底板抽采巷水力冲孔技术在严重突出煤层的应用 |
| 2012-09-24 17:44 作者：焦 鹏 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网9月24日讯】原文载于《科技与生活》杂志2012年第13期，文章称，本文研究了水力冲孔技术的防突机理，介绍了水力冲孔的工艺流程.研究表明，在严重突出矿井，平煤股份十二矿区，采用水力冲孔措施，这样就有效地消除激发突出的应力，很大程度地释放煤体中的瓦斯，增大了煤体抑制突出的阻力，很大程度地起到了综合防突效果，且提高巷道掘进速度3倍左右。
关键词水力冲孔；突出煤层；防突措施
平煤股份十二矿属于煤与瓦斯突出矿井，全矿井共发生煤与瓦斯突出27次，随着开采深度的增加，瓦斯压力、瓦斯涌出量、地应力不断增加，出现了突出-冲击复合的这一新的煤岩瓦斯动力灾害形态。
针对平煤股份有限公司十二矿突出煤层透气性差、瓦斯压力大、地应力大、煤层成孔困难、本煤层瓦斯预抽效果差的特征，本文提出了水力冲孔技术，显著提高突出煤层掘进速度。
1水力冲孔技术的作用机理
煤和瓦斯是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质等多因素共同作用的结果。煤层中发生煤和瓦斯突出的动力，所以如果能够释放引起煤和瓦斯爆发效能，这样就可以控制瓦斯突出，从而提高安全性。而水力冲孔方法通常意义来讲便是利用水压作用来造成掘进之处通透，逐步构建成形槽孔。同时，在孔道周边的煤朝着孔道位置进行转移，令煤体整个变形，在底板处也产生了一定的位置变化，从而令孔道的影响四周的地应力下降，一方面，煤层压力大幅度下降，裂隙增加，从而将煤层的透气性提升，这样下来能够很好的分解瓦斯，在排放上面也能够加强；另一方面是湿润煤体，减小了煤体的脆性，增加了可塑性，降低了煤体内部的应力集中，构建为较大水力掏槽孔。
2水力冲孔设备及工艺流程
2.1水力冲孔设备及选型
水力冲孔设备主要有：冲孔泵：型号BRW400/31.5型煤矿用乳化液泵，额定压力31.5Mpa、额定流量400L/min。水箱：铁质，容积3m3。压力表：型号YHY60（B）矿用本安型数字压力计。高压密封钻杆：型号ZGFA50/800。高压射流器：GSQ30/1.5。高压射流喷嘴：型号SHG—2.8。控制装置：型号BO—TK01。高压密封水辫：FL/HZ。MK-4型全液压坑道钻机。高压管路：选用内径分别为Φ19mm、Φ25mm、和Φ51mm，耐压强度不低于35MPa的高压胶管。
2.2水力冲孔的工艺流程
2.2.1施工时
钻机、泵站设备检查确认设备完好。打钻周围巷道支护情况，防护网，压风自救、防喷装置安设完好情况。巷道排水设备，排水系统，管线完好情况齐备情况。施工人员佩戴风镜等安全防护用品。施工巷道内严禁无关人员进入和停留。施工巷道回风系统严禁人员进入和停留。按照钻孔设计施工水力冲孔钻孔，煤层顶板0.5m成孔后将钻杆全部退出。
2.2.2冲孔时
确定钻机处冲孔设备进液阀关闭状态，安装专用钻杆顺至成孔孔底。确定施工人员站在冲孔位置上风侧安全位置。缓慢开启钻机处进液阀，起始保持压力5Mpa，然后缓慢调高，待压力稳定后开始从孔底冲孔。确定冲孔压力稳定后，从孔底往外开始对煤段进行冲孔。冲孔人员时刻关注孔口出煤粉、出水情况和压力表变化以及周围巷道情况。当冲孔压力波动较大或周围其他异常情况发生时应立即停钻，处理后方可进行施工。待孔底1m煤段冲开后，先关闭钻机处进液阀，并来回拉动专用钻杆，确定孔内煤粉排出后，方可继续接卸钻杆。
2.2.3后续过程
按照由里往外的顺序进行冲孔，第一根专用钻杆冲孔时的步骤以后退式进行冲孔。先将液压泵站停止运行。再将冲孔进液阀进行关闭。当冲孔压力为0Mpa时，方可进行退专用钻杆。跟班干部详细记录当班出现的异常情况，对于当班能处理的隐患及时进行处理，处理不了的提前汇报给施工单位当天值班人员，以提前进行安排。
3效果检验及效果分析
去年从2月19日开始时用水力冲孔后，抽放效果明显，１～３月份月抽放瓦斯量。
冲孔前后瓦斯浓度和流量的变化如下表所示，冲孔前瓦斯浓度为0.8％～9.8％，平均5.9％，冲孔后瓦斯浓度为9.0％～15.0％。平均12.0％。1～9号孔平均抽放浓度比冲孔前的7.8％增至冲孔后的12.0％，增加了1.54倍。冲孔前的单孔纯流量为0.00066m3/min～0.0079m3/min，平均为0.0048m3/min，冲孔后的单孔纯流量为0.010m3/min～0.018m3/min，平均为0.014m3/min，1～9号孔的平均单孔纯流量由冲孔前的0.0048m3/min增至冲孔后的0.014m3/min，增加到2.9倍。
如下图所示，通过底板岩巷钻场向预抽煤巷方向进行水力冲孔，工程部位要穿入煤层顶板；在钻具过煤段实施高压水通过钻头建立射流，利用高压水经钻杆和头进行360°的作业能够很好的将煤层卸力；煤体经过了高压水射流的冲击后，煤体会出现许许多多的空隙，水自然力量下使煤体缝隙不断的扩张；钻孔四周的煤体经过作用会向钻孔轴向位置进行大幅度的移动，这样就令钻孔四周的煤体产生物理形态的变化，煤体间隙不断的扩大也使之中间的碎块脱离煤体，煤体内部产生很大的缝隙。煤体卸压后的煤层透气性大幅度上升，瓦斯自然排放效果很好，从而达到有效阻碍煤与瓦斯突出发生的预期效果。
4总结
综上所述为水力冲孔工艺简单，施工安全，技术可行，同时令煤壁潮湿，将粉尘浓度有效的一直，因此能够起到优化工作场景中的环境，能够很大程度上缓解人体的呼吸道压力。水力冲孔也令到水力掏槽孔前方及两侧的煤体压力和应力下降。将煤体四周的应力降低，而后增加煤层透气性，自然的将瓦斯密度降低，而且增大了煤体抑制突出的阻力，这样能够全面的增加矿下作业的环境指数。同时根据试验的结果及数据的研究分析能够看出，提出的水力冲孔机理与试验效果能够印证。水力冲孔在将煤和一定量的瓦斯排除的情况下，令煤体的应力下降，使四处煤体能够在一定等级上卸压，这样下来就能够让煤体透气性增加，极大的扩大了瓦斯的自然排放及抽采，由以上设计施工和试验研究表明，通过穿层钻孔和水力冲孔相结合，在相同数目钻孔的条件下，能够提高钻孔的使用效果，缩短煤体原始瓦斯抽采时间因此经济效益和社会效益十分显著。
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