新河礦井水力沖孔試驗研究

摘要：新河礦井瓦斯含量大、壓力高、地質構造復雜，為提高煤層透氣性，有效提高瓦斯抽采效果，實現突出煤層快速消突，在12091工作面下抽巷進行了水力沖孔試驗，并對試驗結果進行了分析研究，為新河礦井瓦斯治理提供了很好的途徑。

關鍵詞：水力沖孔 抽采效果 消突

新河礦井位于河南省焦作市，隸屬于河南煤化集團焦煤公司，設計建設規模60萬t/a，礦井設計服務年限37.3年。

礦井設計主采山西組二1煤，井田東西長約3km，南北寬1-3Km，含煤面積7.93Km2。煤層傾角7～12°，煤層厚度4.33～8.10m，平均煤厚6.08m。地勘時期，二1煤層瓦斯鉆孔試樣10個，瓦斯含量為1.47～26.22m3/t，平均15.43m3/t。其中首采區（-500m水平以淺）平均瓦斯含量為13.24m3/t；礦井后期（-500m水平以深）平均瓦斯含量為24.47m3/t?；ㄆ陂g獲得12個井下鉆孔瓦斯參數，1個地面鉆井參數，瓦斯含量為6.77～27.86m3/t，瓦斯壓力為0.95～3.05MPa，其中在第一中車場揭煤處測得瓦斯壓力達到2.6MPa，在采區變電所測得瓦斯壓力達到3.0MPa。在主井落底時測出瓦斯含量26.08m3/t，在地面抽采鉆井取樣測得瓦斯含量27.86m3/t。屬煤與瓦斯突出礦井。

1 水力沖孔消突機理

水力沖孔作用機理就是一方面依靠高壓水射流的射流打擊力，造成煤體的破碎、掉落，逐漸在煤體中形成一個大尺寸的孔洞。與此同時，孔洞周圍的煤體向孔道方向發生大幅度的徑向位移，造成頂、底板之間的相向位移，引起在孔道影響范圍內的地應力降低，煤層得到充分卸壓，裂隙增加，使煤層透氣性大幅度增高，促進瓦斯解吸和排放，大幅度地釋放了煤層和圍巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能，煤的塑性增高和濕度增加。另一方面是濕潤煤體，減小了煤體的脆性，增加了可塑性，降低了煤體內部的應力集中，起到了綜合防突的作用。

通過這兩方面既消除了突出的動力，又改變了突出煤層的性質，起到在采掘作業時防止煤與瓦斯突出的作用。

2 技術工藝

以“礦用水力沖孔機”為主要技術實施設備。在現場進行沖孔是按照以下程序進行。

①調整“礦用水力沖孔機”機架升降調節裝置，使疏孔達到設計工作高度和傾角。

②調整校直機構的調節導向輪，使連續鋼管校直。

③啟動高壓水泵，并進入正常供水狀態，高壓水泵將高壓水通過高壓軟管注入高壓水切削噴嘴，經切削噴嘴射流切削巖礦體。

④啟動連續鋼管驅動機構，合理控制推進速度。

⑤開啟水泵，緩慢推進噴嘴，每推進1圈暫停1～3分鐘，觀察水質，直至推進至泥巖處，在水壓表不超過40Mpa的情況下加壓沖孔，每0.5m作為一個沖孔循環，在每個循環內反復進退噴嘴，直至孔口返水顏色變淺，如此循環沖至煤層底板處。水壓表超過40Mpa時調整水量，降低壓力，當壓力降到40Mpa以下時穩定5min左右方可推進。

⑥上述作業完成后，退出切削噴嘴，更換洗孔噴嘴，進行洗孔作業。洗孔過程中反復推送噴嘴，直至孔口返水顏色變淺。

⑦沖孔結束后統計沖出煤量及作業期間瓦斯涌出量，考察沖孔效果。

⑧利用壓風吹孔后連抽。

3 主要試驗內容

本次試驗地點為12091下頂抽巷17號鉆場。鉆場處距煤層法線14.4m，煤層厚度6.08m，煤層傾角11.15°。

12091下頂抽巷17號鉆場總計41個鉆孔，40個為抽采鉆孔、1個壓裂鉆孔。鉆場迎頭正中間是1個壓裂鉆孔。40個抽采鉆孔全部施工完畢，其中12個孔是采用帶壓封孔方法封孔，28個采用臨時封孔方法封孔（11個孔為膠囊式快速封孔器封孔、17個孔為聚氨酯臨時封孔）。本次試驗鉆孔位置見圖1。

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圖1 17號鉆場鉆孔布置圖

表1 17號鉆場水力沖孔鉆孔情況匯總表

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4 試驗結果及分析

4.1 沖出煤量和瓦斯量

沖孔共分兩階段進行，第一階段未使用防噴裝置，沖孔匯總如下表2。

第二階段安裝防噴裝置，沖孔匯總如下表3。

4.2 提高瓦斯濃度和抽放量

沖孔前后對17號鉆場抽采濃度和抽放瓦斯純流量分別進行測量，前后變化情況分別如圖所示。

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圖2 17號鉆場沖孔前后瓦斯抽采濃度曲線圖

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圖3 17號鉆場沖孔前后瓦斯抽采純量曲線圖

根據計算，17號鉆場沖孔后的濃度和純流量分別提高了2.78倍和2.52倍，效果比較理想。

5 結論

試驗表明，水力沖孔措施實施后，使得煤體得到充分泄壓，煤體的應力梯度下降，在釋放應力的同時較大程度上增加煤層透氣性，鉆孔抽采濃度和抽采純量都有了大幅度的提高，表明水力沖孔措施在增強煤層透氣性、提高瓦斯抽采效果方面具有很好的可行性。

參考文獻：

[1]于不凡，王佑安.煤與瓦斯災害防治及利用技術手冊[S].北京：煤炭工業出版社，2000：537-542.

[2]劉明舉，孔留安，郝富昌等.水力沖孔技術在嚴重突出煤層中的應用[J].煤炭學報，2005，30（4）：11-14.

[3]薛勝雄，黃汪平，陳正文等.高壓水射流技術與應用[M].北京：機械工業出版社，1998.