高压射流钻割一体化卸压技术在石门揭煤防治煤与瓦斯突出中的应用.pdf
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1、第 卷第 期煤炭科技 年 月 檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽殦殦殦殦实用技术收稿日期:;:基金项目:国家自然科学基金资助项目()作者简介:谭家贵(),男,云南昭通人,高级工程师,年毕业于中国矿业大学采矿工程专业,现任华能云南滇东能源有限责任公司白龙山煤矿一井矿长,长期从事煤矿瓦斯治理与现场管理工作。引用格式:谭家贵,李贤忠,李克相,等 高压射流钻割一体化卸压技术在石门揭煤防治煤与瓦斯突出中的应用 煤炭科技,():,():文章编号:()高压射流钻割一体化卸压技术在石门揭煤防治煤与瓦斯突出中的应用谭家贵,李贤忠,李克相,郭建忠,孙京,盛柱稳(华能云南滇东能源有限责任公司 白龙山煤矿一井,云南 曲
2、靖 ;河南理工大学 能源科学与工程学院,河南 焦作 )摘要:高压射流钻割一体化卸压技术是指在瓦斯抽采钻孔施工完成后,再利用高压射流在钻孔内割缝,破解钻孔周围产生的瓶颈效应,从而达到卸压的效果。在白龙山煤矿一井一号 采区一区段运煤斜巷 石门揭煤防治煤与瓦斯突出过程中,使用了高压射流钻割一体化卸压技术。结果表明,瓦斯钻孔施工完成后,再在钻孔内割缝可消除应力集中,提高单孔出煤量,扩大钻孔的卸压范围;经孔内割缝操作后,煤层内残余瓦斯含量已经低于突出危险临界值,在效果检验孔施工过程中未出现异常瓦斯动力现象,消除了煤与瓦斯突出危险性,取得了明显的防突效果。关键词:高压射流钻割一体化;卸压;石门揭煤;煤与瓦
3、斯突出中图分类号:文献标志码:,(,;,):,:;:年第 期煤炭科技第 卷煤与瓦斯突出是煤矿生产中一种复杂的动力灾害 。一般地,它是指在地应力与瓦斯的共同作用下,破碎的煤、岩与瓦斯从煤岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象 。常发生于石门、煤层平巷、上山与下山掘进过程中。其中,石门突出虽然总突出次数不多,但是一旦发生,多为大强度、高能量的事故。据统计,在我国几十起特大型突出事故中,石门突出占据了 以上 ,这给矿工的生命安全、国家的财产安全带来了巨大的威胁。针对白龙山煤矿一井石门揭突出煤层危险性大,揭煤周期长的问题,提出用高压射流钻割一体化技术扩大瓦斯抽采钻孔的有效半径,有效缩短石门揭煤工期,并
4、在白龙山煤矿一井一号 采区一区段运煤斜巷 石门揭煤防治煤与瓦斯突出过程中,使用了高压射流钻割一体化卸压技术,展开现场试验研究与效果考察。高压射流钻割一体化卸压防治突出原理 石门揭煤容易诱发煤与瓦斯突出原因石门揭煤程序中主要包括施工地质钻孔(探煤)、区域突出危险性预测、区域防突措施、区域措施效果检验、区域验证及最后验证。石门揭煤程序及煤巷交界处应力分布 如图 所示。图 石门揭煤程序及煤巷交界处应力分布 根据球壳失稳理论 ,石门揭煤过程中,当岩巷掘进至煤岩交界处时,原本三相受力的煤体突然有一相失稳暴露,煤岩受力不均发生严重变形,高浓度瓦斯在两相应力的作用下将破坏的煤岩抛出,被抛出的煤体使得新暴露的
5、煤体产生相似的变化 。值得注意的是,石门揭煤过程中,在沿岩巷向前掘进时,引起围岩的应力梯度上升,进而使得围岩的透气性随之降低,瓦斯排放更加困难;在煤岩交界处应力下降梯度大,瓦斯排放缓慢,更容易引起高强度、大能量的煤与瓦斯突出事故。防治煤与瓦斯突出原理高压射流钻割一体化技术主要包括两方面:施工瓦斯抽采钻孔和高压水射流割缝。瓦斯钻孔预抽煤层瓦斯是消除煤层突出危险的根本手段 。钻孔施工完毕后,在钻孔周围会产生卸压圈和应力集中圈,如图 所示。卸压圈层的厚度一般小于钻孔直径的 倍,处于卸压圈内部的瓦斯可以顺利被钻孔抽采;但是应力集中圈会闭合裂隙,阻碍瓦斯向钻孔流动,形成瓶颈效应。图 高压射流割缝卸压防突
6、原理 ,高压射流钻割一体化卸压增透原理结合了 种指导思想:利用钻机打钻在工作面前方煤体形成钻孔,利用高压射流割缝工艺在钻孔内割缝并排出部分煤体,消除应力集中,破解钻孔周围产生的瓶颈效应,形成钻孔内较大范围的卸压增透区域 ;消除工作面前方煤体中的地应力,改变了原始煤层裂隙状态,增大了煤层透气性能,加速了瓦斯解吸与卸压,也降低了瓦斯压力,进而达到防治煤与瓦斯突出的目标 。高压射流钻割一体化卸压技术应用 工作面概况 采区一区段运煤斜巷设计全宽为 ,净高为 ,墙高为 ,掘进断面积为 ,净断面积为 。巷道底板标高 ,巷道开口点中心位于 煤层底板胶运上山中导线点 往东 处,巷道方位 ,坡度为 (开口 及贯
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