孟津煤礦高壓水力割縫技術操作規程設計

摘要：合理規范高壓水力割縫技術，有利于高壓水力沖孔在煤礦能夠推廣應用，從而為快速消突提供新的捷徑。文章結合盂津煤礦實際設計出高壓水力割縫技術操作規程，可為相關工作者提供參考。關鍵詞：快速消突；高壓水力割縫；規程

中圖分類號：TD712.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937(2011)24-0168-01

1 高壓水力割縫技術原理

高壓水力割縫技術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生沖蝕、空化來實現對煤巖的切割破碎。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生交變應力，促使煤體動力致裂，激發裂隙連通，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產生的瞬時高壓和空化聲振，進一步強化吸附瓦斯解析。

2 高壓水力割縫主要設備

高壓水力割縫系統主要設備、器材構成：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、減震壓力表等。

3 高壓水力割縫操作規范

高壓水力割縫技術在實施中規范操作主要包括三個階段：設備準備與連接階段、檢查階段、實施階段。

3.1 設備準備與連接階段

①井下供水系統準備。此部分準備主要包括水在施工過程中連續供給、水流量能否滿足高壓水壓力達到所需要壓力要求，保證供水系統與施工系統連接的完好性。鉆機、乳化泵、泵箱、連接管線等運到施工地點后，安裝完畢、支撐牢固，連接好管線，并由施工隊當班跟班負責人檢查確認；泵箱供水應采用1趟不少于f50mm管路供水，并隨時注意觀察供水情況，防止出現泵箱內水量不足；采用專用高壓水力割縫專用鉆頭、切割頭、水變頭、腳踏式高壓閥。

②排水系統準備。由于高壓水要從孔內排出，起到沖刷排渣作用，為了防治水對井下施工環境造成影響，施工前必須做好排水系統準備，主要包括：排水溝和排水孔布置及其連通性。

③供電系統準備。在準備階段要連接好供電系統相關設備，保證在施工過程中保持供電不間斷性，確保在施工地點瓦斯濃度超限時能自動切斷設備電源。

3.2 檢查階段

設備安裝連接準備工作完成后，必須對相關系統進行檢查，其主要內容是：施工地點巷道頂板、環境是否完整安全；施工地點配風量是否符合規程及公司規定要求；供水、排水、供電系統是否滿足措施規定要求；鉆機、壓力泵等設備安置是否合理、牢固可靠，角度是否符合要求；相關安全技術措施是否落實到位；操作人員是否經過培訓持證上崗；高壓水泵及供水管路連接處是否牢固可靠、無泄漏；高壓管路連接系統是否牢固可靠、無泄漏；高壓輸水器是否處于完好工作狀態；整個系統的連接情況和密封狀態是否安全可靠；測試各種鉆頭的噴嘴射程和射流發散情況；實施高壓水力割縫現場操作人員配備必須保證不少于3人，即：壓力泵司機、鉆機操作工、鉆桿連接安全監視工。

3.3 實施階段

前兩個階段完成后，進入割縫實施階段。

①首先開啟高壓水泵，控制截止閥，調整鉆機端壓力，壓力由低到高5 MPa—8MPa—11MPa—15 MPa—20MPa—25MPa，水經過高壓水管進入鉆桿內，最后從割縫噴孔流出，然后鉆機旋轉，通過鉆頭對煤層周邊煤體進行切割，供水壓力控制在20～25MPa之間。

②每割縫完一個孔后，控制截止閥，讓水經過高壓水管返回水箱內，然后撤卸鉆桿。

③撤卸完鉆桿后，控制截止閥，使水通過高壓水管和鉆桿進入孔內，先向孔內輸送一段時間的水清除孔內的殘渣，等鉆孔返水正常后，再割縫。

水力割縫技術具有增大煤層瓦斯涌出自由面，促使煤體大范圍快速卸壓，提高煤層透氣性的良好作用。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生物理交變應力，促使煤體動力致裂，激發裂隙連通，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產生的瞬時高壓和空化聲振，進一步強化吸附瓦斯解析。可以使煤體內部的吸附狀態瓦斯氣體大量轉化為游離狀態，從而大量釋放，提高瓦斯抽采率，增強抽放效果。對于煤礦井下生產具有良好的消突效果，因此通過水力割縫技術的使用，可以促進瓦斯消突工作開展，確保井下的安全生產。