超高壓水力割縫卸壓增透技術(shù)及裝備

薛飛

摘要：通過(guò)超高壓水力割縫，能增加煤層的透氣性，提高鉆孔等效直徑、抽采量、抽采半徑、初速度及殘余瓦斯下降的幅度，進(jìn)而達(dá)到快速消突的目的。

關(guān)鍵詞：超高壓;水力割縫;卸壓增透

引言：

穿層鉆孔是防治煤礦煤巖動(dòng)力災(zāi)害主要技術(shù)手段之一。鉆孔直徑及煤層透氣性是決定穿層鉆孔抽采效果的關(guān)鍵因素。

一、技術(shù)原理

超高壓水力割縫卸壓增透技術(shù)是在已施工的穿層鉆孔，以高壓水為動(dòng)力，對(duì)鉆孔周圍煤體進(jìn)行切割、剝離，改變煤層彈性潛能和應(yīng)力分布，達(dá)到增強(qiáng)卸壓、提高透氣性和促進(jìn)瓦斯排放的作用，實(shí)現(xiàn)降低或消除突出潛能。

二、技術(shù)特點(diǎn)

可實(shí)現(xiàn)80～100m以上順層鉆孔、80～120m以上穿層鉆孔進(jìn)行超高壓水力割縫。

（一）可實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)、割縫一體化

（二）操作方便，效率高，穿層、順層鉆孔均可割縫

（三）割縫半徑可達(dá)1.0～1.5m

（四）設(shè)備鉆齒、超高壓旋轉(zhuǎn)接頭及系列鉆桿更有利于排渣

（五）依據(jù)煤層硬度不同選配系列化高低壓轉(zhuǎn)換器

三、適用范圍

超高壓水力割縫裝置裝備適用于：（1） 高地應(yīng)力、高瓦斯、低透氣性煤層（煤層硬度f(wàn)>0.4）工作面順層鉆孔、穿層鉆孔及石門揭煤卸壓增透、沖擊地壓防治等;（2） 超高壓頂板切割，局部放頂。

說(shuō)明：對(duì)區(qū)域性的壓裂采用先割后壓、先割后注，人為預(yù)先制造裂隙，使得壓裂過(guò)程中裂紋可控，能更好的實(shí)現(xiàn)卸壓增透效果，提高抽采效率。

四、操作規(guī)范

（一）使用范圍

煤的堅(jiān)固性系數(shù)f≥0.4：適用于底板巖巷穿層鉆孔、石門揭煤、工作面順層鉆孔超高壓割縫增透。

（二）系統(tǒng)功能

采用高低壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換割縫器，低壓狀態(tài)下水從前端流出，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)功能;高壓狀態(tài)下，割縫器前端封閉，形成徑向射流，實(shí)現(xiàn)割縫功能;達(dá)到不退出鉆桿鉆進(jìn)、切割于一體化的作用。

（三）應(yīng)用效果

裝置正常工作壓力達(dá)到100MPa，煤層切割后形成2.0～2.5m的縫隙，提高煤層的透氣性和瓦斯釋放能力。高壓割縫后抽采時(shí)間縮短1/3～1/2，減少措施鉆孔工程量1/3以上。

（四）設(shè)備準(zhǔn)備階段

（1） 井下供水系統(tǒng)準(zhǔn)備：將Φ25或Φ19的高壓膠管的一端連接井下巷幫供水管路，另一端接入清水箱，因?yàn)槌邏呵逅昧髁繛?25L/min，供水管路所提供水流量需滿足割縫作業(yè)時(shí)超高壓清水泵所需水流量，并且保證在割縫作業(yè)時(shí)連續(xù)供水。

（2） 鉆機(jī)、超高壓清水泵、清水箱運(yùn)往施工地點(diǎn)后，對(duì)鉆機(jī)底座進(jìn)行固定。超高壓清水泵及清水箱擺放地點(diǎn)需平整，且清水箱的擺放平面不能低于超高壓清水泵的擺放平面。超高壓清水泵擺放在距離割縫鉆孔較近位置，以減少高壓水沿程阻力損失。

