高压水力割缝增透技术成果(报公司)6

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1、科技成果奖申报表项目名称高压水力割缝增透技术研究及应用主要完成者唐怀林樊树槐魏明何超董随志段启刚陈奇任务来源公司下达计划编号和名称工作起止时间2011.1～2011.4成果用于生产时间2011.5～今申报部门南桐煤矿通瓦科成果登记号基层编号矿业公司编号16主要内容：一、概况：南桐煤矿系煤与瓦斯突出矿井，已开采至-450m七水平。开采的4#、5#、6#煤层均属突出危险煤层,其中5#煤层作为保护层首先开采对4#、6#煤层进行保护。5#煤层掘进前瓦斯治理主要是在对应的矽抽巷施工常压水洗穿层钻孔对待掘5#煤层营造掘进条带安全屏障，但由于5#煤层透气性差，随着开采水平

2、的加深，在高地压力和瓦斯压力的作用下，现有瓦斯治理技术和装备越来越不能满足生产需要，主要表现在钻孔抽放率低、预抽时间长、效果差，抽放措施难以实施到位，需施工大量的穿层预抽钻孔方能达标。为加快瓦斯治理步伐，南桐煤矿采用乳化泵配合ZYW-1200型钻机，进行“高压水力割缝煤层增透试验”，并进行了推广及应用。二、高压水力割缝工艺流程及作用原理1、高压水力割缝工艺流程高压水力割缝设备由高压切缝钻头、高压钻杆（Φ50mm）、ZYW-1200钻机、乳化液泵等设备组成。施工的水力割缝钻孔均首先采用常压水穿透煤层全厚，钻孔孔径为Φ75mm，并在施工过程中准确记录每个钻孔岩孔

3、段、煤孔长度。然后采用高压水通过专制的割缝器对钻孔煤孔段对煤孔段进行割缝；割缝刀数根据煤孔长度确定（每间隔0.8m割一刀），16每个刀割缝时间为15～60min。水力割缝示意和设备布置图详见下图。图中：1-水箱，2-乳化泵，3-溢流阀，4-球形阀，5-压力表，6-高压水管。7-高压密封输水器，8-高压密封钻杆，9-钻机，10-高压密封钻杆，11-自动切换式切缝器，12-钻头。2、作用原理一般情况下，具有突出危险的煤层高地应力和瓦斯压力的作用下，内部孔隙和裂隙都很小，为了增大煤体的透气性系数，只有人为的采取措施使煤层卸压或在煤层内部中造成空隙，改变煤体结构，沟

4、通及扩展煤层内部的裂隙网。我矿4#、6#煤层通过开采5#保护煤层卸压，但对于首先开采的5#保护煤层而言，只有在煤层内部本身采取措施，在煤层内部中造成空隙，改变煤体结构，使原有在高压状态煤体的微孔隙张开，造成新裂隙即局部卸压，来改善煤层内部瓦斯流动状况，达到良好的预抽、预排效果。而高压水力割缝通过钻机带动钻杆和切缝钻头旋转，将高压水通过切缝钻头细射流沿钻孔煤壁切割，在钻孔煤孔段中割出一条（或数条）一定宽度、高度的扁平缝槽，从而在煤孔形成直径远大于初始直径的缝槽，16以此改变煤体结构，造成新裂隙及局部卸压条件，达到提高煤层透气性、提高预抽率的目的。三、试验情况1

5、、试验地点及概况-325m7502抽放巷道断面图试验地点为-325m7502矽质灰岩抽放巷，该区域位于属突出危险严重区域，该抽放巷位于我矿南翼-325m水平二石门至四石门之间，走向长560m，埋深645m，两石门5号煤层均已揭露，抽放巷道采用锚杆支护。抽放巷道净宽2.6m、中高2.1m，详见下图。3.1m2.8m2、施工情况-325m7502矽质灰岩抽放巷现共施工钻孔358个，施工走向长度154m，其中水力割缝施工走向长度为50m，（钻孔总数52个），钻孔间距走向×倾向分别为：5m×5m、6m×6m、7m×7m。其余钻孔均为常压水洗钻孔，钻孔间距走向×倾向分

6、别为：4m×4m。施工过程常压水洗钻孔均无喷孔现象，水力割缝钻孔中仅有一个钻孔未喷孔，其余均有喷孔现象。施工情况详见下表（注：由于我矿采掘部署紧张，该巷受通风系统限制，余406m走向范围未施工完钻孔）16-325m7502矽抽巷高压水力割缝参数统计平均表表1割缝个数孔间距（m）液压泵流量（L/min）割缝压力（Mpa）割煤刀数钻机钻速（r/min）返水现象割煤时间（分钟）最大割煤量（kg）平均每孔割煤量（kg）525-720017-181-360-65返水正常60-90350200-325m7502矽抽巷常压水洗钻参数统计平均表表2常压水洗孔个数孔间距（m）

7、常压水流量（L/min）水压（Mpa）钻机钻速（r/min）返水现象洗孔时间（分钟）最大洗孔煤量（kg）平均每孔洗孔煤量（kg）3064.08-102-480-280返水正常30-4555313、试验中存在的问题及解决方法⑴在最初实验过程中，我们首先采用重大割缝器进行割缝：该割缝钻头为单眼射流割缝，眼径2～3mm，经实验割缝力度较好，能在2.5m范围将泡膜板割穿，但使用过程中出水流量较小，排出煤量较少，存在返水困难和钻杆摆动大的问题。经我们积极查找原因，分析割缝返水困难、排出煤量较少是因为割缝器出水流量不够和单眼射流造成钻杆摆动大的原因。为此，我们实验对割缝

8、器进行改进：一是自制割缝器，眼径为2～3.5mm，使