水力割縫技術(shù)在金河煤礦瓦斯抽放中的應(yīng)用

白文秀++赫海全

摘 要：煤層瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)高效的潔凈能源，同時又是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害源之一。有效地抽采煤層中的瓦斯是減少礦井瓦斯事故的最有效方法之一，而我國多數(shù)煤層屬于低滲透煤層，解決低滲透層瓦斯抽采已成為確保煤礦安全生產(chǎn)、提高煤礦生產(chǎn)效率的關(guān)鍵問題。金河煤礦七采區(qū)煤層透氣性差，為縮短七采區(qū)瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時間和減少鉆孔工程量，該文進(jìn)行了高壓水力切割增透抽采瓦斯技術(shù)及其應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：低滲透煤層 瓦斯抽采 割縫 增透 高壓水射流

中圖分類號：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（c）-0032-03

Hydraulic Slotting Technology in Low Permeability Coal Seam Gas Drainage Application

Bai Wenxiu He Haiquan

（Gold River Mine Yaojie Coal and Electricity Group Co. Ltd.， Lanzhou Gansu， 730000， China）

Abstract：Coal seam gas is a kind of high quality and efficient clean energy， and it is also one of the main disaster sources that threaten the safety of coal mine production. Effective gas drainage in coal seam is one of the most effective methods to reduce the mine gas accident， and most of China's coal seam belongs to low permeability coal seam， solve the low permeability gas drainage to ensure the safety of coal mine production， has become a key issue to improve the production efficiency of the coal mine. Jinhe coal mine seven mining area coal seam permeability， reduce drilling volume to shorten the 7 area gas drainage time and standard， this paper Ar pressure hydraulic cutting technology and Its Application Research on gas drainage.

Key Words：Low permeability coal seam； Gas drainage； Cutting； Permeability； High pressure water jet

金河煤礦經(jīng)過礦井升級改造，年核定的綜合生產(chǎn)能力為120萬t，其一號井的開拓方式為平峒開拓，現(xiàn)七采區(qū)是主要生產(chǎn)采區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，煤層埋藏深度平均為663 m，主要可采煤層為煤二層，平均厚度為18.91 m，煤層比較穩(wěn)定，小斷裂發(fā)育，煤層的連續(xù)性和完整性遭到嚴(yán)重破壞，由于受到地質(zhì)條件方面的限制，油頁巖保護(hù)層工作面無法布置；17204工作面在近幾年進(jìn)行了瓦斯抽放，原本計劃于2014年開始開采，但由于該區(qū)域殘存的噸煤瓦斯含量還大于《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的臨界值8 m3/t[1]，制約17204工作面的開采工期。17204工作面是金河煤礦七采區(qū)設(shè)計的第一塊煤二層工作面，由于七采區(qū)煤層的透氣性較差，所以其地應(yīng)力比較集中，且瓦斯壓力也較高，這是該礦防突工作的重點和難點。如何消除七采區(qū)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域煤二層的突出危險，對工作面安全掘進(jìn)和回采具有十分突出的意義。隨著生產(chǎn)主戰(zhàn)場向七采區(qū)的轉(zhuǎn)移，靠現(xiàn)有單一瓦斯抽放鉆孔方法進(jìn)行瓦斯抽放效果不佳的矛盾日益突出，為了縮短七采區(qū)瓦斯抽采達(dá)標(biāo)的時間同時減少鉆孔工程量，決定在金河煤礦實施煤層高壓水力切割增透抽采瓦斯技術(shù)。當(dāng)然，這對于該礦的安全生產(chǎn)也極具現(xiàn)實意義。以17204工作面下部底抽巷穿層鉆孔煤層段進(jìn)行高壓水射流割縫為研究對象，確定該技術(shù)實施前后的瓦斯抽放效果，考察局部強化抽放的實際效果。

