底板抽采巷水力沖孔技術(shù)在嚴(yán)重突出煤層的應(yīng)用

摘 要 本文研究了水力沖孔技術(shù)的防突機(jī)理，介紹了水力沖孔的工藝流程.研究表明，在嚴(yán)重突出礦井，平煤股份十二礦區(qū)，采用水力沖孔措施，這樣就有效地消除激發(fā)突出的應(yīng)力，很大程度地釋放煤體中的瓦斯，增大了煤體抑制突出的阻力，很大程度地起到了綜合防突效果，且提高巷道掘進(jìn)速度3倍左右。

關(guān)鍵詞 水力沖孔；突出煤層；防突措施

中圖分類號 TD713 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0162-01

平煤股份十二礦屬于煤與瓦斯突出礦井，全礦井共發(fā)生煤與瓦斯突出27次，隨著開采深度的增加，瓦斯壓力、瓦斯涌出量、地應(yīng)力不斷增加，出現(xiàn)了突出-沖擊復(fù)合的這一新的煤巖瓦斯動力災(zāi)害形態(tài)。

針對平煤股份有限公司十二礦突出煤層透氣性差、瓦斯壓力大、地應(yīng)力大、煤層成孔困難、本煤層瓦斯預(yù)抽效果差的特征，本文提出了水力沖孔技術(shù)，顯著提高突出煤層掘進(jìn)速度。

1 水力沖孔技術(shù)的作用機(jī)理

煤和瓦斯是由地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)等多因素共同作用的結(jié)果。 煤層中發(fā)生煤和瓦斯突出的動力，所以如果能夠釋放引起煤和瓦斯爆發(fā)效能，這樣就可以控制瓦斯突出，從而提高安全性。而水力沖孔方法通常意義來講便是利用水壓作用來造成掘進(jìn)之處通透，逐步構(gòu)建成形槽孔。同時，在孔道周邊的煤朝著孔道位置進(jìn)行轉(zhuǎn)移，令煤體整個變形，在底板處也產(chǎn)生了一定的位置變化，從而令孔道的影響四周的地應(yīng)力下降，一方面，煤層壓力大幅度下降，裂隙增加，從而將煤層的透氣性提升，這樣下來能夠很好的分解瓦斯，在排放上面也能夠加強(qiáng)；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，構(gòu)建為較大水力掏槽孔。

2 水力沖孔設(shè)備及工藝流程

2.1 水力沖孔設(shè)備及選型

水力沖孔設(shè)備主要有：沖孔泵：型號BRW400/31.5型煤礦用乳化液泵，額定壓力31.5 Mpa、額定流量400L/min。水箱：鐵質(zhì)，容積3 m3。壓力表：型號YHY60（B）礦用本安型數(shù)字壓力計。高壓密封鉆桿：型號ZGFA50/800。高壓射流器：GSQ30/1.5。高壓射流噴嘴：型號SHG—2.8?？刂蒲b置：型號BO—TK01。高壓密封水辮：FL/HZ。MK-4型全液壓坑道鉆機(jī)。高壓管路 ：選用內(nèi)徑分別為Φ19 mm、Φ25 mm、和Φ51 mm，耐壓強(qiáng)度不低于35 MPa的高壓膠管。

2.2 水力沖孔的工藝流程

2.2.1 施工

鉆機(jī)、泵站設(shè)備檢查確認(rèn)設(shè)備完好。打鉆周圍巷道支護(hù)情況，防護(hù)網(wǎng)，壓風(fēng)自救、防噴裝置安設(shè)完好情況。巷道排水設(shè)備，排水系統(tǒng)，管線完好情況齊備情況。施工人員佩戴風(fēng)鏡等安全防護(hù)用品。施工巷道內(nèi)嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入和停留。施工巷道回風(fēng)系統(tǒng)嚴(yán)禁人員進(jìn)入和停留。按照鉆孔設(shè)計施工水力沖孔鉆孔，煤層頂板0.5 m成孔后將鉆桿全部退出。

2.2.2 沖孔

確定鉆機(jī)處沖孔設(shè)備進(jìn)液閥關(guān)閉狀態(tài)，安裝專用鉆桿順至成孔孔底。確定施工人員站在沖孔位置上風(fēng)側(cè)安全位置。緩慢開啟鉆機(jī)處進(jìn)液閥，起始保持壓力5 Mpa，然后緩慢調(diào)高，待壓力穩(wěn)定后開始從孔底沖孔。確定沖孔壓力穩(wěn)定后，從孔底往外開始對煤段進(jìn)行沖孔。沖孔人員時刻關(guān)注孔口出煤粉、出水情況和壓力表變化以及周圍巷道情況。當(dāng)沖孔壓力波動較大或周圍其他異常情況發(fā)生時應(yīng)立即停鉆，處理后方可進(jìn)行施工。待孔底1 m煤段沖開后，先關(guān)閉鉆機(jī)處進(jìn)液閥，并來回拉動專用鉆桿，確定孔內(nèi)煤粉排出后，方可繼續(xù)接卸鉆桿。

