论文部分内容阅读
摘要：新河矿井瓦斯含量大、压力高、地质构造复杂，为提高煤层透气性，有效提高瓦斯抽采效果，实现突出煤层快速消突，在12091工作面下抽巷进行了水力冲孔试验，并对试验结果进行了分析研究，为新河矿井瓦斯治理提供了很好的途径。
关键词：水力冲孔 抽采效果 消突
新河矿井位于河南省焦作市，隶属于河南煤化集团焦煤公司，设计建设规模60万t/a，矿井设计服务年限37.3年。
矿井设计主采山西组二1煤，井田东西长约3km，南北宽1-3Km，含煤面积7.93Km2。煤层倾角7～12°，煤层厚度4.33～8.10m，平均煤厚6.08m。地勘时期，二1煤层瓦斯钻孔试样10个，瓦斯含量为1.47～26.22m3/t，平均15.43m3/t。其中首采区（-500m水平以浅）平均瓦斯含量为13.24m3/t；矿井后期（-500m水平以深）平均瓦斯含量为24.47m3/t。基建期间获得12个井下钻孔瓦斯参数，1个地面钻井参数，瓦斯含量为6.77～27.86m3/t，瓦斯压力为0.95～3.05MPa，其中在第一中车场揭煤处测得瓦斯压力达到2.6MPa，在采区变电所测得瓦斯压力达到3.0MPa。在主井落底时测出瓦斯含量26.08m3/t，在地面抽采钻井取样测得瓦斯含量27.86m3/t。属煤与瓦斯突出矿井。
1 水力冲孔消突机理
水力冲孔作用机理就是一方面依靠高压水射流的射流打击力，造成煤体的破碎、掉落，逐渐在煤体中形成一个大尺寸的孔洞。与此同时，孔洞周围的煤体向孔道方向发生大幅度的径向位移，造成顶、底板之间的相向位移，引起在孔道影响范围内的地应力降低，煤层得到充分卸压，裂隙增加，使煤层透气性大幅度增高，促进瓦斯解吸和排放，大幅度地释放了煤层和围岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能，煤的塑性增高和湿度增加。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，起到了综合防突的作用。
通过这两方面既消除了突出的动力，又改变了突出煤层的性质，起到在采掘作业时防止煤与瓦斯突出的作用。
2 技术工艺
以“矿用水力冲孔机”为主要技术实施设备。在现场进行冲孔是按照以下程序进行。
①调整“矿用水力冲孔机”机架升降调节装置，使疏孔达到设计工作高度和倾角。
②调整校直机构的调节导向轮，使连续钢管校直。
③启动高压水泵，并进入正常供水状态，高压水泵将高压水通过高压软管注入高压水切削喷嘴，经切削喷嘴射流切削岩矿体。
④启动连续钢管驱动机构，合理控制推进速度。
⑤开启水泵，缓慢推进喷嘴，每推进1圈暂停1～3分钟，观察水质，直至推进至泥岩处，在水压表不超过40Mpa的情况下加压冲孔，每0.5m作为一个冲孔循环，在每个循环内反复进退喷嘴，直至孔口返水颜色变浅，如此循环冲至煤层底板处。水压表超过40Mpa时调整水量，降低压力，当压力降到40Mpa以下时稳定5min左右方可推进。
⑥上述作业完成后，退出切削喷嘴，更换洗孔喷嘴，进行洗孔作业。洗孔过程中反复推送喷嘴，直至孔口返水颜色变浅。
⑦冲孔结束后统计冲出煤量及作业期间瓦斯涌出量，考察冲孔效果。
⑧利用压风吹孔后连抽。
3 主要试验内容
本次试验地点为12091下顶抽巷17号钻场。钻场处距煤层法线14.4m，煤层厚度6.08m，煤层倾角11.15°。
12091下顶抽巷17号钻场总计41个钻孔，40个为抽采钻孔、1个压裂钻孔。钻场迎头正中间是1个压裂钻孔。40个抽采钻孔全部施工完毕，其中12个孔是采用带压封孔方法封孔，28个采用临时封孔方法封孔（11个孔为胶囊式快速封孔器封孔、17个孔为聚氨酯临时封孔）。本次试验钻孔位置见图1。
■
图1 17号钻场钻孔布置图
表1 17号钻场水力冲孔钻孔情况汇总表
■
4 试验结果及分析
4.1 冲出煤量和瓦斯量
冲孔共分两阶段进行，第一阶段未使用防喷装置，冲孔汇总如下表2。
第二阶段安装防喷装置，冲孔汇总如下表3。
4.2 提高瓦斯浓度和抽放量
冲孔前后对17号钻场抽采浓度和抽放瓦斯纯流量分别进行测量，前后变化情况分别如图所示。
■
图2 17号钻场冲孔前后瓦斯抽采浓度曲线图
■
圖3 17号钻场冲孔前后瓦斯抽采纯量曲线图
根据计算，17号钻场冲孔后的浓度和纯流量分别提高了2.78倍和2.52倍，效果比较理想。
5 结论
试验表明，水力冲孔措施实施后，使得煤体得到充分泄压，煤体的应力梯度下降，在释放应力的同时较大程度上增加煤层透气性，钻孔抽采浓度和抽采纯量都有了大幅度的提高，表明水力冲孔措施在增强煤层透气性、提高瓦斯抽采效果方面具有很好的可行性。
参考文献：
[1]于不凡，王佑安.煤与瓦斯灾害防治及利用技术手册[S].北京：煤炭工业出版社，2000：537-542.
[2]刘明举，孔留安，郝富昌等.水力冲孔技术在严重突出煤层中的应用[J].煤炭学报，2005，30（4）：11-14.