1 項目實施原理

鉆孔水射流式煤層割縫形成裝置是利用高壓水射流，使鉆孔的煤層段人為再造裂隙，大大增加了裂隙與空氣接觸，相當(dāng)于煤體與空氣的接觸面增加了，這樣一來這些小裂隙就構(gòu)成了瓦斯流動通道，使得瓦斯解吸速度加快，提高煤層的透氣性，降低了煤層瓦斯的抽放難度，煤層瓦斯的釋放速度大大提高，最終起到卸壓作用，達(dá)到加快瓦斯抽放的目的[2-3]。高壓水射流鉆孔、割縫（瓦斯抽放孔）一體化作業(yè)的施工工藝為：第一步，鉆孔。射流鉆孔無論從施工設(shè)備來說還是從工藝上來說都與傳統(tǒng)鉆孔是相同的，射流鉆孔時只需將鉆孔深度鉆到所需孔深即可，并不需要其他的操作。第二步，在退鉆過程中，按照需要的間距對已經(jīng)形成的瓦斯抽放孔進(jìn)行切割，當(dāng)達(dá)到設(shè)計的停切位置時就停止切割[4-5]。該礦采用了KFS98-65型鉆孔水射流式煤層割縫形成裝置，其主要技術(shù)參數(shù)見表1，高壓水射流鉆割一體化施工工藝見圖1。

根據(jù)該礦生產(chǎn)接續(xù)及防突、瓦斯抽放要求，將KFS98-65型水射流式煤層割縫形成裝置在17204底抽巷七、八、兩個鉆場進(jìn)行實施，因為金河礦17204底抽巷已經(jīng)完成的穿層抽放鉆孔的孔徑全部都是75 mm，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水力割縫裝置切割頭所需要的孔徑，所以要先把已施工的鉆孔進(jìn)行擴大，以滿足水力割縫裝置切割頭所需的94 mm的孔徑要求[6-7]，之后再進(jìn)行水力切割。

2 項目應(yīng)用

2.1 17204底抽巷七鉆場試驗情況

在17204底抽巷七鉆場選用17204-1回風(fēng)順槽巷道輪廓線10 m范圍的10個鉆孔對煤層段進(jìn)行割縫，鉆孔布置及參數(shù)見圖2。

由七鉆場擴孔情況可以看出，七鉆場由于塌孔十分嚴(yán)重，所以無法進(jìn)行切割，因此改用高壓水力沖孔，以增大鉆孔抽放濃度，沖孔后比沖孔前抽放濃度平均增大了9.3%、流量平均增大了0.19 m3/min。

2.2 17204底抽巷八鉆場試驗情況

在17204底抽巷八鉆場選用17204-1進(jìn)風(fēng)順槽巷道輪廓線10 m范圍的10個鉆孔對煤層段進(jìn)行割縫，鉆孔布置及參數(shù)見圖3。

由八鉆場割縫情況看，八鉆場割縫后比割縫前抽放濃度平均增大了9.99%、流量平均增大了0.07 m3/min。單孔CH4平均抽放濃度從1.21%增大到3.0%，相對增大了1.79%，單孔CH4絕對抽放量從5.62 m3/d增大到14.69 m3/d，單孔CH4抽放量相對增大了9.07 m3/d（見圖4）；單孔CO2平均抽放濃度從5.03%增大到8.94%，相對增大了3.91%，單孔CO2絕對抽放量從24.63 m3/d增大到43.77 m3/d，單孔CO2抽放量相對增大了19.14 m3/d，即單孔混合抽放量增大了28.21 m3/d。10個鉆孔共切割43刀，共排出煤粉2.15 m3，即2.86T，八鉆場因8個鉆孔擴孔及割縫塌孔嚴(yán)重，總體上效果不佳（見圖5）。

3 結(jié)論

KFS98-65型鉆孔水射流式煤層割縫形成裝置是通過高壓水將煤層從煤體剝落，這樣一來抽采鉆孔內(nèi)煤體暴露面積將會大大增加，從而達(dá)到理想的煤層瓦斯抽采效果。根據(jù)17204底抽巷七、八鉆場煤層水力割縫情況綜合分析，水力割縫技術(shù)達(dá)到了理想的瓦斯抽放效果，大大提高了瓦斯抽放效率，現(xiàn)將效果分析如下。

（1）單孔煤層瓦斯的抽放濃度平均提高了21.538%，甚至有些已達(dá)到30.5%，單孔CH4抽放濃度從3.58%增大到7.705%，增大了4.125%，單孔CO2平均抽放濃度從14.069%增大到31.482%，增大了17.413%。

（2）單孔瓦斯抽放流量平均提高0.158 m3/min，部分情況達(dá)到0.26 m3/min。

（3）單孔CH4絕對抽放量從11.60 m3/d增大到42.47 m3/d，單孔CH4抽放量增大了30.87 m3/d，增大266%；單孔CO2絕對抽放量從45.36 m3/d增大到173.6 m3/d，單孔CO2抽放量增大了128.24 m3/d，增大282.7%，即單孔混合的抽放量增大了159.11 m3/d。

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