常先隱

摘 要：為提高石門揭煤區(qū)域瓦斯治理鉆孔的抽采濃度和抽放量，減少突出煤層預(yù)抽時(shí)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(jī)理，通過理論分析和實(shí)際應(yīng)用，闡述了高壓水射流沖孔的瓦斯治理效果，結(jié)果表明，煤層實(shí)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(yīng)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?，?shí)現(xiàn)安全快速的區(qū)域消突。本文介紹了高壓水射流卸壓增透瓦斯治理技術(shù)在新集一礦-700m中央行人暗斜井揭穿4、5煤層的研究和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高壓水射流；煤層卸壓效果；研究應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.003

1 前言

石門揭穿突出危險(xiǎn)煤層時(shí)一般具有較大的突出危險(xiǎn)性，且突出強(qiáng)度高；石門揭煤地點(diǎn)的煤層瓦斯壓力、應(yīng)力都處于原始狀態(tài)，揭穿煤層時(shí)，工作面由堅(jiān)硬的巖層突然進(jìn)入較松軟的煤層，這些因素都為發(fā)生突出提供了有利的條件。同時(shí)，因石門揭煤施工工藝的特殊性，揭穿突出煤層的全過程都有危險(xiǎn)，并可能發(fā)生連續(xù)突出、延期突出和自行揭開突出，比一般類型的突出對人身安全的危害更大；另一方面，新建礦井、新水平或新采區(qū)的準(zhǔn)備又不能避免石門揭煤。因此，石門揭煤前制定合理有效的專項(xiàng)防突技術(shù)，對礦井石門的安全、高效揭煤具有十分重要意義。

近年來，隨著機(jī)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(yán)重，特別是石門揭穿突出危險(xiǎn)煤層時(shí)一般具有較大的突出危險(xiǎn)性。因此如何在石門揭煤中增加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(zāi)害防治的關(guān)鍵問題。

2 工程概況

新集一礦三采區(qū)-700中央行人暗斜井首次揭露4、5煤，揭煤標(biāo)高為-700m。巷道所揭4煤、5煤區(qū)段位于F10斷層以北，地質(zhì)勘探線6～7線之間，揭煤標(biāo)高為-701.3m，所揭4煤、5煤屬未進(jìn)行突出危險(xiǎn)性鑒定層煤，6煤屬突出煤層未劃分區(qū)域，所揭煤層均為新水平首次揭露。4煤層瓦斯含量0.9972m3/t，瓦放散初速度△P為9，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f為0.86；5煤層瓦斯含量5.4912m3/t，瓦放散初速度△P為6，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f為0.5。

3 高壓水射流防突原理分析

高壓水射流鉆擴(kuò)一體化裝備是在已施工的穿層鉆孔，以高壓水為動(dòng)力，對鉆孔周圍煤體進(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、擴(kuò)大了瓦斯抽采半徑、促進(jìn)瓦斯排放的作用，實(shí)現(xiàn)降低或消除突出潛能。

4 高壓水射流的應(yīng)用

4.1 施工情況

2013年9月8日至2013年10月17日新集一礦-700中央行人暗斜井揭5煤期間共施工68個(gè)鉆孔，其中沖孔5個(gè)，沖孔記錄見表1。揭煤區(qū)域共設(shè)計(jì)施工5個(gè)高壓水射流鉆擴(kuò)一體化擴(kuò)孔試驗(yàn)鉆孔，擴(kuò)出煤屑的排屑率見表1。鉆孔竣工圖見圖1。

由表1可知，試驗(yàn)期間單孔排屑量為1.2～7.6噸，排出煤屑率為1.6%～2.7%，達(dá)到了預(yù)期目的。

4.2 效果分析

采用高壓水射流擴(kuò)孔期間工作面瓦斯?jié)舛葹?.1%～0.12%，回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.08%～0.1%。

通過對采用高壓水射流的鉆孔及其周邊普通鉆孔孔內(nèi)瓦斯?jié)舛确治?，鉆孔抽采前期孔內(nèi)瓦斯?jié)舛容^大，且周邊鉆孔孔內(nèi)瓦斯?jié)舛壬仙^為明顯，采用高壓水射流后抽采瓦斯?jié)舛冗_(dá)到3%～22.8%。

沖孔后的抽采瓦斯?jié)舛群统椴闪髁渴菦]有采取沖孔措施鉆孔的1倍以上；沖孔后附近的鉆孔抽采瓦斯?jié)舛扔忻黠@上升，上升量在10%以上；沖孔后的抽采流量的衰減系數(shù)明顯減小，為沒有采取沖孔措施鉆孔的1/4。見圖2、圖3。

4.3 效果評價(jià)

-700中央行人暗斜井執(zhí)行高壓水射流鉆孔一體化裝備區(qū)域防突措施后，共抽采瓦斯約15000m3，抽采率為65.7%，抽采時(shí)間30天；實(shí)測殘余瓦斯含量為2.6098m3/t，鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)Δh2最大值為70Pa，評價(jià)-700中央行人暗斜井防突措施有效?；诟邏核淞髌泼涸?，通過理論分析和實(shí)際應(yīng)用，結(jié)果表明，煤層實(shí)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(yīng)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?，?shí)現(xiàn)安全快速的區(qū)域消突。

5 結(jié)論

通過以上數(shù)據(jù)表明，在采用強(qiáng)化卸壓增透措施后，抽采流量可提高1倍以上，鉆孔抽采濃度提高10%以上，降低了鉆孔衰減流量，提高了瓦斯抽采濃度和抽放量，增大了煤層透氣性系數(shù)，擴(kuò)大了抽放半徑，減少了預(yù)抽時(shí)間，實(shí)現(xiàn)區(qū)域快速消除煤與瓦斯突出帶來的災(zāi)害影響，保證在無保護(hù)層開采煤層的采掘接替。

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