某礦井水力沖孔試驗的研究

摘要： 某礦井瓦斯含量大、壓力高、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，為提高煤層透氣性，有效提高瓦斯抽采效果，實現(xiàn)突出煤層快速消突，在工作面下抽巷進(jìn)行了水力沖孔試驗，并對試驗結(jié)果進(jìn)行了分析研究，為礦井瓦斯治理提供了很好的途徑。

關(guān)鍵詞：水力沖孔;抽采效果;消突

中圖分類號：TD 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-864X（2015）02-0082-01

某礦井含煤面積7.93Km2。煤層傾角7～12°，煤層厚度4.33～8.10m，平均煤厚6.08m。地勘時期，二1煤層瓦斯鉆孔試樣10個，瓦斯含量為1.47～26.22 m3/t，平均15.43 m3/t。其中首采區(qū)（-500m水平以淺）平均瓦斯含量為13.24 m3/t;礦井后期（-500m水平以深）平均瓦斯含量為24.47 m3/t。基建期間獲得12個井下鉆孔瓦斯參數(shù)，1個地面鉆井參數(shù)， 瓦斯含量為6.77～27.86 m3/t，瓦斯壓力為0.95～3.05 MPa，其中在第一中車場揭煤處測得瓦斯壓力達(dá)到2.6MPa，在采區(qū)變電所測得瓦斯壓力達(dá)到3.0MPa。在主井落底時測出瓦斯含量26.08m3/t，在地面抽采鉆井取樣測得瓦斯含量27.86m3/t。屬煤與瓦斯突出礦井。

一、水力沖孔消突機理

水力沖孔作用機理就是一方面依靠高壓水射流的射流打擊力，造成煤體的破碎、掉落，逐漸在煤體中形成一個大尺寸的孔洞。與此同時，孔洞周圍的煤體向孔道方向發(fā)生大幅度的徑向位移，造成頂、底板之間的相向位移，引起在孔道影響范圍內(nèi)的地應(yīng)力降低，煤層得到充分卸壓，裂隙增加，使煤層透氣性大幅度增高，促進(jìn)瓦斯解吸和排放，大幅度地釋放了煤層和圍巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能，煤的塑性增高和濕度增加。另一方面是濕潤煤體，減小了煤體的脆性，增加了可塑性，降低了煤體內(nèi)部的應(yīng)力集中，起到了綜合防突的作用。

通過這兩方面既消除了突出的動力，又改變了突出煤層的性質(zhì)，起到在采掘作業(yè)時防止煤與瓦斯突出的作用。

二、技術(shù)工藝

以“礦用水力沖孔機”為主要技術(shù)實施設(shè)備。在現(xiàn)場進(jìn)行沖孔是按照以下程序進(jìn)行。

（1）調(diào)整“礦用水力沖孔機”機架升降調(diào)節(jié)裝置，使疏孔達(dá)到設(shè)計工作高度和傾角;

（2）調(diào)整校直機構(gòu)的調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪，使連續(xù)鋼管校直;

（3）啟動高壓水泵，并進(jìn)入正常供水狀態(tài)，高壓水泵將高壓水通過高壓軟管注入高壓水切削噴嘴，經(jīng)切削噴嘴射流切削巖礦體;

（4）啟動連續(xù)鋼管驅(qū)動機構(gòu)，合理控制推進(jìn)速度;

（5）開啟水泵，緩慢推進(jìn)噴嘴，每推進(jìn)1圈暫停1～3分鐘，觀察水質(zhì)，直至推進(jìn)至泥巖處，在水壓表不超過40Mpa的情況下加壓沖孔，每0.5m作為一個沖孔循環(huán)，在每個循環(huán)內(nèi)反復(fù)進(jìn)退噴嘴，直至孔口返水顏色變淺，如此循環(huán)沖至煤層底板處。水壓表超過40Mpa時調(diào)整水量，降低壓力，當(dāng)壓力降到40Mpa以下時穩(wěn)定5min左右方可推進(jìn)。

（6）上述作業(yè)完成后，退出切削噴嘴，更換洗孔噴嘴，進(jìn)行洗孔作業(yè)。洗孔過程中反復(fù)推送噴嘴，直至孔口返水顏色變淺。

（7）沖孔結(jié)束后統(tǒng)計沖出煤量及作業(yè)期間瓦斯涌出量，考察沖孔效果。

（8）利用壓風(fēng)吹孔后連抽。

三、主要試驗內(nèi)容

試驗地點為工作面下頂抽巷17號鉆場。鉆場處距煤層法線距離14.4 m，煤層厚度6.08 m，煤層傾角11.15°。

工作面下頂抽巷17號鉆場總計41個鉆孔，40個為抽采鉆孔、1個壓裂鉆孔。鉆場迎頭正中間是1個壓裂鉆孔。40個抽采鉆孔全部施工完畢，其中12個孔是采用帶壓封孔方法封孔，28個采用臨時封孔方法封孔（11個孔為膠囊式快速封孔器封孔、17個孔為聚氨酯臨時封孔）。

四、試驗結(jié)果及分析

1、沖出煤量和瓦斯量

沖孔共分兩階段進(jìn)行，第一階段未使用防噴裝置，沖孔匯總?cè)缦拢?/p>

表2 "第一階段沖孔作業(yè)情況匯總

第二階段安裝防噴裝置，沖孔匯總?cè)缦拢?/p>

表3 第二階段沖孔作業(yè)情況匯總

2、提高瓦斯?jié)舛群统榉帕?/p>

沖孔前后對17號鉆場抽采濃度進(jìn)行測量，前后變化情況分別如圖所示。

圖2 "17號鉆場沖孔前后瓦斯抽采濃度曲線圖

根據(jù)計算，17號鉆場沖孔后的濃度提高了2.78倍，效果比較理想。

五、結(jié)論

試驗表明， 水力沖孔措施實施后，使得煤體得到充分泄壓，煤體的應(yīng)力梯度下降，在釋放應(yīng)力的同時較大程度上增加煤層透氣性，鉆孔抽采濃度和抽采純量都有了大幅度的提高，表明水力沖孔措施在增強煤層透氣性、提高瓦斯抽采效果方面具有很好的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于不凡，王佑安. 煤與瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊[S]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2000 ：537 – 542.

[2]劉明舉，孔留安，郝富昌等. 水力沖孔技術(shù)在嚴(yán)重突出煤層中的應(yīng)用[J] . 煤炭學(xué)報， 2005， 30（ 4）： 11- 14.

[3]薛勝雄，黃汪平，陳正文等. 高壓水射流技術(shù)與應(yīng)用[M ]. 北京：機械工業(yè)出版社，1998.