（3） 割縫作業(yè)前將清水箱加滿水，鉆孔成孔后開啟巷幫供水管路閥門，清水箱連續(xù)供水，保證超高壓清水泵正常工作所需水量。

（4） 排水系統(tǒng)準(zhǔn)備：由于高壓水要從孔內(nèi)排出，起到?jīng)_刷排渣作用，為了防治水對(duì)井下施工環(huán)境造成影響，施工前必須做好排水系統(tǒng)準(zhǔn)備，主要包括排水溝、沉淀池等。

（5） 供電系統(tǒng)準(zhǔn)備：超高壓清水泵接電分1140V和660V兩種接法，施工地點(diǎn)能夠滿足超高壓清水泵用電要求。超高壓清水泵電機(jī)功率為250KW，所用供電開關(guān)功率必須大于清水泵電機(jī)功率，防止割縫作業(yè)期間供電開關(guān)過(guò)載導(dǎo)致超高壓清水泵瞬間停止運(yùn)轉(zhuǎn)，造成超壓清水泵內(nèi)部組件損毀，影響其使用壽命。另外，割縫作業(yè)時(shí)要保證供電不間斷性，避免由于突然斷電對(duì)超高壓清水泵造成損壞。施工地點(diǎn)若出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸?，能自?dòng)切斷設(shè)備電源。

（6） 封孔、抽采材料準(zhǔn)備：進(jìn)行鉆孔施工、割縫時(shí)須提前安裝抽采管路及抽采監(jiān)控計(jì)量裝置，準(zhǔn)備好封孔及抽采所需配件、材料、管路、電纜、滅火器材、封孔接抽材料、計(jì)量?jī)x器儀表等，整齊堆放在施工附近安全地點(diǎn)，以便割縫后及時(shí)封孔并連接抽采。

（五）連接階段

（1） 金剛石水力割縫鉆頭與高低壓轉(zhuǎn)換器連接：將金剛石水力割縫鉆頭母口與高低壓轉(zhuǎn)換器公口連接，用手?jǐn)Q至最大深度后再用管鉗擰緊。

（2） 高低壓轉(zhuǎn)換器與水力割縫淺螺旋鉆桿連接：連接前先在水力割縫淺螺旋鉆桿公口涂沫黃油，再將鉆桿公口與高低壓轉(zhuǎn)換器母口連接，同樣用手?jǐn)Q至最大深度，再用管鉗或鉆機(jī)擰緊。

（3） 水力割縫淺螺旋鉆桿之間連接：鉆桿連接前先在鉆桿公口端安裝3道聚氨酯密封圈，用手加接鉆桿后，再利用鉆機(jī)動(dòng)力擰緊，注意鉆機(jī)油壓不能過(guò)高，保證鉆桿之間擰緊即可。

（4） 水力割縫淺螺旋鉆桿與超高壓旋轉(zhuǎn)接頭連接：先對(duì)超高壓旋轉(zhuǎn)接頭前端公口螺紋端涂抹黃油，再與水力割縫淺螺旋鉆桿連接，連接時(shí)接鉆桿母口與超高壓旋轉(zhuǎn)接頭公口對(duì)準(zhǔn)，用手先帶緊，再用管鉗擰緊。

（5） 超高壓旋轉(zhuǎn)接頭與超高壓軟管連接：采用高精度螺紋連接，先將超高壓軟管母口螺紋對(duì)準(zhǔn)超高壓旋轉(zhuǎn)接頭，注意不能傾斜，用手帶緊后再用管鉗擰緊，不能擰的過(guò)猛導(dǎo)致螺紋滑絲，影響密封性。