[3]薛胜雄，黄汪平，陈正文等.高压水射流技术与应用[M].北京：机械工业出版社，1998.
关键词：水力冲孔 抽采效果 消突
新河矿井位于河南省焦作市，隶属于河南煤化集团焦煤公司，设计建设规模60万t/a，矿井设计服务年限37.3年。
矿井设计主采山西组二1煤，井田东西长约3km，南北宽1-3Km，含煤面积7.93Km2。煤层倾角7～12°，煤层厚度4.33～8.10m，平均煤厚6.08m。地勘时期，二1煤层瓦斯钻孔试样10个，瓦斯含量为1.47～26.22m3/t，平均15.43m3/t。其中首采区（-500m水平以浅）平均瓦斯含量为13.24m3/t；矿井后期（-500m水平以深）平均瓦斯含量为24.47m3/t。基建期间获得12个井下钻孔瓦斯参数，1个地面钻井参数，瓦斯含量为6.77～27.86m3/t，瓦斯压力为0.95～3.05MPa，其中在第一中车场揭煤处测得瓦斯压力达到2.6MPa，在采区变电所测得瓦斯压力达到3.0MPa。在主井落底时测出瓦斯含量26.08m3/t，在地面抽采钻井取样测得瓦斯含量27.86m3/t。属煤与瓦斯突出矿井。
1 水力冲孔消突机理
水力冲孔作用机理就是一方面依靠高压水射流的射流打击力，造成煤体的破碎、掉落，逐渐在煤体中形成一个大尺寸的孔洞。与此同时，孔洞周围的煤体向孔道方向发生大幅度的径向位移，造成顶、底板之间的相向位移，引起在孔道影响范围内的地应力降低，煤层得到充分卸压，裂隙增加，使煤层透气性大幅度增高，促进瓦斯解吸和排放，大幅度地释放了煤层和围岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能，煤的塑性增高和湿度增加。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，起到了综合防突的作用。
通过这两方面既消除了突出的动力，又改变了突出煤层的性质，起到在采掘作业时防止煤与瓦斯突出的作用。
2 技术工艺
以“矿用水力冲孔机”为主要技术实施设备。在现场进行冲孔是按照以下程序进行。
①调整“矿用水力冲孔机”机架升降调节装置，使疏孔达到设计工作高度和倾角。
②调整校直机构的调节导向轮，使连续钢管校直。
③启动高压水泵，并进入正常供水状态，高压水泵将高压水通过高压软管注入高压水切削喷嘴，经切削喷嘴射流切削岩矿体。
④启动连续钢管驱动机构，合理控制推进速度。
⑤开启水泵，缓慢推进喷嘴，每推进1圈暂停1～3分钟，观察水质，直至推进至泥岩处，在水压表不超过40Mpa的情况下加压冲孔，每0.5m作为一个冲孔循环，在每个循环内反复进退喷嘴，直至孔口返水颜色变浅，如此循环冲至煤层底板处。水压表超过40Mpa时调整水量，降低压力，当压力降到40Mpa以下时稳定5min左右方可推进。
⑥上述作业完成后，退出切削喷嘴，更换洗孔喷嘴，进行洗孔作业。洗孔过程中反复推送喷嘴，直至孔口返水颜色变浅。
⑦冲孔结束后统计冲出煤量及作业期间瓦斯涌出量，考察冲孔效果。
⑧利用压风吹孔后连抽。
3 主要试验内容
本次试验地点为12091下顶抽巷17号钻场。钻场处距煤层法线14.4m，煤层厚度6.08m，煤层倾角11.15°。
12091下顶抽巷17号钻场总计41个钻孔，40个为抽采钻孔、1个压裂钻孔。钻场迎头正中间是1个压裂钻孔。40个抽采钻孔全部施工完毕，其中12个孔是采用带压封孔方法封孔，28个采用临时封孔方法封孔（11个孔为胶囊式快速封孔器封孔、17个孔为聚氨酯临时封孔）。本次试验钻孔位置见图1。
■
图1 17号钻场钻孔布置图
表1 17号钻场水力冲孔钻孔情况汇总表
■
4 试验结果及分析
4.1 冲出煤量和瓦斯量
冲孔共分两阶段进行，第一阶段未使用防喷装置，冲孔汇总如下表2。
第二阶段安装防喷装置，冲孔汇总如下表3。
4.2 提高瓦斯浓度和抽放量
冲孔前后对17号钻场抽采浓度和抽放瓦斯纯流量分别进行测量，前后变化情况分别如图所示。
■
图2 17号钻场冲孔前后瓦斯抽采浓度曲线图
■
圖3 17号钻场冲孔前后瓦斯抽采纯量曲线图
根据计算，17号钻场冲孔后的浓度和纯流量分别提高了2.78倍和2.52倍，效果比较理想。
5 结论
试验表明，水力冲孔措施实施后，使得煤体得到充分泄压，煤体的应力梯度下降，在释放应力的同时较大程度上增加煤层透气性，钻孔抽采浓度和抽采纯量都有了大幅度的提高，表明水力冲孔措施在增强煤层透气性、提高瓦斯抽采效果方面具有很好的可行性。
参考文献：
[1]于不凡，王佑安.煤与瓦斯灾害防治及利用技术手册[S].北京：煤炭工业出版社，2000：537-542.
[2]刘明举，孔留安，郝富昌等.水力冲孔技术在严重突出煤层中的应用[J].煤炭学报，2005，30（4）：11-14.
[3]薛胜雄，黄汪平，陈正文等.高压水射流技术与应用[M].北京：机械工业出版社，1998.