shí)間與瓦斯割縫破壞了原來(lái)煤體的應(yīng)力狀態(tài)，

4、形成卸壓區(qū)，在排放時(shí)間較長(zhǎng)，有效掘進(jìn)時(shí)間短，導(dǎo)致掘進(jìn)速度緩煤層卸壓區(qū)域內(nèi)，原有裂隙的張開、擴(kuò)展以及新破慢和嚴(yán)重的集中生產(chǎn)現(xiàn)象，為安全生產(chǎn)埋下了重壞裂隙的形成，使其透氣性顯著提高，從而可以有大隱患。根據(jù)該礦特殊的地質(zhì)條件與技術(shù)現(xiàn)狀，提效地提高瓦斯排放效率。并且周圍煤體在高壓水出高壓水射流割縫技術(shù)，結(jié)合超前排放鉆孔促進(jìn)射流的切割、沖擊作用下，產(chǎn)生彈塑性破壞，煤層煤體瓦斯排放，快速消除掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性，內(nèi)的裂縫和裂隙的數(shù)量、長(zhǎng)度和張開度得到不同提高其掘進(jìn)速率。程度的增加，增大了煤層內(nèi)裂縫、裂隙和孔隙的連通面積，

5、改變了煤體的裂隙狀況，煤體滲透率大幅1高壓水射流割縫的防突機(jī)理度提高，為瓦斯解吸和流動(dòng)創(chuàng)造了良好的條件，大高壓水射流割縫技術(shù)是在掘進(jìn)工作面中先打大改善了煤層中的瓦斯流動(dòng)狀態(tài)，為瓦斯的排放鉆孔，然后在鉆孔內(nèi)利用高壓水射流對(duì)鉆孔兩側(cè)提供了有利條件。另外，由于煤體應(yīng)力降低，可使的煤體進(jìn)行切割。首先是高能量的高壓射流破碎煤體的彈性潛能得到釋放，煤體內(nèi)瓦斯的排放還煤體，形成直徑較小的槽孔；然后在煤體應(yīng)力、瓦會(huì)增大煤體的機(jī)械強(qiáng)度和煤體的穩(wěn)定性，使煤與斯壓力梯度和射流殘余能量反射的作用下破碎孔瓦斯突出阻力增大，可進(jìn)一步減弱

6、或消除突出危周圍的煤體，形成了近似橢圓形具有一定厚度的險(xiǎn)［2-3］。割縫空間，如圖1所示。通過以上分析可知，高壓水射流割縫措施可割縫期間形成的空間釋放煤層內(nèi)的部分有效以有效、快速地消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，提高煤巷2011年第5期趙志堅(jiān)高壓水射流割縫技術(shù)在煤巷掘進(jìn)中的應(yīng)用79掘進(jìn)速度。2高壓水射流割縫系統(tǒng)及相關(guān)參數(shù)確定高壓水射流切割系統(tǒng)分別由供水系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、回流裝置、高壓水傳遞系統(tǒng)、前端切割部件等5部分組成。供水系統(tǒng)包括水箱及其相關(guān)連接部件；動(dòng)力系統(tǒng)包括高壓水泵與礦用三相交變電動(dòng)機(jī)及相關(guān)連接部件；高壓水傳遞系

7、統(tǒng)包括高壓圖3鉆孔布置示意圖由于該地區(qū)的煤層賦存不穩(wěn)定，鉆孔過程經(jīng)軟管與高壓硬管及相關(guān)連接部件；前端切割部件常見矸，故對(duì)于鉆孔深度沒有明確的規(guī)定，采取見包括高壓直流接頭，高壓力矩接頭，高壓旋轉(zhuǎn)接矸就停的原則。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉆孔平均深度為25m左頭，高壓噴嘴及相關(guān)連接部件，該系統(tǒng)如圖2所右，對(duì)每個(gè)鉆孔預(yù)留5m的安全距離。示。3.3試驗(yàn)結(jié)果分析3.3.1機(jī)巷瓦斯排放分析在割縫過程中煤體發(fā)生強(qiáng)烈的變形、呈現(xiàn)顯著的卸壓作用、瓦斯涌出量大幅度提高。在割縫措施結(jié)束后2h測(cè)量掏槽迎頭處的瓦斯?jié)舛?，基本上降到了措施前的水平。圖4~

8、6為11112機(jī)巷掘進(jìn)迎頭其中3次割縫時(shí)的瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r。圖2高壓水射流割縫系統(tǒng)示意圖水泵的調(diào)節(jié)壓力范圍為0~50MPa，水流量為70L/min，回流裝置是為了防止系統(tǒng)壓力過高致使高壓軟管爆裂，在噴頭堵塞時(shí)的自動(dòng)卸壓裝置。關(guān)于切割噴頭的參數(shù)，根據(jù)于洪等的研究［4］，確定噴嘴直徑為2.8mm，噴嘴收縮角為7°，噴嘴的長(zhǎng)度圖42009-06-10日割縫時(shí)機(jī)巷瓦斯?jié)舛葹?4mm。割縫前所打的瓦斯排放鉆