超高壓水力割縫卸壓增透技術及裝備

薛飛

摘要：通過超高壓水力割縫，能增加煤層的透氣性，提高鉆孔等效直徑、抽采量、抽采半徑、初速度及殘余瓦斯下降的幅度，進而達到快速消突的目的。

關鍵詞：超高壓;水力割縫;卸壓增透

引言：

穿層鉆孔是防治煤礦煤巖動力災害主要技術手段之一。鉆孔直徑及煤層透氣性是決定穿層鉆孔抽采效果的關鍵因素。

一、技術原理

超高壓水力割縫卸壓增透技術是在已施工的穿層鉆孔，以高壓水為動力，對鉆孔周圍煤體進行切割、剝離，改變煤層彈性潛能和應力分布，達到增強卸壓、提高透氣性和促進瓦斯排放的作用，實現降低或消除突出潛能。

二、技術特點

可實現80～100m以上順層鉆孔、80～120m以上穿層鉆孔進行超高壓水力割縫。

（一）可實現鉆進、割縫一體化

（二）操作方便，效率高，穿層、順層鉆孔均可割縫

（三）割縫半徑可達1.0～1.5m

（四）設備鉆齒、超高壓旋轉接頭及系列鉆桿更有利于排渣

（五）依據煤層硬度不同選配系列化高低壓轉換器

三、適用范圍

超高壓水力割縫裝置裝備適用于：（1） 高地應力、高瓦斯、低透氣性煤層（煤層硬度f>0.4）工作面順層鉆孔、穿層鉆孔及石門揭煤卸壓增透、沖擊地壓防治等;（2） 超高壓頂板切割，局部放頂。

說明：對區域性的壓裂采用先割后壓、先割后注，人為預先制造裂隙，使得壓裂過程中裂紋可控，能更好的實現卸壓增透效果，提高抽采效率。

四、操作規范

（一）使用范圍

煤的堅固性系數f≥0.4：適用于底板巖巷穿層鉆孔、石門揭煤、工作面順層鉆孔超高壓割縫增透。

（二）系統功能

采用高低壓自動轉換割縫器，低壓狀態下水從前端流出，實現鉆進功能;高壓狀態下，割縫器前端封閉，形成徑向射流，實現割縫功能;達到不退出鉆桿鉆進、切割于一體化的作用。

（三）應用效果

裝置正常工作壓力達到100MPa，煤層切割后形成2.0～2.5m的縫隙，提高煤層的透氣性和瓦斯釋放能力。高壓割縫后抽采時間縮短1/3～1/2，減少措施鉆孔工程量1/3以上。

（四）設備準備階段

（1） 井下供水系統準備：將Φ25或Φ19的高壓膠管的一端連接井下巷幫供水管路，另一端接入清水箱，因為超高壓清水泵流量為125L/min，供水管路所提供水流量需滿足割縫作業時超高壓清水泵所需水流量，并且保證在割縫作業時連續供水。

（2） 鉆機、超高壓清水泵、清水箱運往施工地點后，對鉆機底座進行固定。超高壓清水泵及清水箱擺放地點需平整，且清水箱的擺放平面不能低于超高壓清水泵的擺放平面。超高壓清水泵擺放在距離割縫鉆孔較近位置，以減少高壓水沿程阻力損失。

（3） 割縫作業前將清水箱加滿水，鉆孔成孔后開啟巷幫供水管路閥門，清水箱連續供水，保證超高壓清水泵正常工作所需水量。

（4） 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、沉淀池等。

（5） 供電系統準備：超高壓清水泵接電分1140V和660V兩種接法，施工地點能夠滿足超高壓清水泵用電要求。超高壓清水泵電機功率為250KW，所用供電開關功率必須大于清水泵電機功率，防止割縫作業期間供電開關過載導致超高壓清水泵瞬間停止運轉，造成超壓清水泵內部組件損毀，影響其使用壽命。另外，割縫作業時要保證供電不間斷性，避免由于突然斷電對超高壓清水泵造成損壞。施工地點若出現瓦斯濃度超限，能自動切斷設備電源。

（6） 封孔、抽采材料準備：進行鉆孔施工、割縫時須提前安裝抽采管路及抽采監控計量裝置，準備好封孔及抽采所需配件、材料、管路、電纜、滅火器材、封孔接抽材料、計量儀器儀表等，整齊堆放在施工附近安全地點，以便割縫后及時封孔并連接抽采。

