高压水射流割缝技术在煤巷掘进中的应用

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1、78能源技术与管理2011年第5期doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2011.05.026高压水射流割缝技术在煤巷掘进中的应用赵志坚（河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作454000）［摘要］系统的分析了高压水射流割缝技术快速消突的原理，对割缝系统做了简单介绍，确定了有关技术参数，并通过晋家冲煤矿的试验效果分析，表明高压水射流割缝技术是高突煤层中一项行之有效的防突措施，可以实现其快速掘进，具有广阔的应用前景。［关键词］高压水射流割缝；煤与瓦斯突出；快速掘进+［中图分类号］TD713

2、.3［文献标识码］B［文章编号］1672-9943(2011)05-0078-030引言晋家冲煤矿位于贵州省水城县木果乡红星村境内，井田位于神仙坡向斜西翼，立新-井田北部，地层倾角20°～35°，一般29°。矿区属高原中山地貌，地质条件复杂，虽然其开采深度为150~200m，但由于瓦斯赋存条件较好，瓦斯不容易放图1高压水射流割缝示意图散，瓦斯含量很大，瓦斯压力较高，并且其煤体强体积应力，达到层内的自我解放。由于煤层在地应度较低，该矿属于高突矿井。11112机巷自2008力作用下具有塑性变形、位移流动的特征和性

3、能，年5月份开始掘进至2009年5月共12个月掘进经过一段时间后发现割缝空间的体积明显减小，365m，月平均掘进30.5m，特别是进入2009年以甚至被周围煤体所填充，由此可知割缝周围煤体后，连续5个月平均进尺只有20.3m。向割缝空间发生位移，煤体位移的作用由缝槽壁晋家冲煤矿在11112机巷掘进中采用超前排缓慢地向周围煤体传播，应力集中范围也不断的放钻孔措施消除掘进工作面煤与瓦斯突出危险，向深部转移，扩大了割缝的卸压排放瓦斯范围［1］。虽然取得了一定成效，但其措施施工时间与瓦斯割缝破坏了原来煤体的应力状态，

4、形成卸压区，在排放时间较长，有效掘进时间短，导致掘进速度缓煤层卸压区域内，原有裂隙的张开、扩展以及新破慢和严重的集中生产现象，为安全生产埋下了重坏裂隙的形成，使其透气性显著提高，从而可以有大隐患。根据该矿特殊的地质条件与技术现状，提效地提高瓦斯排放效率。并且周围煤体在高压水出高压水射流割缝技术，结合超前排放钻孔促进射流的切割、冲击作用下，产生弹塑性破坏，煤层煤体瓦斯排放，快速消除掘进工作面突出危险性，内的裂缝和裂隙的数量、长度和张开度得到不同提高其掘进速率。程度的增加，增大了煤层内裂缝、裂隙和孔隙的连通面积，

5、改变了煤体的裂隙状况，煤体渗透率大幅1高压水射流割缝的防突机理度提高，为瓦斯解吸和流动创造了良好的条件，大高压水射流割缝技术是在掘进工作面中先打大改善了煤层中的瓦斯流动状态，为瓦斯的排放钻孔，然后在钻孔内利用高压水射流对钻孔两侧提供了有利条件。另外，由于煤体应力降低，可使的煤体进行切割。首先是高能量的高压射流破碎煤体的弹性潜能得到释放，煤体内瓦斯的排放还煤体，形成直径较小的槽孔；然后在煤体应力、瓦会增大煤体的机械强度和煤体的稳定性，使煤与斯压力梯度和射流残余能量反射的作用下破碎孔瓦斯突出阻力增大，可进一步减弱

6、或消除突出危周围的煤体，形成了近似椭圆形具有一定厚度的险［2-3］。割缝空间，如图1所示。通过以上分析可知，高压水射流割缝措施可割缝期间形成的空间释放煤层内的部分有效以有效、快速地消除煤与瓦斯突出危险，提高煤巷2011年第5期赵志坚高压水射流割缝技术在煤巷掘进中的应用79掘进速度。2高压水射流割缝系统及相关参数确定高压水射流切割系统分别由供水系统、动力系统、回流装置、高压水传递系统、前端切割部件等5部分组成。供水系统包括水箱及其相关连接部件；动力系统包括高压水泵与矿用三相交变电动机及相关连接部件；高压水传递系

7、统包括高压图3钻孔布置示意图由于该地区的煤层赋存不稳定，钻孔过程经软管与高压硬管及相关连接部件；前端切割部件常见矸，故对于钻孔深度没有明确的规定，采取见包括高压直流接头，高压力矩接头，高压旋转接矸就停的原则。据统计，钻孔平均深度为25m左头，高压喷嘴及相关连接部件，该系统如图2所右，对每个钻孔预留5m的安全距离。示。3.3试验结果分析3.3.1机巷瓦斯排放分析在割缝过程中煤体发生强烈的变形、呈现显著的卸压作用、瓦斯涌出量大幅度提高。在割缝措施结束后2h测量掏槽迎头处的瓦斯浓度，基本上降到了措施前的水平。图4~

8、6为11112机巷掘进迎头其中3次割缝时的瓦斯浓度的变化情况。图2高压水射流割缝系统示意图水泵的调节压力范围为0~50MPa，水流量为70L/min，回流装置是为了防止系统压力过高致使高压软管爆裂，在喷头堵塞时的自动卸压装置。关于切割喷头的参数，根据于洪等的研究［4］，确定喷嘴直径为2.8mm，喷嘴收缩角为7°，喷嘴的长度图42009-06-10日割缝时机巷瓦斯浓度为14mm。割缝前所打的瓦斯排放钻