高压水射流卸压增投瓦斯治理技术研究与应用.doc

高压水射流卸压增透瓦斯治理技术研究与应用 高压水射流卸压增透瓦斯治理技术 研究与应用 钻探分公司技术组 朱 勇 摘要为提高区域瓦斯治理钻孔的抽采浓度和抽放量，减少突出煤层预抽时间，基于高压水射流破煤原理，研究了高压水射流冲孔卸压增透的防突机理，通过理论分析、实验室试验数据和工业经验相结合的办法，阐述了高压水射流冲孔的试验效果，并结合淮北宿东煤田瓦斯地质条件，确定了高压水射流冲孔卸压增透提高抽放量技术的应用模式，结果表明，在无保护层开采的特厚易自燃松软低透强突出煤层实施水力冲孔措施后，煤的弹性潜能得到了释放，有效消除激发突出的应力，具有较好的卸压增透效果，有效地提高抽采瓦斯浓度和抽放量，实现安全快速的区域消突。 关键词水力冲孔；防突措施；突出煤层；瓦斯抽采；水射流 一、研究目的 近年来，随着机械化采掘的日益发展，开采深度逐渐增加，煤与瓦斯突出的危害程度日益严重，特别是高应力、大采深的松软低透煤层，需要耗费大量时间和工程量抽放，易造成生产接替紧张。因此如何在高应大采深的松软低透强突出煤层中瓦斯抽放范围以提高瓦斯抽采率，降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力，是矿井瓦斯灾害防治急需解决的关键问题。 二、矿井概况 朱仙庄矿南翼二水平瓦斯压力预计为2.6～6.1MPa，瓦斯含量为10.54～15.07m3/t。矿井南翼平均煤层透气性系数为0.0445m2/MPa2d，小于较难抽排煤层的临界值0.1m2/MPa2d，属于难于抽排煤层。由于卸压体积很小，煤层得不到足够的卸压，煤层透气性几乎不变，目前的穿层钻孔预抽还是以原始煤体的透气性在抽放瓦斯，单孔抽放量小，预抽时间长，抽放效果还不是很好。为了提高瓦斯抽放效果，需要采取强化卸压增透措施。 本文介绍了高压水射流卸压增透瓦斯治理技术在淮北矿区朱仙庄煤矿II833抽排巷的研究和应用。 三、高压水射流防突机理分析 （1）冲出大量煤体，为煤体膨胀变形提供了充分的空间，周围煤体在地应力作用下发生了膨胀变形，使地应力向四周移动，即起到局部卸压作用； （2）不但冲孔期间排放大量瓦斯，而且由于煤体的膨胀变形，增加了煤层的透气性，扩大了瓦斯抽采半径，提高了抽排效率，有效地降低煤层瓦斯含量； （3）湿润煤体，使煤体减少脆性，增加了煤体塑性，降低煤体弹性势能，另外，湿润煤体后，可降低煤体中残存瓦斯的解吸速度，减小瓦斯膨胀能。 四、高压水射流的应用 在朱仙庄矿II833抽排巷相距50m的两个同侧钻场进行试验，一个钻场未采取高压水射流冲孔的防突措施，另一个钻场采取高压水射流冲孔的防突措施，将两个钻场的钻孔覆盖煤层范围作为两个评价单元，分别对两个评价单元的冲煤量相比较，并在两个评价单元钻场都安装V锥自动计量装置对瓦斯浓度、抽放量等参数相比较，后期再施工测压钻孔进行残余瓦斯压力测定。 1、现场试验效果 （1）冲煤量和瓦斯量 12年3月份，在朱仙庄矿高压水射流冲孔试验表明，能冲出0.5t/m1.4t/m煤量，甚至达到2.85t/m，吨煤瓦斯涌出量达原煤瓦斯含量数倍，甚至数十倍。 未采取高压水射流冲孔防突措施的钻场，钻孔施工完毕后，钻场冲煤量基本为零。 朱仙庄矿II834回风联巷T2探头监控瓦斯浓度变化曲线 （2）提高瓦斯浓度和抽放量 为保障两个评价单元数据的可比性，在钻孔施工完毕后不进行联管临时抽放，采取留设观察孔，并进行日常化测定，并将测定数据每天填报汇总，并绘制下面图表进行直观计算。 计算得出结论 冲孔后的抽采浓度和抽放瓦斯纯流量分别为没有采取冲孔措施的2.7和2.84倍。 冲孔后的瓦斯浓度和抽放瓦斯纯量的衰减系数明显减小，分别为没有采取冲孔措施的四分之一和三分之一。 （3）增透效果 煤层透气性系数增加了4.7倍和1.7倍。 钻孔瓦斯流量衰减系数减小了3.48倍和6.18倍 水力冲孔后钻孔百米煤孔瓦斯流量衰减趋势曲线图 （4）高压水射流冲孔半径考察 朱仙庄矿II833抽排巷平均每米煤段出煤量为1.2吨，相当于把孔径113mm孔洞扩为直径为0.96m的孔洞，有效影响半径达5.37m。 （5）冲出煤量与冲煤时间的关系 高压水射流冲孔措施破煤机理为裂缝的产生、水楔作用、表面冲刷三个过程，上述作用连续、交替发生，形成水射流落煤过程。因此，从单个破坏循环和整个冲孔过程看，均随时间延长，出煤量增加。 （6）高压水射流冲孔现场施工示意图 钻孔 安全密封卡头 喷嘴 煤层 钻场 钻杆 三通 钻机 截止阀 压力表 高压水进入 射流泵 胶管 套管 水力冲孔施工现场示意图 五、残余瓦斯压力、防突参数测定 根据钻孔施工结束进行施工区域效果检验钻孔，经采取测定煤层钻屑瓦斯解析量△h2、钻屑量和K1值，通过校检钻孔被动测压测定煤层残余瓦斯压力进行比较。 各项指标对照表 防突措施 △h2 Pa 钻屑量Smax （Kg） K1 瓦斯压力（MPa） 未采取 260（干煤） 9 0.42 0.72 采取 170（干煤） 4.8 0.27 0.63 六、结论 通过以上数据表明，在采用强化卸压增透措施后，提高了瓦斯抽采浓度和抽放量，增大了煤层透气性系数，扩大了抽放半径，减少了预抽时间，实现区域快速消除煤与瓦斯突出带来的灾害影响，保证在无保护层开采煤层的采掘接替。