浅谈水力化防瓦斯突出机理

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1、浅谈水力化防瓦斯突出机理摘要：通过对水力冲孔原理和当下四项水力化防突技术的分析，得出相关结论，为水力化防突技术的发展提供一定的理论基础。关键词：水力冲孔水力化防突技术水力化防突预测煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中最严重的自然灾害之一，为了有效防治煤与瓦斯突出，我国防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。煤与瓦斯突出是地应力、高压瓦斯、煤的结构性能等三个因索综合作用的结果[1],对于突出矿井，□经采用超前排放钻孔、浅孔松动爆破、深孔控制爆破、预抽瓦斯等众多防突措施[2-3],多年来，水力化防突措施取得了长足的

2、发展，并在防突技术中发挥越来越重的作用。木文通过对水力化防突机理的研究，以及目前各项水力化措施和技术的总结，得出相关结论，为水力化防突技术的发展提供一定的理论基础。1、水力冲孔的技术原理1.1目前防治煤与瓦斯突出的技术原理[4]1）应力释放原理。煤与瓦斯突出是地应力、高压瓦斯、煤的结构性能等三个因素综合作用的结果。地应力、瓦斯压力是突出发动与发展的动力，煤的结构及力学性质是阻碍突出发生的因素。通过降低围岩各向应力可以防止煤与瓦斯突岀。2）乩斯排放原理。瓦斯突出时，潜能的释放使煤休破碎并发生移动,瓦斯的解吸使破碎和移动

3、进一步加强，并由瓦斯流不断把碎煤抛出，致使煤的破碎不断向深部发展。因此，降低瓦斯内能可以冇效防治瓦斯突出。3）煤体强度增加原理。增加煤体强度对防止突出有重耍作用。1.2水力冲孔水力冲孔措施的作用原理是着眼于卸压和释放瓦斯的问题上。通过钻头的切割和压力水的冲击煤体时激发突出危险煤层喷孔，使冲出的煤炭和解吸的瓦斯沿着孔道和密封的管道向外输排，造成煤体的膨胀变形和顶、底板间的相向位移，引起在孔道影响范围内地应力降低，煤层得到充分卸压，裂隙增加，使煤层透气性大幅度增高，促进瓦斯解吸和排放，大幅度地释放了煤层和围岩中的弹性潜能

4、和瓦斯的膨胀能⑸。水力冲孔过程中，水的作用一方面是形成高压水，导致煤壁破碎，形成一个较大的水力掏槽孔，使孔道周围煤体得到充分卸压和瓦斯大幅度排放；另一方面是湿润煤体，减小了煤体的脆性，增加了可塑性，降低了煤体内部的应力集中，增加了防止煤和瓦斯突出的能力，起到了综合防突的作用。2、水力化防突技术2.1水力化高效防突集成技术[6]其原理是利用高压水对煤体进行冲击，破碎以及湿润，以此来达到改变煤体内部的应力集中分布，从而有效达到卸压的目的，该项技术主要三个方面，即：钻扩一体化技术、高压细射流技术、“预抽+高压注水“复合技术

5、。钻扩一体化是将高压钻杆及扩孔钻头旋转钻进，利用钻头牙齿钻进并切割煤，再通过高压水尾连续旋转钻进排渣。高压水射流则是在已施工的穿层或顺层钻孔屮，利用既可喷出高压细射流、又能自行旋转的扩孔器对钻孔周围煤体进行旋转切割，同时通过钻杆沿钻孔轴向移动形成对钻孔全长的轴向连续扩孔，从而实现扩大钻孔直径、增大钻孔卸压范围和增加钻孔抽放效率的目的。“预抽+高压注水“复合技术是通过先使用高压水切割煤体使其疏松，改变煤体透气性，最终使得煤层的突出危险性降低。这种技术的优点在于：能有效地增强卸压、提高透气性和促进瓦斯排放，实现高效防突。

6、其次是应用范围广，由于其不拘泥于钻孔倾角等因素,因此能够适应不同赋存条件的突出煤层和不同工况条件的钻孔，同时，其实现了钻头牙齿的钻进和水射流的钻扩，很好地解决了堵孔和排渣不畅的问题。2.2卜•向穿层钻孔综合水力化防突技术[7]这项技术是针对松软强突厚煤层，由于部分矿井突出煤层群底部煤层为松软强突厚煤层，采用底板上向穿层钻孔瓦斯抽采技术时，因需穿透上部的近距离突出煤层群，钻孔长，穿煤过程中易出现卡钻、埋钻现场，造成瓦斯涌岀异常的现象。煤与瓦斯突出是地应力、高压瓦斯、煤的结构性能等三个因素综合作用的结果。针对这三个方面，

7、在施工下向穿层钻孔过程中，采用水力钻进一水力冲煤一水力润湿的综合水力化措施来消除煤层的突出危险性。通过水力冲煤冲出大量的煤体，加速瓦斯排放，可有效降低煤层地应力及煤层瓦斯压力；水力冲煤可冲出大量的软煤，改变煤体结构性能，该部分煤体多为煤与瓦斯突出的主要介质。水力冲煤完毕后，充分利用下向穿层钻孔积水的特点，封孔进行长时间煤层注水，润湿煤体。2.3高压水力压裂技术[8]该技术集合了增透、消突、降尘、阻止自然发火、释放冲击地压和解除局部应力集中等多项重要功能，能有效提高煤层的透气性，增加瓦斯的抽排量，从而降低了煤层中瓦斯的

8、压力和含量。莫原理是：（1）将大量含砂的高压液体注入煤层，使煤层破裂，产牛裂隙后，砂子作为支撑剂停留在缝隙内，阻止裂隙的重新闭合，从而提高煤层的透气系数。（2）通过水力压裂改变煤岩体本身的结构及物理力学性能，以减弱英积蓄和释放能量的能力，并减缓英破坏时的能量释放速率，从而起到防冲击地压作用。（3）水力压裂使支承压力峰值降低，并能使煤充分湿润，达