高壓水射流卸壓增透瓦斯治理技術

高壓水射流卸壓增透瓦斯治理技術匹

1=1研究與應用鉆探分公司技術組朱勇摘要：為提高區(qū)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、實驗室試驗數(shù)據(jù)和工業(yè)經驗相結合的辦法，闡述了高壓水射流沖孔的試驗效果，并結合淮北宿東煤田瓦斯地質條件，確定了高壓水射流沖孔卸壓增透提高抽放量技術的應用模式，結果表明，在無保護層開采的特厚易自燃松軟低透強突出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(fā)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?jié)舛群统榉帕浚瑢崿F(xiàn)安全快速的區(qū)域消突。關鍵詞：水力沖孔；防突措施；突出煤層；瓦斯抽采；水射流一、 研究目的近年來，隨著機械化采掘的日益發(fā)展，開采深度逐漸增加，煤與瓦斯突出的危害程度日益嚴重，特別是高應力、大采深的松軟低透煤層，需要耗費大量時間和工程量抽放，易造成生產接替緊張。因此如何在高應大采深的松軟低透強突出煤層中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急需解決的關鍵問題。二、 礦井概況朱仙莊礦南翼二水平瓦斯壓力預計為2.6?6.1MPa，瓦斯含量為10.54?15.07m3/t。礦井南翼平均煤層透氣性系數(shù)為0.0445m/(MPa2?d)，小于較難抽排煤層的臨界值0.1m2/(MPa2?d)，屬于難于抽排煤層。由于卸壓體積很小，煤層得不到足夠的卸壓煤層透氣性幾乎不變，目前的穿層鉆孔預抽還是以原始煤體的透氣性在抽放瓦斯，單孔抽放量小，預抽時間長，抽放效果還不是很好。為了提高瓦斯抽放效果，需要采取強化卸壓增透措施。本文介紹了高壓水射流卸壓增透瓦斯治理技術在淮北礦區(qū)朱仙莊煤礦II833抽排巷的研究和應用。三、 高壓水射流防突機理分析（1） 沖出大量煤體，為煤體膨脹變形提供了充分的空間，周圍煤體在地應力作用下發(fā)生了膨脹變形，使地應力向四周移動，即起到局部卸壓作用；（2） 不但沖孔期間排放大量瓦斯，而且由于煤體的膨脹變形，增加了煤層的透氣性，擴大了瓦斯抽采半徑，提高了抽排效率，有效地降低煤層瓦斯含量；（3） 濕潤煤體，使煤體減少脆性，增加了煤體塑性，降低煤體彈性勢能，另外，濕潤煤體后，可降低煤體中殘存瓦斯的解吸速度，減小瓦斯膨脹能。四、 高壓水射流的應用在朱仙莊礦II833抽排巷相距50m的兩個同側鉆場進行試驗，一個鉆場未采取高壓水射流沖孔的防突措施，另一個鉆場采取高壓水射流沖孔的防突措施，將兩個鉆場的鉆孔覆蓋煤層范圍作為兩個評價單元，分別對兩個評價單元的沖煤量相比較，并在兩個評價單元鉆場都安裝V錐自動計量裝置對瓦斯?jié)舛?、抽放量等參?shù)相比較，后期再施工測壓鉆孔進行殘余瓦斯壓力測定。1、現(xiàn)場試驗效果（1）沖煤量和瓦斯量12年3月份，在朱仙莊礦高壓水射流沖孔試驗表明，能沖出0.5t/m?1.4t/m煤量，甚至達到2.85t/m,噸煤瓦斯涌出量達原煤瓦斯含量數(shù)倍，甚至數(shù)十倍。未采取高壓水射流沖孔防突措施的鉆場，鉆孔施工完畢后，鉆場沖煤量基本為零。

朱仙莊礦II834朱仙莊礦II834回風聯(lián)巷丁2探頭監(jiān)控瓦斯?jié)舛茸兓€ 時間(2)提高瓦斯?jié)舛群统榉帕繛楸Ｕ蟽蓚€評價單元數(shù)據(jù)的可比性，在鉆孔施工完畢后不進行聯(lián)管臨時抽放，采取留設觀察孔，并進行日?；瘻y定，并將測定數(shù)據(jù)每天填報匯總，并繪制下面圖表進行直觀計算。計算得出結論：沖孔后的抽采濃度和抽放瓦斯純流量分別為沒有采取沖孔措施的2.7和2.84倍。沖孔后的瓦斯?jié)舛群统榉磐咚辜兞康乃p系數(shù)明顯減小，分別為沒有采取沖孔措施的四分之一和三分之一。II-i-I—-II-i-I—-1—-I—-II（3）增透效果煤層透氣性系數(shù)增加了4.7倍和1.7倍。鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)減小了3.48倍和6.18倍水力沖孔后鉆孔百米煤孔瓦斯流量衰減趨勢曲線圖（4）高壓水射流沖孔半徑考察朱仙莊礦II833抽排巷平均每米煤段出煤量為1.2噸，相當于把孔徑113mm孔洞擴為直徑為0.96m的孔洞，有效影響半徑達5.37m。時間（h）

(5)沖出煤量與沖煤時間的關系高壓水射流沖孔措施破煤機理為裂縫的產生、水楔作用、表面沖刷三個過程，上述作用連續(xù)、交替發(fā)生，形成水射流落煤過程。因此，從單個破壞循環(huán)和整個沖孔過程看，均隨時間延長，出煤量增加。(6)高壓水射流沖孔現(xiàn)場施工示意圖高壓水進入截止閥射流泵水力沖孔施工現(xiàn)場示意圖(6)高壓水射流沖孔現(xiàn)場施工示意圖高壓水進入截止閥射流泵水力沖孔施工現(xiàn)場示意圖五、殘余瓦斯壓力、防突參數(shù)測定根據(jù)鉆孔施工結束進行施工區(qū)域效果檢驗鉆孔，經采取測定煤層鉆屑瓦斯解析量△?、鉆屑量和K1值，通過校檢鉆孔被動測壓測定煤層殘余瓦斯壓力進行比較。各項指標對照表防突措施△h2(Pa)鉆屑量Smax(Kg)K1瓦斯壓力（MPa）未米取260（干煤）90.420.72采取170（干煤）4.80.270.63