（五）連接階段

（1） 金剛石水力割縫鉆頭與高低壓轉換器連接：將金剛石水力割縫鉆頭母口與高低壓轉換器公口連接，用手擰至最大深度后再用管鉗擰緊。

（2） 高低壓轉換器與水力割縫淺螺旋鉆桿連接：連接前先在水力割縫淺螺旋鉆桿公口涂沫黃油，再將鉆桿公口與高低壓轉換器母口連接，同樣用手擰至最大深度，再用管鉗或鉆機擰緊。

（3） 水力割縫淺螺旋鉆桿之間連接：鉆桿連接前先在鉆桿公口端安裝3道聚氨酯密封圈，用手加接鉆桿后，再利用鉆機動力擰緊，注意鉆機油壓不能過高，保證鉆桿之間擰緊即可。

（4） 水力割縫淺螺旋鉆桿與超高壓旋轉接頭連接：先對超高壓旋轉接頭前端公口螺紋端涂抹黃油，再與水力割縫淺螺旋鉆桿連接，連接時接鉆桿母口與超高壓旋轉接頭公口對準，用手先帶緊，再用管鉗擰緊。

（5） 超高壓旋轉接頭與超高壓軟管連接：采用高精度螺紋連接，先將超高壓軟管母口螺紋對準超高壓旋轉接頭，注意不能傾斜，用手帶緊后再用管鉗擰緊，不能擰的過猛導致螺紋滑絲，影響密封性。

（6） 超高壓軟管之間及超高軟管與超高壓三通裝置之間連接：接頭均為高精度螺紋，連接時先將母口接頭與公口接頭對準，用手帶緊后再用管鉗擰緊，擰緊過程中要注意力度，防治螺紋接頭滑絲。

（7） 超高壓軟管與超高壓清水泵連接：先將超高壓軟管的母口對準超高壓清水泵出水段的公口，用手帶緊后再用管鉗擰緊，同樣要注意力度，不能擰的過猛，避免螺紋接頭滑絲。

（8） 超高壓清水泵與清水箱連接：超高壓清水泵與清水箱采用Φ32溢流回液管和Φ64吸液軟管連接。溢流回液管采用快速接頭連接。吸液軟管接清水箱一端套住清水箱吸液蝶閥出口再用卡環擰緊;吸液軟管接超高壓清水泵一端為快接公口，直接接入超高壓清水泵進水口快接母口。

（六）實施階段

（1） 連接管路，低壓水正常打鉆至設計深度，根據煤孔段長度按0.5～1m割一刀，計算該鉆孔所需割縫刀數。

（2） 撤出一根鉆桿，換上超高壓管路，撤人警戒，開啟超高壓清水泵，首次啟動空載5分鐘以上，待孔口返水后，控制調壓閥，勻速增壓，開啟鉆機帶動鉆桿以適當轉速旋轉，通過高低壓轉換器對煤層周邊煤體進行切割，每刀割縫時間在2～5min之間。

（3） 切割一刀結束后，將超高壓清水泵泵壓回零，利用鉆機將鉆桿由內向外退出0.5～1m的距離或再撤出一根鉆桿，控制調壓螺母，將泵壓緩慢、勻速增加至100MPa，繼續進行割縫作業。

（4） 重復上述2、3步驟，完成預計割縫刀數。

（5） 割縫完成后，先將超高壓清水泵泵壓回零，再關閉超高壓清水泵，待充分卸壓后，撤卸鉆桿并堆放整齊，高低壓轉換器、金剛石水力割縫鉆頭、超高壓旋轉接頭妥善保管。

（八）維護保養

（1）超高壓旋轉接頭使用80小時后需加注黃油，以保證其內部組件潤滑。

（2）鉆頭、鉆桿每次使用前需進行清洗，定期進行防銹處理。

（3）高低壓轉換器每次使用后要進行表面及腔體防銹處理，噴嘴及腔體要清洗干凈。

（4）超高壓軟管接頭處要保持干凈，無泥渣，且使用一段時候后要進行防銹處理。

（5）超高壓清水泵日常維護保養：高壓管路是否損壞、箱體溫度不宣過高、沒有異常噪音、管路不抖動、各緊固件是否有松動、柱塞密封潤滑條件、油封有無滲漏嚴重（允許掛油）、清水箱的清潔度及水位、柱塞密封是否正常、保持高壓清洗泵站清潔和良好環境、交接班要保證完好設備進行交接，如設備故障必須告知接班司機。

參考文獻

[1]《煤礦安全規程》（國家安全生產監督管理總局令第87號）[S].2018

[2]《防治煤與瓦斯突出細則》（煤安監技裝[2019]28號）[S].2019