順層鉆孔預(yù)抽煤巷瓦斯抽采技術(shù)和應(yīng)用

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1、順層鉆孔預(yù)抽煤巷瓦斯抽采技術(shù)和應(yīng)用【摘要】本文對(duì)高低位巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶開(kāi)采的定向卸壓增透集成技術(shù)進(jìn)行了研究與總結(jié)，該技術(shù)對(duì)提高煤層透氣性、擴(kuò)大瓦斯抽采半徑、提高瓦斯抽采率、縮短抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間以及防止瓦斯災(zāi)害等具有較強(qiáng)的理論意義，并在某礦己15-32020工作面進(jìn)行了工程實(shí)踐，研究表明，運(yùn)用順層鉆孔預(yù)抽煤巷瓦斯抽采技術(shù)后的瓦斯含量為4.5421?6.6120m3/t,較煤層原始瓦斯含量12.4m3/t大幅下降，且均小于臨界值8m3/t,表明措施有效?！娟P(guān)鍵詞】順層鉆孔；預(yù)抽煤巷；瓦斯抽采；技術(shù)研究0引言高地應(yīng)力突出煤層高低位巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶技術(shù)是在頂?shù)装孱A(yù)抽巷

2、道中向預(yù)抽條帶區(qū)域施工一定數(shù)量的預(yù)抽鉆孔，通過(guò)對(duì)鉆孔實(shí)施高壓脈沖水射流割縫，大幅增加煤體暴露面積，使煤層應(yīng)力得到有效釋放，同時(shí)利用脈沖射流的動(dòng)力致裂效應(yīng)，提高煤層孔隙裂隙率，使原生裂隙進(jìn)一步擴(kuò)張、貫通，并產(chǎn)生新的裂隙，提高煤層透氣性，加速吸附瓦斯解吸，從而擴(kuò)大瓦斯抽采半徑，提高瓦斯抽采率，縮短抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間。1高地應(yīng)力突出煤層高低位巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶技術(shù)高低位巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶技術(shù)系統(tǒng)裝備主要包括高壓水泵、自動(dòng)切換式切縫器、高壓密封鉆桿、高壓密封輸水器、腳踏開(kāi)關(guān)、高壓水管等設(shè)備，具體組成如圖1所示。1.水箱；2.乳化泵；3?高壓水管；4?腳踏開(kāi)關(guān)；5?高壓密封輸

3、水器；6.鉆機(jī)；7.高壓鉆桿；8.自動(dòng)切換式切縫縫器;9.鉆頭圖1高低位巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶技術(shù)系統(tǒng)裝置連接不意圖本系統(tǒng)的設(shè)備中，液壓泵主要是將水箱內(nèi)水變?yōu)楦邏核鳎邏好芊廨斔骱兔芊忏@桿主要將高壓水射流傳送至切縫器，并保證其不泄露，自動(dòng)切換式切縫器是高壓脈沖射流的發(fā)生裝置，通過(guò)控制切縫器的位置，直接確定在煤層中的切縫區(qū)域。通過(guò)對(duì)施工地點(diǎn)預(yù)抽煤巷條帶的瓦斯地質(zhì)及圍巖條件進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，確定穿層預(yù)抽孔終孔間距，并按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求控制預(yù)抽條帶一定范圍，制定相應(yīng)的技術(shù)方案。高低位巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶技術(shù)鉆孔布置及割縫位置見(jiàn)圖2所示。鉆孔鉆進(jìn)

