水力造穴增透技术在红阳二矿的应用研究

田双龙 王庆国 张连军

(1.沈阳焦煤集团红阳二矿，辽宁 110000；2.中国矿业大学安全工程学院，江苏 221008；3.徐州博安科技发展有限责任公司，江苏 221008)

水力造穴增透技术在红阳二矿的应用研究

田双龙1王庆国1张连军2，3

(1.沈阳焦煤集团红阳二矿，辽宁 110000；2.中国矿业大学安全工程学院，江苏 221008；3.徐州博安科技发展有限责任公司，江苏 221008)

研究了水力射流造穴卸压增透的机理，并在红阳二矿1205运顺底抽巷进行应用。根据现场应用可知：水力造穴可以在煤层中形成可控的松散空间，给煤体流变提供空间，给瓦斯运移提供通道。根据对比结果发现，水力造穴相对于普通密集钻孔，日平均瓦斯抽采量可提高7.72倍，可以大幅度的缩短工作面预抽周期。水力造穴技术是一种适合突出煤层的卸压增透技术，具有较好的应用和推广前景。

高瓦斯 强突煤层 水力造穴 增透 瓦斯抽采

沈阳焦煤集团红阳二矿是高瓦斯强突矿井，主采煤层12号煤属于突出煤层。1205工作面位于12号煤，其机巷在2013年5月开始在底抽巷施工密集钻孔技术进行卸压抽采，经过7个月的抽采发现，钻孔有效影响半径非常有限，抽采总管路浓度长期维持在2%～3%，平均日抽采瓦斯量仅为187m3，区域预抽效果不理想。因此开展了底抽巷水力射流造穴卸压增透强化抽采技术课题研究。

图1 水力射流造穴钻孔沿巷道布置图

1 水力造穴卸压增透机理

水力造穴增透的基本原理是：在钻孔内运用高压水射流对钻孔周围的煤体进行切割，在钻孔周围形成一系列具有一定宽度和长度的穴洞空间(随煤体流变会演变成非承压松散堆积体，从而产生大量人造裂隙)，利用水流将切割下来的煤体带出孔外。在钻孔内部形成可控的空间，使煤体卸压。卸压的煤体弹性能得到释放，煤层中的瓦斯得到充分解吸和释放，从而释放出瓦斯内能，降低煤体中瓦斯含量。同时提高造穴钻孔及邻近抽采钻孔的瓦斯流量。其特点有如下几点：

(1)可控性的排出大量煤体，为煤体膨胀变形提供充分的空间，转移造穴后煤体周围的地应力。

(2)造穴期间有大量的瓦斯排出，而且造穴后，由于煤体发生膨胀变形，孔隙率增加，透气性增大，导致较远处的瓦斯也源源不断地涌向钻孔。

(3)湿润煤体，使煤体脆性减弱，塑性增加，降低煤体弹性势能。

(4)润湿的煤体在掘进或回采期间可以大大改善巷道粉尘问题。

2 现场应用

2.1 运输巷基本概况

红阳二矿西二采区1205工作面位于西二采区与西三采区交界处，属于12号煤，煤层赋存相对稳定，煤层顶底板以砂岩和砂质泥岩为主，较稳定。12号煤层倾角平均4°～7°；煤层瓦斯含量5.1～13.0m3/t；瓦斯压力0.2～5.2MPa；坚固性系数0.17～0.3；煤层透气性0.0002～0.0006m2/MPa2·d。2013年5月开始施工密集钻孔，钻孔间距5m，每组9个钻孔，组间距5m。2013年9月施工完成1200个钻孔，并联网抽采。

2.2 方案设计

根据现场施工情况，2013年12月11日调整后的水力射流造穴钻孔施工方案为：水力射流造穴钻孔组间距为10m，每组钻孔数量为7个，12月14日开始在7～8组之间施工水力射流造穴钻孔。钻孔布置图如1所示。

2.3 水力射流造穴操作流程

(1)措施孔施工完后统一进行煤体段高压水力造穴，并认真做好注水记录。

(2)高压乳化液泵要求：额定压力31.5MPa，额定流量≥200L/min。

(3)水力造穴时压力逐步升高：由2MPa～5MPa～10MPa～15MPa～20MPa～25MPa。如在施工时水压压力达到30MPa立即停止，待水压压力降至25MPa方可继续。

