高壓磨射流割縫防突技術(shù)探究

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1、高壓磨射流割縫防突技術(shù)探究　　摘要：本文結(jié)合高壓水動(dòng)力特性，將高壓磨射流割縫防突技術(shù)成功應(yīng)用于井下高突掘進(jìn)工作面，有效治理了突出煤層掘進(jìn)過(guò)程中煤與瓦斯突出問(wèn)題。關(guān)鍵詞：高壓磨射流割縫防突中圖分類號(hào)：X752文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A平煤股份十二礦為煤與瓦斯突出礦井，近年來(lái)隨著開(kāi)采深度的增加，煤層瓦斯含量越來(lái)越高，壓力越來(lái)越大，地質(zhì)條件也更加復(fù)雜，所以突出危險(xiǎn)性越來(lái)越大。為了有效治理突出煤層掘進(jìn)過(guò)程中煤與瓦斯突出問(wèn)題，加快掘進(jìn)速度，平煤股份十二礦與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行攻關(guān)，對(duì)高突煤層巷道掘進(jìn)過(guò)程中的瓦斯突出機(jī)理、煤巷瓦斯流動(dòng)規(guī)律和突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)進(jìn)行

2、了研究，并且提出了高壓磨射流割縫技術(shù)與鉆孔瓦斯排放相結(jié)合的綜合防突技術(shù)措施，創(chuàng)造性地提出從點(diǎn)到線、從線到面、從面構(gòu)成立體的卸壓理念，開(kāi)發(fā)出了與之相配套的高壓磨料射流割縫設(shè)備。1高壓磨射流割縫防突技術(shù)研究與應(yīng)用1.1高壓磨射流割縫防突技術(shù)原理7高壓磨射流割逢防突技術(shù)是以高壓水泵作動(dòng)力源，通過(guò)一定的技術(shù)手段，將具有一定粒度的磨料粒子加入到高壓水管路系統(tǒng)中，使磨料粒子與高壓水充分混合后，再經(jīng)噴嘴噴出，從而形成具有極高速度的磨射流。在鉆孔內(nèi)利用磨射流對(duì)鉆孔兩側(cè)的煤體進(jìn)行切割，使鉆孔的兩側(cè)形成具有一定深度的扁平槽，利用水流將切割下來(lái)的煤屑帶出孔

3、外。采取該措施后，由于增加了煤體的暴露面積，且扁平槽相當(dāng)于局部范圍內(nèi)開(kāi)采了一層極薄的保護(hù)層，因此使鉆孔附近的煤體得到了局部卸壓，改善了瓦斯流動(dòng)條件。1.2高壓磨射流割縫防突技術(shù)研究1.2.1割縫卸壓防突作用7采用高壓磨射流割縫措施后，首先增加了煤體暴露面積，且扁平縫槽相當(dāng)于局部范圍內(nèi)開(kāi)采了一層極薄的保護(hù)層，達(dá)到層內(nèi)自我解放，給煤層內(nèi)部卸壓、瓦斯釋放和流動(dòng)創(chuàng)造了良好的條件，其結(jié)果是造成了縫槽上下煤體的一定范圍的較充分卸壓，增大了煤層的透氣性能；其次，高壓磨射流割縫在煤體中形成的縫槽或空間在地壓的作用下，使縫槽周圍的煤體向縫槽空間移動(dòng)，因

4、而更擴(kuò)大了縫槽卸壓、排瓦斯范圍。由于高壓磨射流割縫的切割、沖擊作用，鉆孔周圍一部分煤體被高壓水擊落沖走，形成扁平縫槽空間，這一縫槽可以使周圍煤體發(fā)生位移和膨脹，增加了煤體中的裂隙，大大改善了煤層中的瓦斯流動(dòng)狀態(tài)，為瓦斯排放提供了有利條件，改變了煤體的原始應(yīng)力和裂隙狀況，煤體和圍巖中的應(yīng)力緊張狀態(tài)得到一定程度緩和，達(dá)到突出潛能的大量釋放，使煤巖變硬。這樣，既削弱或消除了突出的動(dòng)力，又大大改變了突出煤層的物理機(jī)械性能。因此高壓磨射流割縫技術(shù)既可以增大透氣性和提高煤層抽放瓦斯的能力，又可以起到防止突出的有效作用。1.2.2注水防突作用煤是一

