浅论水力冲孔卸压增透技术在煤矿瓦斯抽采中应用

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1、浅论水力冲孔卸压增透技术在煤矿瓦斯抽采中应用摘要：本文主要阐述了高压水射流冲孔技术的防突机理，研究了高压水射流冲孔的工艺过程以及所需要的各项设备。关键词：水力冲孔卸压瓦斯目前，我国大多数具备保护层开采条件的突出矿井都设置了开采保护层，利用保护层开采的卸压增透作用，使被保护层的透气性增加成百上千倍。对于无保护层开采的突出危险煤层，在掘进巷道时，普遍采取从顶板巷向预抽煤层打穿层钻孔的方式，释放煤层中的瓦斯。但是，经过几年的实践发现，从顶板巷打岩石穿层孔消突的效果不是十分理想。因此，如何提高底板巷穿层孔瓦斯抽放效果对于突出危险煤层的瓦斯治理具有重要的意义。底板穿层高压水射流冲孔是一种小型

2、的、可控的逐步释放蕴藏在煤体中潜在能量的技术，对消除煤与瓦斯突出起到有效的作用。一、底板穿层高压水射流冲孔技术底板穿层高压水射流冲孔技术是指利用高压水射流在突出危险煤层中冲出若干直径较大的孔洞，冲孔过程中排出大量瓦斯和一定数量的煤，因此在煤体中形成一定的卸压、排放瓦斯区域，在这个区域内可预防突出的发生。根据以往水力冲孔的实践，即使喷出煤量很多的孔道，在采掘时一般都看不到空洞的存在，因为喷出煤量的空间因周围煤体的挤动而被充填。煤体运动的结果是使原始煤体的密度减小，紧张状态松弛，煤体承受的地应力相对缓和。从瓦斯活动来讲,不但冲孔期间有大量的瓦斯喷出，而且由于煤体的挤动，影响范围逐渐扩展

3、，孔隙率增加，透气性增大，导致较远地方的瓦斯也源源不断地涌向孔道。这样可以大大提高瓦斯抽放的效率，有效降低煤层的瓦斯含量。高压水射流冲孔的作用主要体现在以下两方面：(1)诱导煤与瓦斯突出在冲孔时，由于水射流的作用,造成煤体的破碎，导致煤体内部原有应力和瓦斯的稳定状态被破坏，从而激发其释放，伴随涌出大量瓦斯。(2)疏通孔道由于冲孔水的返回，混合煤粉增加了流变性，自孔道排出并保持孔道的畅通，这样才能使喷孔持续不断的发生，冲孔继续向前进展。以上两个作用是相互联系、相互依存的。冲孔后，高压水射流的作用主要表现在湿润煤体，减少煤体脆性，增加其可塑性，进一步降低煤体内部的应力集中，增加防止煤和

4、瓦斯突出的能力。因此，在水力冲孔时，应力变化和瓦斯活动比较剧烈，能量释放较大，影响范围较广。而开采保护层是从突出危险煤层的外部卸除压力，消除应力紧张状态，使煤体膨胀变形，瓦斯解析，透气性增加，最终改变煤层的突出性质。二、试验设备(1)乳化液泵及乳化液箱采用BRW200/31.5型乳化液泵，其额定流量为200L/min,额定压力为31.5MPa,与其相连的是FRX1000型辅助乳化液箱，其公称压力为31.5MPa,液箱容量为1000L,外形尺寸2450mmX1050mmX1400mm,质量700kgo(2)钻机和髙压胶管使用SGZ-A(原ZL-300HA)型煤矿坑道钻机和ZL-120

5、0煤矿用坑道钻机。与乳化液泵相连的连接管采用内径32mm、耐压32MPa的钢丝缠绕胶管，将胶管的另一头与63.5mm钻杆尾端连接，连接处采用快速接头和U型卡加固。(3)双功能高压水表为监测水压和流量在水力冲孔期间的变化，在距掘进工作面5m处安装了SGS型双功能高压水表。其主要性能指标：最小流量0.Im3/h,分界流量0.25m3/h,常用流量2.5m3/h,过载流量5.0m3/h,压力表量程为0〜25MPa,在其旁边连接型号为QJ16的球形截止阀。(4)低浓度沼气传感器和TWY在回风巷中安装由煤炭科学研究总院重庆分院生产的智能低浓度沼气传感器作为探头T1,用来监控瓦斯浓度的变化。水

6、力冲孔期间每个钻场的瓦斯浓度都由煤炭科学研究总院重庆分院生产的TWY突出危险预报仪来考察。(5)水力冲孔喷嘴喷嘴是射流装置的关键部件之一，其作用是将流体的压力能转变为动能，利用从喷嘴射出的具有很高能量密度的射流来进行切割和破碎。研究喷嘴结构与射流性能的关系是非常重要的。按照射流用途的不同，喷嘴结构形式也不一样。水力冲孔用的典型喷嘴有锥形和平面形喷嘴。随着喷嘴直径加大，射流的密集部分长度和切割能力明显增加。但在乳化液泵站流量一定的情况下，喷嘴出口速度将减小。试验表明，在已知乳化液泵站的压力P与流量q条件下，最大喷嘴直径可用下式确定式中：d为喷嘴出口截面直径，mm；q为射流体积流量，L

7、/min；u为喷嘴流量系数；P为射流压力，MPa。三、水力冲孔布置本次试验记录了3号钻场，设计冲孔的数量是14个，每个孔的偏角、仰角和孔的具体布置位置依据打钻一判别煤层位置->冲击钻孔一返水变清一用钻孔透视仪观测孔洞形状的顺序进行试验研究。冲孔前要求按照预定孔径和角度施工钻孔，详细记录排渣情况，并判定煤层准确位置，再用钻孔透视仪确认钻孔内煤段位置。冲孔前，要求安装防喷装置,将喷嘴送到煤层预定位置，设定泵压在22MPa,打开泵进行水力冲孔，然后从外向里逐渐冲孔，同时转动