高压水射流卸压增透瓦斯治理技术研究与应用

常先隐

摘 要：为提高石门揭煤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，通过理论分析和实际应用，阐述了高压水射流冲孔的瓦斯治理效果，结果表明，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。本文介绍了高压水射流卸压增透瓦斯治理技术在新集一矿-700m中央行人暗斜井揭穿4、5煤层的研究和应用。

关键词：高压水射流；煤层卸压效果；研究应用

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

1 前言

石门揭穿突出危险煤层时一般具有较大的突出危险性，且突出强度高；石门揭煤地点的煤层瓦斯压力、应力都处于原始状态，揭穿煤层时，工作面由坚硬的岩层突然进入较松软的煤层，这些因素都为发生突出提供了有利的条件。同时，因石门揭煤施工工艺的特殊性，揭穿突出煤层的全过程都有危险，并可能发生连续突出、延期突出和自行揭开突出，比一般类型的突出对人身安全的危害更大；另一方面，新建矿井、新水平或新采区的准备又不能避免石门揭煤。因此，石门揭煤前制定合理有效的专项防突技术，对矿井石门的安全、高效揭煤具有十分重要意义。

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，特别是石门揭穿突出危险煤层时一般具有较大的突出危险性。因此如何在石门揭煤中增加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的关键问题。

2 工程概况

新集一矿三采区-700中央行人暗斜井首次揭露4、5煤，揭煤标高为-700m。巷道所揭4煤、5煤区段位于F10断层以北，地质勘探线6～7线之间，揭煤标高为-701.3m，所揭4煤、5煤属未进行突出危险性鉴定层煤，6煤属突出煤层未划分区域，所揭煤层均为新水平首次揭露。4煤层瓦斯含量0.9972m3/t，瓦放散初速度△P为9，煤的坚固性系数f为0.86；5煤层瓦斯含量5.4912m3/t，瓦放散初速度△P为6，煤的坚固性系数f为0.5。

3 高压水射流防突原理分析

高压水射流钻扩一体化装备是在已施工的穿层钻孔，以高压水为动力，对钻孔周围煤体进行切割、剥离，改变煤层弹性潜能和应力分布，达到增强卸压、提高透气性、扩大了瓦斯抽采半径、促进瓦斯排放的作用，实现降低或消除突出潜能。

4 高压水射流的应用

4.1 施工情况

2013年9月8日至2013年10月17日新集一矿-700中央行人暗斜井揭5煤期间共施工68个钻孔，其中冲孔5个，冲孔记录见表1。揭煤区域共设计施工5个高压水射流钻扩一体化扩孔试验钻孔，扩出煤屑的排屑率见表1。钻孔竣工图见图1。

由表1可知，试验期间单孔排屑量为1.2～7.6吨，排出煤屑率为1.6%～2.7%，达到了预期目的。

4.2 效果分析

采用高压水射流扩孔期间工作面瓦斯浓度为0.1%～0.12%，回风瓦斯浓度为0.08%～0.1%。

通过对采用高压水射流的钻孔及其周边普通钻孔孔内瓦斯浓度分析，钻孔抽采前期孔内瓦斯浓度较大，且周边钻孔孔内瓦斯浓度上升较为明显，采用高压水射流后抽采瓦斯浓度达到3%～22.8%。

冲孔后的抽采瓦斯浓度和抽采流量是没有采取冲孔措施钻孔的1倍以上；冲孔后附近的钻孔抽采瓦斯浓度有明显上升，上升量在10%以上；冲孔后的抽采流量的衰减系数明显减小，为没有采取冲孔措施钻孔的1/4。见图2、图3。

4.3 效果评价

-700中央行人暗斜井执行高压水射流钻孔一体化装备区域防突措施后，共抽采瓦斯约15000m3，抽采率为65.7%，抽采时间30天；实测残余瓦斯含量为2.6098m3/t，钻屑瓦斯解吸指标Δh2最大值为70Pa，评价-700中央行人暗斜井防突措施有效。基于高压水射流破煤原理，通过理论分析和实际应用，结果表明，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。

5 结论

通过以上数据表明，在采用强化卸压增透措施后，抽采流量可提高1倍以上，钻孔抽采浓度提高10%以上，降低了钻孔衰减流量，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。

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