淺析高壓水力割縫技術(shù)

張可

摘要：為了提高煤層透氣性和瓦斯預(yù)抽效果，加快瓦斯抽采達(dá)標(biāo)進程，決定在石門揭煤、掘進條帶穿層、穿層網(wǎng)格等瓦斯抽采鉆孔施工過程中全面推廣應(yīng)用高壓水力割縫增透技術(shù)，文章對其應(yīng)用進行分析。

關(guān)鍵詞：高壓水利割縫；瓦斯預(yù)抽；透氣性

中圖分類號：TD712.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2011）22-0176-01

高壓水力割縫原理是利用乳化液泵將水進行加壓，通過鉆桿送入切割噴嘴，再通過切割噴嘴噴出形成脈動水線切放煤層，形成縫隙，它的直徑深度可達(dá)2 m，從而增加了煤層的透氣通道和暴露面積，加大了煤層的透氣性，加快了煤層內(nèi)瓦斯的抽出，實現(xiàn)快速有效的消突作業(yè)。

1高壓水力割縫技術(shù)原理

高壓水力割縫技術(shù)是一種具有壓力脈沖特性、自激空化特性和切割破碎煤巖特性的新型射流形式，能以高度聚能的射流束在煤巖上產(chǎn)生沖蝕、空化來實現(xiàn)對煤巖的切割破碎。利用高壓水力割縫在低透氣性煤體中鉆深孔、切縫能夠增大煤層瓦斯涌出自由面，促使煤體大范圍快速卸壓，提高煤層透氣性。同時高壓水力割縫的壓力脈動沖擊在鉆孔、煤縫隙周圍煤體中產(chǎn)生交變應(yīng)力，促使煤體動力致裂，激發(fā)裂隙連通，進一步增強煤層透氣性及瓦斯解析；且高壓水力割縫空化效應(yīng)產(chǎn)生的瞬時高壓和空化聲振，進一步強化吸附瓦斯解析。高壓水力沖孔增透技術(shù)是利用高壓水力沖孔對煤層（堅硬和軟弱煤層）固有的瓦斯抽放孔內(nèi)進行切割，沿抽放孔形成人工裂隙，從而提高煤層透氣性和減小煤層內(nèi)部壓力，以達(dá)到提高瓦斯抽放效率和防止瓦斯突出的目的。

高壓水力沖孔割縫是對透氣性系數(shù)低、原始瓦斯含量大的煤層進行預(yù)前割縫。這種方法是在煤層中先打瓦斯抽放鉆孔，然后在鉆孔內(nèi)利用高壓水射流沿孔對煤體進行切割，在鉆孔兩側(cè)形成一條具有一定寬度和深度的扁平縫槽，利用水流將切割下來的煤體排出孔外，煤層在底層壓力下產(chǎn)生不均勻的變形和破壞，是鉆孔之間相互貫通，其目的是為了提高煤層的透氣性，為瓦斯的解析和流動提供通道。高壓水射流割縫所形成較深的卸壓、排瓦斯鉆孔槽，能使煤層的煤體物理性質(zhì)發(fā)生改變，原始應(yīng)力重新分布進而增強煤層的透氣性。一般情況下，堅硬煤層的透氣性都很低，低透氣性煤層內(nèi)部孔隙和裂隙都很小。為了增大煤體的透氣性系數(shù)，可以人為地采取措施在煤層中制造空隙，溝通及擴展煤層內(nèi)部的裂隙網(wǎng)。對于單一煤層而言，則只有在煤層內(nèi)部采取措施，張開原有裂隙、產(chǎn)生新裂隙以及局部卸壓，進而改善煤層的透氣性。采用高壓水射流割縫措施后，首先增加了煤體的暴露面積，且扁平縫槽相當(dāng)于在局部范圍內(nèi)開采了一層極薄的保護層，達(dá)到層內(nèi)的自我解放，給煤層內(nèi)部卸壓、瓦斯釋放和流動創(chuàng)造了良好的條件，其結(jié)果是縫槽上下的煤體在一定范圍內(nèi)得到較充分的卸壓，增大了煤層的透氣性能，使縫槽周圍的煤體向縫槽產(chǎn)生一定的移動，因而更擴大了縫槽卸壓、排放瓦斯的范圍，從而達(dá)到防突的目的。由于高壓水射流割縫的切割、沖擊作用，鉆孔周圍一部分煤體被高壓水擊落沖走，形成扁平縫槽空間，這一縫槽可以使周圍煤體發(fā)生激烈的位移和膨脹，增加了煤體中的裂隙，改變了煤體的原始應(yīng)力和裂隙狀況，明顯改善了煤層中的瓦斯流動狀態(tài)，為瓦斯的抽排提供了有利條件，從而大大提高低透氣性煤層透氣性，實現(xiàn)快速高效抽采。

2高壓水力割縫主要設(shè)備

①高壓水力割縫系統(tǒng)主要設(shè)備、器材構(gòu)成：高壓乳化泵、鉆機、高壓脈沖水射流專用密封鉆桿、鉆割一體化鉆頭、高壓密封輸水器、高壓輸水管、密封圈、腳踏開關(guān)、減震壓力表等。

②高壓水力割縫系統(tǒng)裝備連接如圖1所示。高壓水力沖孔增透防突技術(shù)是減少瓦斯隱患、提高抽放效率的新技術(shù)手段。該技術(shù)通過人為制造裂隙和高壓注水作用，使煤層應(yīng)力得到釋放，增加和延深裂隙通道，從而大大提高煤層的透氣性，促使煤體變硬。高壓水射流增透防突技術(shù)既能提高瓦斯抽放效率，減少鉆孔工程量，實現(xiàn)礦井瓦斯高效和快速抽放，又能為施工安全提供更可靠保證，是一項實效性強、推廣應(yīng)用價值大的新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張國樞.通風(fēng)安全學(xué)[M].北京:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2007.