(4)每造穴1m长度要求出煤0.5t，当水从附近钻孔、裂隙涌出或煤壁渗水时，应利用钻机调节钻头在钻孔中的位置，重新达到造穴要求。

(5)每次水力造穴结束后，水力造穴泵控制开关必须打到停止位置，并加锁，防止误操作导致高压水伤人。

(6)造穴钻孔要求从上往下施工，即先施工大角度孔，再施工小角度孔。及时将孔内煤粉排干净。

(7)造穴时，由抽放区指派三人负责操作，一人负责操作高压泵，一人负责操作泄压阀，一人负责操作钻机，其他人员全部站到安全位置。

(8)造穴过程中，操作人员严禁站到正对钻孔方向；要设专人观察工作场所范围内瓦斯动力现象预兆，发现瓦斯异常或冒顶及片帮征兆时，要立即组织人员撤退。

(9)在水力造穴和打钻过程中发现如下有突出预兆，煤岩层发出劈裂声、闷雷声、机枪声、响煤炮；煤壁发生震动和冲击，顶板来压，支护体发出折裂声，包括支护体来压、岩壁开裂、掉碴、片帮、底板鼓起；瓦斯忽大忽小，喷瓦斯等现象，应立即停止作业，撤到安全地点待命，并立即向调度室报告。

3 工业效果

截止2014年3月20日，共施工水力射流造穴钻孔36组，钻孔260个，控制巷道长度410m，排出煤体560t，造穴钻孔煤层段长度1200m，平均单孔出煤2.15t，每米出煤0.47t以上。

作者统计了1205运输巷底抽巷从2013年7月15日到2014年6月17日共338日的抽采数据，并根据施工水力射流造穴的时间，对上述数据进行了划分。其中，从2013年7月15日～2013年12月11日期间联网抽采钻孔为1200个密集钻孔；2013年12月12日～2014年6月17日期间联网抽采钻孔为1200个密集钻孔+260个水力射流钻孔。所有338天联网管路抽采数据如图2所示。

图2 浓度、抽采纯量随时间变化关系图

从图2可知：在密集钻孔技术抽采期间，总管路的浓度和流量都非常低，从2013年12月11日井下开始施工水力射流造穴钻孔开始，总管路抽采瓦斯纯量、浓度开始上升，随着水力射流造穴钻孔的增加，其卸压范围也在增大，不仅造穴钻孔解析出大量瓦斯，同时也会对周围原有密集钻孔产生影响。因此总管路的浓度、抽采瓦斯纯量都在不断上升。说明水力造穴钻孔可以很好的增大煤体的透气性，促进煤层中瓦斯的解析。

为了更加定量的分析水力造穴钻孔对煤层卸压增透的效果，作者把水力射流造穴施工前后的抽采数据进行了分别统计计算，并绘制成对比图3所示。

由图3、 4可知： (1) 从2013年7月15日～2014年6月17日期间，底抽巷抽采管路共抽出瓦斯总量为284788m3。(2)2013年7月15日～2013年12月11日期间141天共抽出瓦斯26400m3，日平均抽采瓦斯量为：187m3/d， 平均总管路浓度为：

图3 水力射流造穴钻孔与密集钻孔日平均瓦斯抽采量对比图

图4 水力射流造穴钻孔与密集钻孔抽采瓦斯量对比图

2.57%； 2013年12月12日～2014年6月17日期间179天共抽出瓦斯258350m3，日平均抽采瓦斯量为1443m3/d，平均总管路浓度为8.55%。(3)从2013年12月11日井下开始施工水力射流造穴钻孔开始，总管路抽采瓦斯纯量净增加232130m3，日平均抽采瓦斯量提高7.72倍，浓度提升3.33倍。

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[9] 吴海进.高瓦斯低透气性煤层卸压增透理论与技术研究[D].2009.

[10] 华安增.地应力与煤和瓦斯突出的关系.四川煤矿第二届煤和瓦斯突出学术讨论会资料汇编[C].1978.

(责任编辑 王一然)

Application of Permeability Enhancement Induced by Hydraulic Jet Cavity in Hongyang No.2 Colliery

TIAN Shuanɡlonɡ1,WANG Qinɡɡuo1,Zhanɡ Lianjun2，3

(1.Hongyang No.2 Coal Mine, Shenyang Coking Coal Co.，Ltd., Liaoning 110000; 2.School of Safety Engineering, China University of Mining and Technology, Jiangsu 221008; 3.Xuzhou Boan Technology Development Co.，Ltd., Jiangsu 221008)

The mechanism of pressure relief and permeability enhancement induced by hydraulic jet cavity was investigated,and the field application was conducted in the drainage roadway under 1205 haulage gateway of Hongyang No.2 colliery. The results show that hydraulic jet can create the controllable loss cavity across the seams,forming the space for the flow and deformation of coal,and providing the channel of gas migration. Compared with the ordinary dense boreholes,the hydraulic jet cavity can increase the average gas extraction amount per day by 7.72 times,greatly reducing the gas pre-drainage time. The hydraulic jet cavity is one high effective technology for pressure relief and permeability enhancement suitable for outburst coal seam with wide application and extension perspective.

Gas; strong burst-proneness coal seam; hydraulic jet cavity; permeability enhancement; gas extraction

田双龙，毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，现担任沈阳焦煤集团红阳二矿矿长职务。