（6） 超高壓軟管之間及超高軟管與超高壓三通裝置之間連接：接頭均為高精度螺紋，連接時(shí)先將母口接頭與公口接頭對(duì)準(zhǔn)，用手帶緊后再用管鉗擰緊，擰緊過(guò)程中要注意力度，防治螺紋接頭滑絲。

（7） 超高壓軟管與超高壓清水泵連接：先將超高壓軟管的母口對(duì)準(zhǔn)超高壓清水泵出水段的公口，用手帶緊后再用管鉗擰緊，同樣要注意力度，不能擰的過(guò)猛，避免螺紋接頭滑絲。

（8） 超高壓清水泵與清水箱連接：超高壓清水泵與清水箱采用Φ32溢流回液管和Φ64吸液軟管連接。溢流回液管采用快速接頭連接。吸液軟管接清水箱一端套住清水箱吸液蝶閥出口再用卡環(huán)擰緊;吸液軟管接超高壓清水泵一端為快接公口，直接接入超高壓清水泵進(jìn)水口快接母口。

（六）實(shí)施階段

（1） 連接管路，低壓水正常打鉆至設(shè)計(jì)深度，根據(jù)煤孔段長(zhǎng)度按0.5～1m割一刀，計(jì)算該鉆孔所需割縫刀數(shù)。

（2） 撤出一根鉆桿，換上超高壓管路，撤人警戒，開啟超高壓清水泵，首次啟動(dòng)空載5分鐘以上，待孔口返水后，控制調(diào)壓閥，勻速增壓，開啟鉆機(jī)帶動(dòng)鉆桿以適當(dāng)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)高低壓轉(zhuǎn)換器對(duì)煤層周邊煤體進(jìn)行切割，每刀割縫時(shí)間在2～5min之間。

（3） 切割一刀結(jié)束后，將超高壓清水泵泵壓回零，利用鉆機(jī)將鉆桿由內(nèi)向外退出0.5～1m的距離或再撤出一根鉆桿，控制調(diào)壓螺母，將泵壓緩慢、勻速增加至100MPa，繼續(xù)進(jìn)行割縫作業(yè)。

（4） 重復(fù)上述2、3步驟，完成預(yù)計(jì)割縫刀數(shù)。

（5） 割縫完成后，先將超高壓清水泵泵壓回零，再關(guān)閉超高壓清水泵，待充分卸壓后，撤卸鉆桿并堆放整齊，高低壓轉(zhuǎn)換器、金剛石水力割縫鉆頭、超高壓旋轉(zhuǎn)接頭妥善保管。

（八）維護(hù)保養(yǎng)

（1）超高壓旋轉(zhuǎn)接頭使用80小時(shí)后需加注黃油，以保證其內(nèi)部組件潤(rùn)滑。

（2）鉆頭、鉆桿每次使用前需進(jìn)行清洗，定期進(jìn)行防銹處理。

（3）高低壓轉(zhuǎn)換器每次使用后要進(jìn)行表面及腔體防銹處理，噴嘴及腔體要清洗干凈。

（4）超高壓軟管接頭處要保持干凈，無(wú)泥渣，且使用一段時(shí)候后要進(jìn)行防銹處理。

（5）超高壓清水泵日常維護(hù)保養(yǎng)：高壓管路是否損壞、箱體溫度不宣過(guò)高、沒(méi)有異常噪音、管路不抖動(dòng)、各緊固件是否有松動(dòng)、柱塞密封潤(rùn)滑條件、油封有無(wú)滲漏嚴(yán)重（允許掛油）、清水箱的清潔度及水位、柱塞密封是否正常、保持高壓清洗泵站清潔和良好環(huán)境、交接班要保證完好設(shè)備進(jìn)行交接，如設(shè)備故障必須告知接班司機(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1]《煤礦安全規(guī)程》（國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第87號(hào)）[S].2018

[2]《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》（煤安監(jiān)技裝[2019]28號(hào)）[S].2019