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水力割縫在石門揭煤預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施中的應(yīng)用

文檔作者：呂貴春文檔來源：中煤科工集團(tuán)重慶研究院瓦斯研究分院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月30日
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第40卷第4期
2013年8月
礦業(yè)安全與環(huán)保
MINING SAFETY&amp;amp; ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vo1．40 No．4
Aug．2013
呂貴春．水力割縫在石門揭煤預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施中的應(yīng)用[J]．礦業(yè)安全與環(huán)保，2013，40(4)：79—82
文章編號：1008—4495(2013)04—0079—04
水力割縫在石門揭煤預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突
措施中的應(yīng)用
呂貴春
(中煤科工集團(tuán)重慶研究院瓦斯研究分院，重慶400037)
摘要：通過在貴州某礦1114工作面回風(fēng)石門揭煤施工瓦斯預(yù)抽鉆孔過程中，對部分鉆孔實施交叉
式水力割縫增透措施，大大增加了煤層的透氣性，提高了抽放效果，不但有效地降低了煤層瓦斯含量，而
且縮短了石門揭煤時間，達(dá)到快速安全揭煤的目的。實踐證明，在預(yù)抽時間相同的情況下，抽放效果提
高1倍多；在抽放效果相同的情況下，預(yù)抽時間縮短了3／4。
關(guān)鍵詞：石門揭煤；預(yù)抽瓦斯；水力割縫；增透
中圖分類號：TD712；TD713 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 網(wǎng)絡(luò)出版時間：2013—07—22 11：15
網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／50．1062．TD．20130722．1115．023．html
Application of Hydraulic Cutting in Gas Pre-drainage
in Driving through Coal Seams in a Crosscut
L Guichun
(Chongqing Research Institute ofChina Coal Technology and Engineering Group，Chongqing 400037，China)
Abstract：In the drilling process of gas pre-drainage holes for exposing outburst coal seam in the return crosscut of 1 1 14
working face in a mine in Guizhou Province，cross hydraulic cutting was implemented to enhance the gas permeability of coal
seanl，which not only greatly enhanced the gas perm eability of the seam，improved gas drainage effect and effectively reduced the
gas content in the seam，but also shortened the time for exposing outburst seam in the crosscut and achieved the purpose of safely
and rapidly exposing outburst seam．The practice indicated that the drainage efficiency was raised by more than one times in the
case of the same gas pre—drainage time，and the gas pre—drainage time was shoaened by three fourths in the case of the same
