射流切割技术在高地应力突出矿井中的应用.pdf

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1、2013年第38卷第6期能源技术与管理Vo1．38No．6EnergyTechnologyandManagement33doi：lO．3969／j．issn．1672—9943．2013．06．014射琉幼孜术在高地应力突幽矿井中的应用金双林，周访玉，黄永梁(徐州矿务集团张集煤矿，江苏徐州221147)[摘要]结合张集矿煤层瓦斯赋存特点，在北翼延深采区一1260m水平首次采用“钻割一体化”防突快速揭煤技术。通过工艺适用性和安全可靠性的探索与创新，完成了石门快速安全揭煤，对大埋深、高地应力、低透气性条件下的快速消突揭煤和

2、深部煤炭资源的高效安全集约化开采具有指导作用。[关键词]水力射流；石门揭煤；瓦斯突出[中图分类号]TD713+．3[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2O13)06_O0333不断扩张、贯通、膨胀变形和相向位移，逐渐形成0引言一个较大尺寸的煤孔空洞，增大抽放孔的直径，大石门揭煤是困扰煤矿安全的难题。采用水力幅度地疏松、挤压、释放煤体中的瓦斯，人为可控射流切割技术虽然能够实现快速打钻消突揭煤，地诱发钻孔内的煤与瓦斯喷出，消除激发突出的但在开采进入深部后，如何运用水力射流切割技应力和瓦斯压力，在围绕钻孔切割形成

3、一个塑性术，实现大埋深、高地应力、低透气性条件下的石变形区和卸压圈，增大了煤体抑制突出的阻力，起门揭煤，是矿井安全生产亟待探索解决的课题。到了综合防突的作用F。2．2装备1概况选用DRB200／31．5型煤矿用乳化液泵，高压张集煤矿北翼延深采区在一1260m水平，将管路选用内径分别为25mm和32mm，钻机钻来主采煤层为山西组9煤，在北翼盘区开拓期间具选用ZDY一1900S型液压钻机，高压钻杆直径9层煤的瓦斯测定参数为：瓦斯压力最大值63．5mm，钻头直径108mm，用于切割钻孔的施1．20MPa，瓦斯原始含量4．02

4、3i0．23m3／t，煤层工，切割喷头选择I．8mm及溢流阀装置。射流切坚固性系数(最小)0．29，瓦斯放散初速度ap=割系统布置如图1所示。12．35mmHg。同时，由于受火成岩体侵蚀影响，深部地应力高。本次现场施工地点为北翼延深一1250m轨道大巷石门。巷道设计长度110m，前期68m为平巷、后期调整为上山掘进，倾角10。～l5o，巷道规格为：净宽4．5m，中高3．85m，半圆拱型。揭露9煤的标高在一1253m，煤层倾角5。～8。，沿走向近水平，煤厚1．52．0m，其中，9—2煤体坚固性系数大于0．5，9—1煤顶板

5、下软分层厚0．2～0．4m。9煤顶板为细砂岩，平均厚l3．1m，底板为粉砂岩，平均厚4．4m。1．乳化液泵；2．孚L化液箱；3．液压钻机；4．钻杆；5．钻头；6冰辫；7．液压表；8．溢流阀；9．操作台2射流切割钻孔煤体防突技术的实施图1射流切割系统布置示意图2．3钻孔设计2．1技术原理根据煤与瓦斯的赋存特点，在工作面上山掘利用高压水射流反复切割破碎煤体，当在高进至迎头法线距离9煤底板5m停止掘进。设计压应力作用下发生流变或蠕变的煤体出现塌孔憋5排，共26个钻孔，超前钻孔的控制范围到巷道孔现象时，高压水楔人钻孔周围煤层原

6、有的裂隙断面轮廓线外12m，钻孔间距的确定应取决于割中进行扩散、渗透和压裂煤体，使煤体空隙、裂隙2013年12月34金双林，等射流切割技术在高地应力突出矿井中的应用Feb．，2013缝的有效影响半径。根据钻割一体化防突设备的择水射流的水压进行扩孔，防止水压过高诱导突实验室实验测得，其抽放有效影响半径最大可达出；4in。因此，为保证防突效果，布置的切割钻孑L孔底(3)合理选择射流切割的顺序，人为可控地距设计为3～5m，具体如图2所示。进行单孔扩孑L，或诱导孔内瓦斯喷出；(4)防喷孑L、防瓦斯等安全防护装置的创新。3射流切

7、割钻子L煤体防突技术应用过程的问题及改进3．1存在问题(1)高压射流水压过高。液压系统压力过高易出现系统连接部位水流泄漏，高压水射流伤人。特别是钻杆分水器(水辫)部位及钻杆连接处易出现刺密封圈水流泄漏现象。高压泄漏点的存在，给安全操作带来一定的风险。在处理钻头被堵，拆卸钻头过程中有时会出现钻杆内的高压水射流突然喷射现象。系统压力过高，瞬时作用到切割煤岩体中，易造成煤岩体整体位移剥离。(2)卡钻断钻杆现象。孔口钻屑排渣不畅，大(a)巷道钻孔平面布置图量煤体颗粒不断聚集挤压在孔壁周围而将钻杆和钻头箍紧、抱紧，从而使钻杆所受

8、摩擦力大于钻机的扭矩力而导致钻头无法进退即卡钻事故甚至断钻杆事故的发生。钻杆中空孔径为15mm，在钻杆的接头丝扣连接部处于承受力薄弱的环节，当钻杆扭矩力过大超过其抗扭强度，特别是在钻孔因导向性差易出现钻孔弯曲情况下，钻杆所受扭矩力大于抗弯曲强度时，易出现钻杆断裂。(3)憋孔喷孔现象。切割过程中，孔内大量的(b)钻孔布置A—A剖面图