【摘 要】
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我国的碎软煤层数量占比可达50%以上,这类煤层在地质构造运动的影响下,具有煤质碎软、坚固系数低、瓦斯含量高、煤层透气性低等特点。随着我国煤矿向更深部开采,煤层地应力逐渐增大,极易发生孔内坍塌和孔壁失稳等问题,导致钻进难度增大,成孔深度浅。为此提出高压水射流造穴卸压增透辅助瓦斯抽采技术,通过造穴形成半径较大的腔体来改变煤层原生裂隙,增大煤层的裸露面积并且产生新的裂隙网络,提高煤层的透气性并形成一定瓦
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我国的碎软煤层数量占比可达50%以上,这类煤层在地质构造运动的影响下,具有煤质碎软、坚固系数低、瓦斯含量高、煤层透气性低等特点。随着我国煤矿向更深部开采,煤层地应力逐渐增大,极易发生孔内坍塌和孔壁失稳等问题,导致钻进难度增大,成孔深度浅。为此提出高压水射流造穴卸压增透辅助瓦斯抽采技术,通过造穴形成半径较大的腔体来改变煤层原生裂隙,增大煤层的裸露面积并且产生新的裂隙网络,提高煤层的透气性并形成一定瓦斯抽采区域,改变原有的瓦斯抽采情况。本文以新安煤矿14250底抽巷10#钻场为工程试验研究背景,在钻-冲一体化的基础上深入研究。通过理论分析、矿区调研、数值模拟、室内试验和现场工程试验相结合的方法,分析了喷嘴类型、射流环境和射流压力等对喷嘴内外部流场的影响;研究高压水射流破煤机理以及煤岩体损伤破坏过程;探究不同水射流速度对煤岩体损伤破坏情况等,得出的结论为钻-冲-完一体化水力造穴技术在现场工程试验提供理论支撑。通过研究得出以下结论:（1）通过对射流流场和钻孔上壁冲击应力模拟分析得出,淹没环境下高压水射流以45°角度发生射流时,此时形成的流场更有助于井底煤岩屑的扬起和排出;非淹没环境下选择以90°角度冲击煤体时动压损失小更利于形成半径较大的造穴腔体。（2）随着泵压的增大,喷嘴出口处水射流速度越大,煤体的损伤单元数与坑体深度也随之增大;造穴压力维持在10～20 MPa左右之间时,通过模拟可得出在实际水力造穴中,将钻机转速维持在90～110 r/min区间时,可最大化破煤。（3）在新安煤矿钻-冲-完一体化水力造穴试验现场综合评价中,煤层增透效果及瓦斯抽采效率显著。钻孔单孔平均每米煤孔段冲煤量在1.09～1.88 t之间,平均1.31 t,依据冲煤量估算,水力造穴腔体直径在1.14～1.37 m之间,是普通钻孔的近11倍;煤层透气性系数提高了15.61倍;瓦斯抽采影响半径提高了4.66倍;瓦斯压力降低了64.55%;钻-冲-完一体化造穴可节省时间22.53%～26.17%。
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