5、種含有裂隙、孔隙的物質(zhì)，流體可以在其中流動(dòng)，但煤中有大小不同的各種孔隙。水在不同孔隙中的運(yùn)動(dòng)形式也不相同，滲透運(yùn)動(dòng)是在大的裂隙和孔隙中發(fā)生，毛細(xì)運(yùn)動(dòng)是在較小的孔隙中發(fā)生，而分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)則是在煤的超微結(jié)構(gòu)的孔隙中發(fā)生。其中每一種形式，在空間和時(shí)間上都不是共存的。其搬運(yùn)水分的速度也有很大的差別，當(dāng)向煤體注水時(shí)．水首先是在裂隙和大孔中運(yùn)動(dòng)，之后才在毛細(xì)力的作用下進(jìn)入較小的孔隙中，而在擴(kuò)散作用下，水才可能更深地進(jìn)入煤的微孔中。因此，煤層注水開(kāi)始主要是在大的裂隙和孔隙中滲透，而毛細(xì)運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)往往要在注水完畢后才繼續(xù)完成，并且是在滲透運(yùn)動(dòng)已經(jīng)

6、波及的容積中進(jìn)行，所以毛細(xì)運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)不會(huì)擴(kuò)大濕潤(rùn)區(qū)的范圍，而是水分的均勻分布。只有當(dāng)能經(jīng)常向滲透裂隙和孔隙補(bǔ)給液體時(shí)，則可進(jìn)一步增加煤的水分。7由于煤物質(zhì)具有可縮性和孔隙中氣囊的可縮性的特性，因此，采用不同的注水方式和參數(shù)，會(huì)導(dǎo)致不同的作用效果。高壓注水時(shí)，可能使煤中裂隙和孔隙的容積以及煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，甚至造成煤的破裂和松動(dòng)．起到水力疏松煤體的作用．使煤層近工作面部分的卸壓和排放瓦斯。低壓注水時(shí)，煤的結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生明顯的變化，而使煤體得到相當(dāng)均勻的濕潤(rùn)。煤體的濕潤(rùn)，可引起發(fā)生突出的條件和突出煤層的性質(zhì)發(fā)生一系列的變化。研究和試驗(yàn)表

7、明，煤體注水濕潤(rùn)，可使煤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化，煤的彈性和強(qiáng)度減小，塑性增大，從而使巷道前方的應(yīng)力分布發(fā)生根本變化，即高應(yīng)力區(qū)向煤體深部轉(zhuǎn)移，應(yīng)力集中系數(shù)減小。煤體濕潤(rùn)后，還使透氣性成百和上千倍的降低，水對(duì)瓦斯起到明顯的阻礙效應(yīng)，煤中瓦斯涌出量和速度都有大幅度的下降。上述的各種變化都表明注水濕潤(rùn)煤體，可以降低或消除煤層和近工作面處的突出危險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)高壓磨射流割縫防突技術(shù)的深入研究，研制出與之配套的高壓磨射流割縫設(shè)備，該設(shè)備由以下裝置組成：（1）高壓磨料供給裝置：高度1700mm，直徑245mm，耐壓40Mpa，重量500Kg；磨料供給

8、量3～8kg/min，水流量30～80L/min，磨料為粒徑0.55～1.0mm的河砂或天然棕剛玉。（2）高壓純水射流噴槍：噴嘴直徑為1.5mm。（3）高壓磨料噴槍：噴嘴直徑為2.5mm。（4）操作閥:壓力調(diào)節(jié)范圍0～5