超高壓水力割縫增透技術(shù)在告成礦的應(yīng)用與研究

陳新生

摘? 要：告成煤礦二1煤層瓦斯含量高、透氣性差，采用超高壓水力割縫技術(shù)增加煤層透氣性，依據(jù)類似地質(zhì)條件工作面施工經(jīng)驗(yàn)確定關(guān)鍵施工參數(shù)。應(yīng)用超高壓水力割縫技術(shù)后，割縫鉆孔與普通鉆孔相比，抽采濃度平均提高1.5～2倍，單孔抽采純量平均提升2～3倍。鉆孔高效抽采周期從10天10%以下增加到20天20%左右。

關(guān)鍵詞：瓦斯抽采;超高壓水力割縫;關(guān)鍵參數(shù);卸壓增透

中圖分類號(hào)：TD712.6? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）29-0183-02

Abstract： The gas content of No. 2-1 coal seam is high and the gas permeability is poor. The ultra-high pressure hydraulic slotting technology is used to increase the gas permeability of coal seam， and the key construction parameters are determined according to the construction experience of similar geological conditions working faces. Compared with common drilling holes， the average concentration of pumping and production is increased by 1.5～2 times and the average purity of single-hole pumping is increased by 2～3 times. The period of high efficiency drilling and extraction is increased from less than 10% in 10 days to about 20% in 20 days.

Keywords： gas drainage; ultra-high pressure hydraulic slotting; key parameter; pressure relief and permeability enhancement

引言

告成煤礦煤層松軟、煤層吸附瓦斯能力強(qiáng)、煤層透氣性低，穿層預(yù)抽鉆孔瓦斯?jié)舛鹊?、瓦斯流量衰減快，抽采效果不理想，25011工作面煤層瓦斯含量高、透氣性差，通過調(diào)研地質(zhì)條件相仿的松藻礦區(qū)和25011下底抽巷鉆孔施工情況，選用水力割縫增透技術(shù)方法進(jìn)行揭煤鉆孔和區(qū)域瓦斯治理鉆孔的增透，并進(jìn)行研究和考察。

1 水力割縫增透技術(shù)及裝備

1.1 水力割縫增透技術(shù)原理

鉆孔水力割縫技術(shù)利用高壓水射流來對(duì)鉆孔的煤層段進(jìn)行割縫。通過高壓水射流強(qiáng)烈的切割、沖擊作用，將鉆孔周圍部分煤體沖走，增加孔內(nèi)空間和煤體內(nèi)表面積，同時(shí)引起煤體膨脹變形，并逐漸擴(kuò)大其影響范圍，孔隙增加，透氣性增大，提高了抽采效率，有效地降低了割縫附近煤體的煤層瓦斯含量，實(shí)現(xiàn)消除煤與瓦斯突出的目的。

1.2 水力割縫系統(tǒng)

水力割縫系統(tǒng)有高壓泵站、鉆機(jī)和配套附件三部分組成。其中高壓泵站提供高壓水射流，提供具有割縫能力的水射流的能量;鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)打鉆和退鉆功能;配套附件如鉆頭、高低壓轉(zhuǎn)換割縫器、高壓密封鉆桿等，主要作用是輸送高壓水并形成煤體的切割作用。

1.3 水力割縫關(guān)鍵參數(shù)

高壓供水參數(shù)：割縫期間終端水壓不低于15MPa，以鉆機(jī)附近壓力表顯示值為準(zhǔn);供水流量應(yīng)大于100L/min。

割縫煤量：在恒壓供水情況下，從開始割縫至鉆孔出清水或出煤量達(dá)到設(shè)計(jì)要求為一個(gè)割縫循環(huán)（一刀）。煤孔徑向割縫刀距0.8～1.5m，割縫時(shí)間：≥30min或鉆孔出清水，出煤量0.5～1.0t/刀。

割縫鉆孔參數(shù)：割縫鉆孔傾角大于5°，原則上傾角小于5°鉆孔不準(zhǔn)采用水力割縫增透措施。

2 水力割縫工藝的實(shí)施

2.1 工業(yè)試驗(yàn)地點(diǎn)概況

告成煤礦25011工作面位于25采區(qū)南翼上部，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤厚變化大，煤層傾角5～10°，平均8°。工作面揭煤點(diǎn)向北42m左右為F5108正斷層;向北67m左右為F5109正斷層，揭煤點(diǎn)巷道上幫19m為F5106正斷層尖滅點(diǎn)，受影響較小。25011下底抽巷實(shí)測(cè)煤層原始瓦斯含量5.06～8.84m3/t。

2.2 水力割縫增透鉆孔參數(shù)對(duì)比

25011下副巷揭煤區(qū)域抽采鉆孔采取水力割縫措施，鉆孔組內(nèi)間距12m。共設(shè)計(jì)和完成水力割縫鉆孔97個(gè)，割縫煤量共870t，割縫壓力6～15MPa，割縫期間煤漿出渣較均勻，割縫完后孔口附近瓦斯較普通孔增大，鄰近鉆孔有出水現(xiàn)象（割縫情況見表1）。

3 水力割縫效果考察

3.1 瓦斯抽采效果對(duì)比

在施工區(qū)域選未采取高壓水力割縫措施的鉆孔和采取了高壓水力割縫措施的鉆孔中各一組，連續(xù)觀測(cè)抽采參數(shù)（抽采情況如圖1、圖2、圖3所示）。

通過對(duì)比可以看出未采取割縫預(yù)抽鉆孔濃度最高為52%，最低為2%，平均濃度為18%;采取高壓水力割縫措施鉆孔濃度大幅度提升，其中單孔濃度最高為68%，最低為9%，平均濃度為33%;采取割縫鉆孔較未割縫鉆孔抽采濃度增加比較明顯，平均提高1.5～2倍，單孔抽采純量同時(shí)平均提升2～3倍。與此同時(shí)未采取割縫普通預(yù)抽鉆孔抽采10天左右抽采濃度衰減至10%以下，采取割縫鉆孔抽采20天后濃度基本維持在20%，鉆孔高效抽采周期明顯增加，抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間縮短50%。

3.2 工作面掘進(jìn)涌出考察

工作面掘進(jìn)過程中未出現(xiàn)煤與瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，預(yù)測(cè)驗(yàn)證q值最大3.28L/min小于5L/min，S值最大3.4kg/m小于6kg/m，實(shí)測(cè)指標(biāo)q、S均小于其臨界值，且鉆孔施工過程中未發(fā)生其它異常情況，工作面無突出危險(xiǎn)?；仫L(fēng)流瓦斯?jié)舛?.12-0.25%之間，平均0.15%，實(shí)現(xiàn)了安全高效掘進(jìn)。

4 結(jié)束語

通過工業(yè)試驗(yàn)和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)考察研究，得出以下結(jié)論：

（1）該技術(shù)可縮短工作面瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判時(shí)長(zhǎng)。通過對(duì)鉆孔進(jìn)行割縫，鉆孔抽采濃度平均提高1.5～2倍，抽采純量提高2～3倍，工作面抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間縮短50%。

（2）采用技術(shù)后，抽采量穩(wěn)定，抽采效果好，安全揭煤;掘進(jìn)期間，q值最大3.28L/min，S值最大3.4kg/m，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸畲?.25%，平均0.15%，實(shí)現(xiàn)安全高效掘進(jìn)。

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