2.2.3 后續(xù)過程

按照由里往外的順序進(jìn)行沖孔，第一根專用鉆桿沖孔時的步驟以后退式進(jìn)行沖孔。先將液壓泵站停止運(yùn)行。再將沖孔進(jìn)液閥進(jìn)行關(guān)閉。當(dāng)沖孔壓力為0 Mpa時，方可進(jìn)行退專用鉆桿。跟班干部詳細(xì)記錄當(dāng)班出現(xiàn)的異常情況，對于當(dāng)班能處理的隱患及時進(jìn)行處理，處理不了的提前匯報給施工單位當(dāng)天值班人員，以提前進(jìn)行安排。

3 效果檢驗及效果分析

去年從2月19日開始時用水力沖孔后，抽放效果明顯，１～３月份月抽放瓦斯量。

沖孔前后瓦斯?jié)舛群土髁康淖兓缦卤硭?，沖孔前瓦斯?jié)舛葹?.8％～9.8％，平均5.9％，沖孔后瓦斯?jié)舛葹?.0％～15.0％。平均12.0％。1～9號孔平均抽放濃度比沖孔前的7.8％增至沖孔后的12.0％，增加了1.54倍。沖孔前的單孔純流量為0.00066 m3/min

～0.0079 m3/min，平均為0.0048 m3/min，沖孔后的單孔純流量為0.010 m3/min～0.018 m3/min，平均為0.014 m3/min，1～9號孔的平均單孔純流量由沖孔前的0.0048 m3/min增至沖孔后的0.014 m3/min，增加到2.9倍。

通過底板巖巷鉆場向預(yù)抽煤巷方向進(jìn)行水力沖孔，工程部位要穿入煤層頂板；在鉆具過煤段實施高壓水通過鉆頭建立射流，利用高壓水經(jīng)鉆桿和頭進(jìn)行360°的作業(yè)能夠很好的將煤層卸力；煤體經(jīng)過了高壓水射流的沖擊后，煤體會出現(xiàn)許許多多的空隙，水自然力量下使煤體縫隙不斷的擴(kuò)張；鉆孔四周的煤體經(jīng)過作用會向鉆孔軸向位置進(jìn)行大幅度的移動，這樣就令鉆孔四周的煤體產(chǎn)生物理形態(tài)的變化，煤體間隙不斷的擴(kuò)大也使之中間的碎塊脫離煤體，煤體內(nèi)部產(chǎn)生很大的縫隙。煤體卸壓后的煤層透氣性大幅度上升，瓦斯自然排放效果很好，從而達(dá)到有效阻礙煤與瓦斯突出發(fā)生的預(yù)期效果。

4 總結(jié)

綜上所述為水力沖孔工藝簡單，施工安全，技術(shù)可行，同時令煤壁潮濕，將粉塵濃度有效的一直，因此能夠起到優(yōu)化工作場景中的環(huán)境，能夠很大程度上緩解人體的呼吸道壓力。水力沖孔也令到水力掏槽孔前方及兩側(cè)的煤體壓力和應(yīng)力下降。將煤體四周的應(yīng)力降低，而后增加煤層透氣性，自然的將瓦斯密度降低，而且增大了煤體抑制突出的阻力，這樣能夠全面的增加礦下作業(yè)的環(huán)境指數(shù)。同時根據(jù)試驗的結(jié)果及數(shù)據(jù)的研究分析能夠看出，提出的水力沖孔機(jī)理與試驗效果能夠印證。水力沖孔在將煤和一定量的瓦斯排除的情況下，令煤體的應(yīng)力下降，使四處煤體能夠在一定等級上卸壓，這樣下來就能夠讓煤體透氣性增加，極大的擴(kuò)大了瓦斯的自然排放及抽采，由以上設(shè)計施工和試驗研究表明，通過穿層鉆孔和水力沖孔相結(jié)合，在相同數(shù)目鉆孔的條件下，能夠提高鉆孔的使用效果，縮短煤體原始瓦斯抽采時間因此經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著。

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