drainage efficiency．
Key words：exposing outburst coal seam in crosscut；gas pre-drainage；hydraulic cutting；perm eability enhancement
石門揭煤在煤與瓦斯突出事故中不但事故率較
高，而且事故級別也較高 J，是一項危險性大、技術(shù)
難度高的工作，往往成為制約礦井合理采掘部署的
瓶頸 j。目前石門揭煤區(qū)域防突措施為預(yù)抽煤層
瓦斯，主要目的就是通過預(yù)抽來降低煤層瓦斯含量
和壓力，使煤的堅固性系數(shù)增大、地應(yīng)力下降，從而
消除煤層的突出危險性_3 J。瓦斯預(yù)抽有效抽放率是
防止突出的關(guān)鍵指標(biāo) J，在煤層透氣性較差的情況
下，采用密集鉆孔增加鉆孔工程量或增加預(yù)抽瓦斯
時間的方法均不能實現(xiàn)快速揭煤的目的，嚴(yán)重影響
了礦井開拓開采進(jìn)度。因此，對于低透氣性煤層石
收稿日期：2012—12—25；2013—04—20修訂
作者簡介：呂貴春(1979一)，男，黑龍江齊齊哈爾人，碩
士，工程師，主要從事瓦斯防治方面的研究和技術(shù)咨詢工作。
E-mail：147621079@qq．tom。
門揭煤，在不增加鉆孔工程量的情況下實施增透措
施，不但可以縮短瓦斯預(yù)抽時間，而且可以有效降低
煤層瓦斯含量，達(dá)到快速安全揭煤的目的。水力割
縫技術(shù)可大幅度增加煤層透氣性_5 J，是目前石門揭
煤過程中提高煤層透氣性的較好辦法，適用于較硬
煤體低透氣性煤層增透。該方法在貴州某高突礦井
11采區(qū)1114工作面回風(fēng)石門揭M 煤層過程中進(jìn)行
了實踐應(yīng)用，有效提高了煤層透氣性，縮短了瓦斯預(yù)
抽時間，實現(xiàn)了安全、快速揭煤。
1 水力割縫原理及方法
1．1 水力割縫原理
水力割縫是通過高壓裝置和專用鉆頭將高壓水
送至孔底，通過鉆頭旋轉(zhuǎn)，利用高壓水來切割煤體，
從而在鉆孔周圍形成環(huán)狀切割縫隙，增加鉆孔周圍
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礦業(yè)安全與環(huán)保
MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
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煤層裂隙，提高煤層透氣性，最終達(dá)到增大瓦斯抽放
半徑的目的。水力割縫增透措施原理如圖1所示。
4 4
1一水力割縫影響半徑；2一水力割縫半徑；
3一鉆孔；4一水力割縫后形成的縫隙。
圖1 水力割縫增透措施原理示意圖
1．2 水力割縫裝備及方法 】
水力割縫主要裝備包括高壓鉆頭(帶直徑2 mm
噴嘴2個)、鉆機(jī)、密封水尾、密封鉆桿、儲水箱、高壓
泵、高壓管等。
水力割縫方法：當(dāng)鉆孔施工完畢后，通過高壓泵
將儲水箱里的水經(jīng)過高壓管、密封水尾、密封鉆桿壓
到高壓鉆頭處，高壓水通過高壓噴嘴射出，利用鉆頭
的旋轉(zhuǎn)(鉆頭位置固定)將煤體切割出環(huán)形縫隙，切
割時間根據(jù)煤層硬度情況而定，一般不少于8～
10 min，切割完畢后，通過閘閥將高壓管及鉆桿內(nèi)的
高壓水回流至儲水箱內(nèi)。
水力割縫裝備及方法如圖2所示。
2 應(yīng)用實例
利用水力割縫裝備，在貴州某高突礦井11采
區(qū)1114工作面回風(fēng)石門揭M。煤層過程中，對M
煤層實施水力割縫增透措施，取得了良好的瓦斯抽
放效果。
圖2 水力割縫裝備及方法示意圖
2．1 試驗工作面概況
1114工作面回風(fēng)石門所要揭露的M 煤層厚度
為2．2 m，煤層硬度中等，軟分層不明顯，無夾矸，煤
層傾角25。，石門高度3．0 m、寬度3．4 m，斷面積
10．2 1TI 。
在距離煤層法線10 m處時，利用前探鉆孔測定
的煤層原始瓦斯壓力為1．2 MPa，原始瓦斯含量為
13．441 9 m ／t。
該工作面運輸石門揭煤前測定的原始瓦斯壓
力為1．26 MPa，瓦斯含量為13．731 9 m。／t。采用
預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施，鉆孔施工完畢并接抽
后，瓦斯抽放濃度衰減較快，預(yù)抽15 d后采用直接
法測定的殘余瓦斯含量為10．857 2 m。／t，仍具有
突出危險性；繼續(xù)抽采至63 d時，測定的殘余瓦斯
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含量才降到8 m ／t以下，說明煤層的透氣性較差。
