高壓水射流割縫防突技術(shù)在石門揭煤中的應(yīng)用

宣 揚

淮南礦業(yè)集團(tuán)鄂爾多斯中北煤化工公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017008

0 引言

在淮南礦區(qū)，煤層中瓦斯賦存含量高，在石門揭煤過程中，如不采取必要的措施，煤與瓦斯在高壓、低滲透的環(huán)境下很容易發(fā)生突出危險，造成煤礦重大的安全事故。因此，為了預(yù)防石門揭煤中的煤與瓦斯突出問題，針對瓦斯含量較高而透氣性不好的煤層現(xiàn)狀，研究怎樣增加瓦斯的排放量以排除安全隱患，縮短石門揭煤排放瓦斯時間，加快石門揭煤速度對緩解我國突出煤層采掘緊張局面、建設(shè)安全高效礦井具有重要的理論及現(xiàn)實意義。為此，淮南礦區(qū)朱集煤礦在突出煤層石門揭煤中進(jìn)行了高壓水射流割縫防突技術(shù)試驗，試驗結(jié)果表明，采用高壓水射流割縫防突技術(shù)可有效防治石門揭煤過程中的煤與瓦斯帶來的安全問題，既能保障礦井生產(chǎn)的安全性，又能使巷道的掘進(jìn)速度加快。下面，對此技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 高壓水射流割縫防突設(shè)備、工藝及原理

水力割縫系統(tǒng)由乳化液泵、水箱、鉆機、高壓膠管、多功能流量表、防噴裝置和噴頭等組成。

2.1 設(shè)備型號

1）割縫泵：型號DRB200/31.5 型煤礦用乳化液泵，額定壓力31.5Mpa、額定流量200L/min。

水箱：鐵質(zhì)，容積3m3。

壓力表：型號YHY60(B)礦用本安型數(shù)字壓力計。

2）管路

高壓管路：管道直徑分別為Φ25mm 和Φ32mm，選用耐壓強度≥32MPa 的高壓膠管。

3）鉆機鉆具

鉆機型號為ZDY-1900S 的液壓鉆機，鉆桿型號為ZGFA50，內(nèi)徑Φ60mm，用于割縫鉆孔的施工。

鉆頭：選用GSQ20/1.0 型高壓射流鉆頭，Φ108mm。

噴嘴：型號為SHJ-2.0 的高壓射流噴嘴，Φ1.8mm。

4）溢流閥

型號為BO-TK01 的液壓控制閥。

5）分水器（水辮）

選用GSD3.0 型分水器。

2.2 工藝流程

1）安裝鉆機：將鉆機移到指定位置，用緊固件將鉆機穩(wěn)固，傳動位置要設(shè)防護(hù)欄桿，鉆機和液壓管接合要緊密，防止鉆進(jìn)過程鉆機發(fā)生晃動現(xiàn)象，調(diào)整鉆機高度和角度到固定位置。電源接好后，送電試運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動各操作手柄，檢查各旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動、各油管接頭和壓力表；

2）接鉆桿：鉆桿型號為ZGFA50，鉆桿長度800mm。將鉆桿放入鉆機，前段連接上割縫一體化鉆頭，確保割縫一體化鉆頭與鉆桿之間連接到位（螺紋全部上緊，每一根鉆桿在連接前用清水沖洗內(nèi)部，確保無顆粒雜質(zhì)，以防堵塞噴嘴）。在鉆桿的后方連接好分水器（水辮）（螺紋全部上緊）；

3）定鉆：接好鉆頭后將鉆頭進(jìn)到巖壁前，慢速開動鉆機將鉆頭固定好，鉆頭進(jìn)入巖壁內(nèi)50mm 位置即停鉆；

4）打鉆：在鉆桿尾端接好水辮，開靜壓水檢查鉆頭是否有水流出，待確定鉆頭鉆桿工作正常后以正常速度開動鉆機進(jìn)行打鉆，每進(jìn)一節(jié)鉆桿正常接鉆繼續(xù)施工；

