高壓水射流卸壓增透瓦斯治理技術研究與應用

常先隱

摘 要：為提高石門揭煤區域瓦斯治理鉆孔的抽采濃度和抽放量，減少突出煤層預抽時間，基于高壓水射流破煤原理，研究了高壓水射流沖孔卸壓增透的防突機理，通過理論分析和實際應用，闡述了高壓水射流沖孔的瓦斯治理效果，結果表明，煤層實施水力沖孔措施后，煤的彈性潛能得到了釋放，有效消除激發突出的應力，具有較好的卸壓增透效果，有效地提高抽采瓦斯濃度和抽放量，實現安全快速的區域消突。本文介紹了高壓水射流卸壓增透瓦斯治理技術在新集一礦-700m中央行人暗斜井揭穿4、5煤層的研究和應用。

關鍵詞：高壓水射流；煤層卸壓效果；研究應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.003

1 前言

石門揭穿突出危險煤層時一般具有較大的突出危險性，且突出強度高；石門揭煤地點的煤層瓦斯壓力、應力都處于原始狀態，揭穿煤層時，工作面由堅硬的巖層突然進入較松軟的煤層，這些因素都為發生突出提供了有利的條件。同時，因石門揭煤施工工藝的特殊性，揭穿突出煤層的全過程都有危險，并可能發生連續突出、延期突出和自行揭開突出，比一般類型的突出對人身安全的危害更大；另一方面，新建礦井、新水平或新采區的準備又不能避免石門揭煤。因此，石門揭煤前制定合理有效的專項防突技術，對礦井石門的安全、高效揭煤具有十分重要意義。

近年來，隨著機械化采掘的日益發展，開采深度逐漸增加，煤與瓦斯突出的危害程度日益嚴重，特別是石門揭穿突出危險煤層時一般具有較大的突出危險性。因此如何在石門揭煤中增加瓦斯抽放范圍以提高瓦斯抽采率，降低煤層瓦斯含量和瓦斯壓力，是礦井瓦斯災害防治的關鍵問題。

2 工程概況

新集一礦三采區-700中央行人暗斜井首次揭露4、5煤，揭煤標高為-700m。巷道所揭4煤、5煤區段位于F10斷層以北，地質勘探線6～7線之間，揭煤標高為-701.3m，所揭4煤、5煤屬未進行突出危險性鑒定層煤，6煤屬突出煤層未劃分區域，所揭煤層均為新水平首次揭露。4煤層瓦斯含量0.9972m3/t，瓦放散初速度△P為9，煤的堅固性系數f為0.86；5煤層瓦斯含量5.4912m3/t，瓦放散初速度△P為6，煤的堅固性系數f為0.5。

3 高壓水射流防突原理分析

高壓水射流鉆擴一體化裝備是在已施工的穿層鉆孔，以高壓水為動力，對鉆孔周圍煤體進行切割、剝離，改變煤層彈性潛能和應力分布，達到增強卸壓、提高透氣性、擴大了瓦斯抽采半徑、促進瓦斯排放的作用，實現降低或消除突出潛能。

4 高壓水射流的應用

4.1 施工情況

2013年9月8日至2013年10月17日新集一礦-700中央行人暗斜井揭5煤期間共施工68個鉆孔，其中沖孔5個，沖孔記錄見表1。揭煤區域共設計施工5個高壓水射流鉆擴一體化擴孔試驗鉆孔，擴出煤屑的排屑率見表1。鉆孔竣工圖見圖1。

由表1可知，試驗期間單孔排屑量為1.2～7.6噸，排出煤屑率為1.6%～2.7%，達到了預期目的。

4.2 效果分析

采用高壓水射流擴孔期間工作面瓦斯濃度為0.1%～0.12%，回風瓦斯濃度為0.08%～0.1%。

通過對采用高壓水射流的鉆孔及其周邊普通鉆孔孔內瓦斯濃度分析，鉆孔抽采前期孔內瓦斯濃度較大，且周邊鉆孔孔內瓦斯濃度上升較為明顯，采用高壓水射流后抽采瓦斯濃度達到3%～22.8%。

沖孔后的抽采瓦斯濃度和抽采流量是沒有采取沖孔措施鉆孔的1倍以上；沖孔后附近的鉆孔抽采瓦斯濃度有明顯上升，上升量在10%以上；沖孔后的抽采流量的衰減系數明顯減小，為沒有采取沖孔措施鉆孔的1/4。見圖2、圖3。

4.3 效果評價

-700中央行人暗斜井執行高壓水射流鉆孔一體化裝備區域防突措施后，共抽采瓦斯約15000m3，抽采率為65.7%，抽采時間30天；實測殘余瓦斯含量為2.6098m3/t，鉆屑瓦斯解吸指標Δh2最大值為70Pa，評價-700中央行人暗斜井防突措施有效。基于高壓水射流破煤原理，通過理論分析和實際應用，結果表明，煤層實施水力沖孔措施后，煤的彈性潛能得到了釋放，有效消除激發突出的應力，具有較好的卸壓增透效果，有效地提高抽采瓦斯濃度和抽放量，實現安全快速的區域消突。

5 結論

通過以上數據表明，在采用強化卸壓增透措施后，抽采流量可提高1倍以上，鉆孔抽采濃度提高10%以上，降低了鉆孔衰減流量，提高了瓦斯抽采濃度和抽放量，增大了煤層透氣性系數，擴大了抽放半徑，減少了預抽時間，實現區域快速消除煤與瓦斯突出帶來的災害影響，保證在無保護層開采煤層的采掘接替。

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