基于水射流幾何結(jié)構(gòu)特性分析的煤層水力割縫技術(shù).pdf

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1、2013年第38卷第4期能源技術(shù)與管理V01.38No.4EnergyTechnologyandManagement29doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2013.04.011基于水射流幾何結(jié)構(gòu)特性分析的煤層水力割縫技術(shù)王法凱,齊寶勇,張士偉(貴州肥礦能源有限公司,貴州畢節(jié)5521O0)[摘要]在實(shí)施平橋豐河煤礦I1602回采工作面鉆割一體化技術(shù)過程中,根據(jù)16號煤層揭露產(chǎn)狀,并基于水射流幾何結(jié)構(gòu)特性分析,摸索出適合平橋豐河煤礦復(fù)雜瓦斯賦存條件的鉆割一體化技術(shù),顯著提高了瓦斯抽采效率,大大縮短了瓦斯抽采達(dá)標(biāo)所需的時間,有效治理了回采工作面瓦斯,保證

2、了平橋豐河煤礦采掘安全、高效生產(chǎn),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。[關(guān)鍵詞]煤與瓦斯突出;水射流;結(jié)構(gòu)分析;鉆割一體化;水力割縫技術(shù)[中圖分類號]TD713+.3[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B[文章編號]1672_9943(2013)040293采用厚度1.69m。頂板為粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖,直0引言接底板為根土巖,間接底板為粉砂巖或細(xì)砂巖?;赝咚篂?zāi)害是礦井最嚴(yán)重的災(zāi)害之一,是制約采區(qū)域揭露大斷層5條,落差近3m。礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。平橋豐河煤礦位于織根據(jù)貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘察研究院提交納煤田西南部,靠近織金縣城,經(jīng)鑒定為煤與瓦斯的《貴州省織金縣平橋豐河煤礦地質(zhì)勘查報告》,突出礦井,煤層揭露資

3、料顯示該井田斷層發(fā)育、構(gòu)該區(qū)可采煤層中甲烷含量平均值為14.43m3/t,16造復(fù)雜、煤層透氣性低、瓦斯含量高、瓦斯壓力大號煤層瓦斯含量最高為16.84m3/t。根據(jù)《貴州省等特點(diǎn)造成瓦斯治理難度大??椊鹂h平橋豐河煤礦M16號煤層煤與瓦斯突出為有效提高平橋豐河煤礦煤層透氣性系數(shù)、危險鑒定》,16號煤層為煤與瓦斯突出煤層。提高瓦斯抽采率,為平橋豐河煤礦瓦斯發(fā)電項(xiàng)目2水射流鉆割一體化技術(shù)提供充足的氣源保障,文章設(shè)計試驗(yàn)了11602回采工作面鉆割一體化技術(shù)。2.1基本原理高壓水射流鉆割一體化技術(shù)分為鉆、割兩個11602回采工作面概況部分,鉆即正常鉆進(jìn);割是利用高壓水發(fā)生設(shè)備產(chǎn)平

4、橋豐河煤礦礦區(qū)內(nèi)包括褶曲和斷層。其中,生高壓水,通過噴嘴將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨染奂钠綐蛳蛐笨傮w為北寬南窄之短軸向斜,自織金縣水射流動能,可利用這種射流對煤體進(jìn)行切割、破幅三塊田至綺陌公社幅山腳延出區(qū)外,軸向NE~碎,鉆、割過程均遵循質(zhì)量守恒定律、能量守恒定SW,走向長約5.1km。地層傾角3~-45。,兩翼靠近律。邊界斷層附近地層傾角較大,中部地層產(chǎn)狀平緩,2.2水射流幾何結(jié)構(gòu)特性大多在15。以內(nèi)。斷層包括AF5正斷層,其走向建立水射流的力學(xué)幾何模型如圖1所示。SW~NE,走向長度約5000m,傾向sE,傾角60?!?0。,切割地層P2m、,地層斷距大于100m,為煤礦北西

5、邊界斷層。GF6逆斷層走向SSW~NNE,傾向SE,長約2500m,傾角70。一80。,切割地層P2m、,地層斷距250~300m。F1逆斷層,走向近EW向,傾向s,傾角65。左右,標(biāo)二燧石灰?guī)r被錯開,長度約400m,斷距小于20m,及F2正斷層,F(xiàn)3斷層,F(xiàn)2—1(1)正斷層等。1.噴嘴;2.等速核;3.混合區(qū);4.邊界層;O般點(diǎn)11602回采工作面布置在l6號煤層,16號煤圖1射流的水動力學(xué)結(jié)構(gòu)層全層厚0~2.52m,一般2.00m,單一煤層,平均水射流流場內(nèi)部存在其速度與出口速度相同30王法凱,等基于水射流幾何結(jié)構(gòu)特性分析的煤層水力割縫技術(shù)2013年8月Feb.。2

6、013的區(qū)域,稱為射流核心區(qū)。射流與周圍靜止流體之式中,為D處的射流長度。間存在切向間斷面,該斷面處有強(qiáng)烈摻混的旋渦2.3水力割縫技術(shù)微團(tuán),引起射流與周圍流體間的動量、熱量及質(zhì)量鉆孔與切割設(shè)備為一系統(tǒng),其組成包括:水交換。由于粘性作用,原來靜止的流體會被射流卷箱、高壓水泵、高壓軟管、鉆機(jī)、密封鉆桿、高壓旋吸到射流中,這種現(xiàn)象稱為射流的卷吸作用。同一轉(zhuǎn)接頭、切割噴頭、壓力轉(zhuǎn)換總成、泄壓閥。截面上中心線處的流速最大,離中心線越遠(yuǎn)處的高壓水射流鉆孔、割縫一體化作業(yè)與傳統(tǒng)瓦流速越小。隨著射流向下游流動,其中心線處的流斯鉆孔施工工藝區(qū)別在于其施工分兩步組成。速逐步減小。隨著往下游遷

7、移,射流的寬度逐漸增第一步,鉆孔。鉆孔施工工作與傳統(tǒng)鉆孔無區(qū)大,這種現(xiàn)象稱為射流的擴(kuò)散現(xiàn)象。別,使用的設(shè)備也與傳統(tǒng)設(shè)備完全相同,在這期初始段:等速核(區(qū)域BCA)內(nèi)各點(diǎn)的速度大間,不涉及高壓水射流設(shè)備的使用和操作。當(dāng)鉆孔小、方向均相同,即等于噴嘴出口的速度,亦稱核達(dá)到設(shè)計的深度后,進(jìn)行第二步施工。心段。射流的內(nèi)邊界(等速核的邊界稱為內(nèi)邊界)第二步,一體化作業(yè)要求在退鉆過程中對已和外邊界之間的區(qū)域?yàn)榛旌蠈樱谄鋬?nèi)存在速度經(jīng)形成的瓦斯抽放孔進(jìn)行切割,以提高鉆孔瓦斯梯度,因而產(chǎn)生雷諾應(yīng)力。這段射流的壓力和速度釋放自由門,增加煤層裂隙

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