4、時(shí)，泵壓調(diào)至3?5MPa,自激振蕩噴嘴處于閑置狀態(tài)，射流主要通過(guò)鉆桿沿鉆頭方向流出，其主要作用有兩點(diǎn)：一是，冷卻鉆頭刀具，降低刀具磨損，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命；二是，輔助排渣，降低抱鉆的概率。當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)至給定深度后，退回一定距離,使振蕩噴嘴處于設(shè)計(jì)割縫位置，升高泵壓至20?25MPa,此時(shí)自激振蕩噴嘴處于工作狀態(tài)，高壓水射流經(jīng)由自激振蕩噴嘴轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏好}沖水射流，并對(duì)煤層進(jìn)行徑向切槽，切割時(shí)間為15?20mino當(dāng)切完一個(gè)槽后，關(guān)閉高壓泵，繼續(xù)撤鉆桿，至下一個(gè)設(shè)計(jì)割縫位置時(shí)，再進(jìn)行切槽。圖2高地應(yīng)力突出煤層低位巷預(yù)抽煤巷條帶技術(shù)鉆孔割縫示意圖在切槽的過(guò)程中，要隨時(shí)注意鉆桿的旋

5、轉(zhuǎn)狀況與鉆孔的排水情況，當(dāng)旋轉(zhuǎn)與排水不正常時(shí)，要及時(shí)的撤出鉆桿，以防出現(xiàn)卡鉆的現(xiàn)象。同時(shí)還應(yīng)注意壓力表讀數(shù)的變化，當(dāng)壓力過(guò)高或過(guò)低時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整調(diào)節(jié)閥，保證合理的切槽壓力,為了便于進(jìn)行瓦斯抽采封孔和保證煤壁穩(wěn)定安全，在卸壓范圍內(nèi)，即孔口10m不進(jìn)行切縫。振蕩噴嘴的直徑、切割壓力、流量以及被切割材料的強(qiáng)度與切槽效果有著非常密切的關(guān)系。切割深度隨著切割噴頭直徑的增加而增加，并且隨著噴射壓力的增加，噴頭直徑對(duì)切割效果的影響也越來(lái)越明顯。因此，切槽過(guò)程中，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)膲毫?，適當(dāng)直徑的振蕩噴嘴、適當(dāng)?shù)牧髁亢瓦m當(dāng)?shù)那胁蹠r(shí)間?，F(xiàn)場(chǎng)切槽參數(shù)設(shè)計(jì)為供水壓力20-40MPa,振蕩噴嘴直徑

6、2.5-3.0mm；供水流量80?200L/min；切槽時(shí)間10?20mino在脈沖射流作用下，煤層的卸壓范圍大幅增大，空隙裂隙率明顯增加，顯著提高了煤層透氣性，強(qiáng)化吸附瓦斯解吸,從而擴(kuò)大瓦斯抽采半徑，提高瓦斯抽采率，縮短抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間。2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用1.1某礦己15-32020機(jī)巷掘進(jìn)工作面試驗(yàn)點(diǎn)概況己15-32020采面位于三水平己二采區(qū)西翼第一區(qū)段，為三水平首采工作面，周邊煤層均未回采。己15-32020機(jī)巷沿己15煤層頂板施工，掘進(jìn)工藝為炮掘，施工單位為掘進(jìn)五隊(duì)，掘進(jìn)煤層為己15煤層，機(jī)巷走向長(zhǎng)度約1348m,工作面標(biāo)高-655?-695m,對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高270?34

7、9m,垂深925?1044m。掘進(jìn)斷面14m2,支護(hù)方式為錨網(wǎng)支護(hù)，間排距600mm。己15煤層厚為1.2?1.4m,為突出煤層，下部己16-17煤層也為突出煤層，己15煤層與己16-17煤層層間距為1.3?17m,施工巷道高度為3.2m,試驗(yàn)段巷道己15煤層距己16-17煤層一般在9?10m,比較穩(wěn)定。巷道施工時(shí)，直接在己15煤層執(zhí)行區(qū)域防突措施，并加強(qiáng)下探己16-17煤層工作，以防誤揭己16-17煤層造成事故。2.2有效影響半徑確定己15煤的堅(jiān)固性系數(shù)f>0.8,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，己15煤層高壓脈沖水射流割縫?75mm鉆孔割縫影響半徑達(dá)3.2m；