因此，回風(fēng)石門揭煤時通過水力割縫增透措施后，
再進(jìn)行封孔并接抽。
2．2 瓦斯預(yù)抽鉆子L(含水力割縫孔)布置
在石門掘進(jìn)工作面距離煤層法線7 m處實施預(yù)
抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施。鉆孔呈4 rex4 in網(wǎng)格式
布置，頂部和底部控制巷道輪廓線外各12．5 m，兩幫
控制巷道輪廓線外14．3 m，鉆孔直徑89 mm(鉆桿直
徑50 mm)，布置9排，每排9個鉆孔，共81個鉆孔。
水力割縫鉆孑L呈交叉布置，實施水力割縫鉆孔
25個。中下部鉆孔割2道，中上部鉆孔割1道，給水
壓力不小于25 MPa，每道割縫時間不少于10 min。
全部鉆孔施工完畢、水力割縫結(jié)束后，對所有鉆孔立
即進(jìn)行封孔并接抽。
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MINING SAFETY &amp;amp; ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vo1．40 No．4
Auf 2013
瓦斯預(yù)抽鉆孔(含水力割縫鉆孔)布置如圖3
所示。
(a)瓦斯預(yù)抽鉆孔布置側(cè)面圖
O瓦斯抽放孔 ● 瓦斯抽放孔兼水力割縫孔
注：圖中標(biāo)注距離為沿煤層層面距離
(b)A—A剖面圖
圖3 瓦斯預(yù)抽鉆孔布置圖
2．3 瓦斯預(yù)抽效果檢驗
封孔接抽后，每天對抽放參數(shù)進(jìn)行測定，并計算
了鉆孔控制范圍內(nèi)的瓦斯抽放量，在抽放16 d后采
用直接法測定了煤層殘余瓦斯含量，共布置瓦斯預(yù)
抽措施效果檢驗 鉆孔5個，分別位于上部、兩側(cè)、
中部和下部。瓦斯預(yù)抽效果檢驗鉆孔布置如圖4
所示。
呂
寸
(a)瓦斯預(yù)抽效果檢驗鉆孔布置側(cè)面圖
。瓦斯抽放孔 ●瓦斯抽放孔兼水力割縫孔
◎ 防突措施效果檢驗鉆孔
注：圖中標(biāo)注距離為沿煤層層面距離
(b)A—A剖面圖
圖4 瓦斯預(yù)抽效果檢驗鉆孔布置圖
測定的殘余瓦斯含量與原始瓦斯含量對比情況
如表1所示。
表1 殘余瓦斯含量與原始瓦斯含量對比
2．4 應(yīng)用效果分析
通過表1可以看出，實施水力割縫以后，只在抽
采16 d的情況下，殘余瓦斯含量就降到了標(biāo)準(zhǔn)臨界
值8 m ／t以下，剔除V號效檢孔可能因為下向鉆孔
取樣時間較長存在一定誤差以外，其余測定結(jié)果與
原始瓦斯含量相比，平均降低47．93％ ；而未實施水
力割縫的1114運輸石門，在15 d時測定的殘余瓦斯
含量降低20．93％ ，而在63 d時降低比例才達(dá)到
42．38％。在抽放時間相同的情況下，經(jīng)過水力割
縫后再進(jìn)行抽放與直接進(jìn)行抽放相比，其抽放效果
提高1．3倍；反之，在抽放效果相同的情況下，經(jīng)過
水力割縫后再進(jìn)行抽放與直接進(jìn)行抽放相比，其預(yù)
抽時間縮短了3／4；通過揭煤實際對比，1114回風(fēng)
石門揭煤時間比1114運輸石門揭煤時間縮短了
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礦業(yè)安全與環(huán)保
MINING SAFETY &amp;amp; ENVIRONMENTAL PROTECTION
第40卷第4期
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40 d。
通過上述分析表明，石門揭煤預(yù)抽煤層瓦斯措
施前，經(jīng)水力割縫增透措施后，其抽放效果得到了顯
著提高，大大縮短了揭煤時間。
3 結(jié)論
1)對于較硬高突煤層石門揭煤，水力割縫是提
高煤層透氣性的有效措施。
2)采用水力割縫增透措施后，抽采效果提高
1．3倍，預(yù)抽時間縮短3／4。
3)在石門揭煤區(qū)域防突措施階段執(zhí)行水力割縫
增透措施后，使整體揭煤時間縮短40 d，大大提高了
石門揭煤速度。
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(責(zé)任編輯：李琴)
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(責(zé)任編輯：吳自立)
(上接第78頁)
5)一定范圍內(nèi)增加尾排巷風(fēng)量，增加了采空區(qū)
攜有高瓦斯風(fēng)流量，破壞了原有上隅角的瓦斯渦流
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