5）判別煤層位置：根據(jù)地質(zhì)資料對煤層位置進(jìn)行判別以確定各個鉆孔的定鉆位置和角度；

6）進(jìn)鉆到指定位置：正常進(jìn)鉆，按照設(shè)計進(jìn)鉆到指定位置，準(zhǔn)備接高壓水進(jìn)行水力割縫施工；

7）沖整個煤段：將溢流閥調(diào)壓到10MPa，進(jìn)行水力割縫，采用邊進(jìn)邊退的方法，從里向外逐漸切割，同時轉(zhuǎn)動并抽拉鉆桿，以利于排渣，切割完成后可重復(fù)進(jìn)行切割，控制切割速度或者進(jìn)行間歇式切割可以有效避免出現(xiàn)埋鉆和憋孔的現(xiàn)象；

8）返水變清：經(jīng)過一段時間的沖洗，鉆孔內(nèi)的煤渣或矸石渣逐漸變少，在這個過程中注意觀察水流中的煤渣或矸石渣的含量變化，待到出水變清時即停止這一段施工。

2.3 工作原理

高壓水射流割縫是一項超前水利割縫技術(shù)，針對于透氣性較差、瓦斯密度較大、危險性比較特殊的煤層。工藝過程如下：先進(jìn)行鉆孔處理，接下來通過高壓水射流切割鉆孔兩側(cè)的煤體，這樣就會在鉆孔兩側(cè)形成一條較深的扁平的縫槽，而且水射流還會將切割下來的煤體殘渣排出孔外。高壓水射流割縫技術(shù)的應(yīng)用是為了提高瓦斯抽放效果，從而改變巷道工作面前方煤層的動力性質(zhì)。超前高壓水射流割縫工藝形成的有深度的、用來緩解和排放瓦斯的縫槽，這個過程能使煤層的地應(yīng)力和瓦斯的壓力得到重新分布，最終導(dǎo)致煤層中的高應(yīng)力變形區(qū)和高瓦斯壓力區(qū)得到完全釋放。

3 高壓水力割縫效果及防突效果檢驗

3.1 高壓水力割縫效果

通過對石門前方煤體采取水力割縫的卸壓增透防突措施，使得前方煤體瓦斯壓力和瓦斯含量得到了有效的控制。在水力割縫施工期間出煤量共計約76.4 噸，鉆孔出煤量較大，且相對均勻，水力割縫效果明顯。

高壓水力割縫技術(shù)應(yīng)用了12 天之后，使得鉆孔的平均等效半徑達(dá)到0.73m，在原有的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上增加了13.5 倍，鉆孔最大半徑達(dá)到1.17m，是原來的21.6 倍，而瓦斯排放的平均作用半徑為6.0m，高壓水力割縫技術(shù)使得瓦斯排放時的最大半徑達(dá)到8m；鉆孔直徑的增加和瓦斯排放半徑的增加使得每個孔切割后帶出的煤的質(zhì)量平均為2.5t，總切割煤量高達(dá)76.4t，瓦斯的排放量約為5558m3，由此可以看出，采用射流鉆割卸壓增透防突技術(shù)效果顯著。

3.2 防突效果檢驗

1）瓦斯解吸指標(biāo)

濕煤△h2 臨界值為160Pa，測定結(jié)果表明瓦斯解吸指標(biāo)△h2 小于臨界值。但是，由于該指標(biāo)對變質(zhì)程度較高的無煙煤反映較為敏感，而張集礦的煤變質(zhì)程度不高，敏感性不強，故僅作為的輔助判斷指標(biāo)。

2）殘余瓦斯壓力

殘余瓦斯壓力是反應(yīng)煤體突出危險性效果的重要參數(shù)，殘余瓦斯壓力直接反應(yīng)煤體的突出動力，是最重要的效果檢驗指標(biāo)，測定方法與原始瓦斯壓力測定相同，測定結(jié)果如表1 所示。

表1 殘余瓦斯壓力

根據(jù)上表，殘余瓦斯壓力均小于0.74MPa。

[1]惠功領(lǐng)，呂有廠.高壓水射流割縫防突技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化，2006，2.

[2]郭盛，孟凡新，湯保枝.高壓水射流割縫防突技術(shù)在突出危險掘進(jìn)面的應(yīng)用[J].中州煤炭，2007，5.