基于水射流几何结构特性分析的煤层水力割缝技术.pdf

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1、2013年第38卷第4期能源技术与管理V01．38No．4EnergyTechnologyandManagement29doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2013．04．011基于水射流几何结构特性分析的煤层水力割缝技术王法凯，齐宝勇，张士伟(贵州肥矿能源有限公司，贵州毕节5521O0)[摘要]在实施平桥丰河煤矿I1602回采工作面钻割一体化技术过程中，根据16号煤层揭露产状，并基于水射流几何结构特性分析，摸索出适合平桥丰河煤矿复杂瓦斯赋存条件的钻割一体化技术，显著提高了瓦斯抽采效率，大大缩短了瓦斯抽采达标所需的时间，有效治理了回采工作面瓦斯，保证

2、了平桥丰河煤矿采掘安全、高效生产，具有重要的现实意义。[关键词]煤与瓦斯突出；水射流；结构分析；钻割一体化；水力割缝技术[中图分类号]TD713+．3[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(2013)040293采用厚度1．69m。顶板为粉砂岩及粉砂质泥岩，直0引言接底板为根土岩，间接底板为粉砂岩或细砂岩。回瓦斯灾害是矿井最严重的灾害之一，是制约采区域揭露大断层5条，落差近3m。矿井安全生产的关键因素。平桥丰河煤矿位于织根据贵州省煤田地质局地质勘察研究院提交纳煤田西南部，靠近织金县城，经鉴定为煤与瓦斯的《贵州省织金县平桥丰河煤矿地质勘查报告》，突出矿井，煤层揭露资

3、料显示该井田断层发育、构该区可采煤层中甲烷含量平均值为14．43m3／t，16造复杂、煤层透气性低、瓦斯含量高、瓦斯压力大号煤层瓦斯含量最高为16．84m3／t。根据《贵州省等特点造成瓦斯治理难度大。织金县平桥丰河煤矿M16号煤层煤与瓦斯突出为有效提高平桥丰河煤矿煤层透气性系数、危险鉴定》，16号煤层为煤与瓦斯突出煤层。提高瓦斯抽采率，为平桥丰河煤矿瓦斯发电项目2水射流钻割一体化技术提供充足的气源保障，文章设计试验了11602回采工作面钻割一体化技术。2．1基本原理高压水射流钻割一体化技术分为钻、割两个11602回采工作面概况部分，钻即正常钻进；割是利用高压水发生设备产平

4、桥丰河煤矿矿区内包括褶曲和断层。其中，生高压水，通过喷嘴将压力能转变为高度聚集的平桥向斜总体为北宽南窄之短轴向斜，自织金县水射流动能，可利用这种射流对煤体进行切割、破幅三块田至绮陌公社幅山脚延出区外，轴向NE～碎，钻、割过程均遵循质量守恒定律、能量守恒定SW，走向长约5．1km。地层倾角3~-45。，两翼靠近律。边界断层附近地层倾角较大，中部地层产状平缓，2．2水射流几何结构特性大多在15。以内。断层包括AF5正断层，其走向建立水射流的力学几何模型如图1所示。SW～NE，走向长度约5000m，倾向sE，倾角60。～80。，切割地层P2m、，地层断距大于100m，为煤矿北西

5、边界断层。GF6逆断层走向SSW～NNE，倾向SE，长约2500m，倾角70。一80。，切割地层P2m、，地层断距250～300m。F1逆断层，走向近EW向，倾向s，倾角65。左右，标二燧石灰岩被错开，长度约400m，断距小于20m，及F2正断层，F3断层，F2—1(1)正断层等。1．喷嘴；2．等速核；3．混合区；4．边界层；O般点11602回采工作面布置在l6号煤层，16号煤图1射流的水动力学结构层全层厚0～2．52m，一般2．00m，单一煤层，平均水射流流场内部存在其速度与出口速度相同30王法凯，等基于水射流几何结构特性分析的煤层水力割缝技术2013年8月Feb．。2

6、013的区域，称为射流核心区。射流与周围静止流体之式中，为D处的射流长度。间存在切向间断面，该断面处有强烈掺混的旋涡2．3水力割缝技术微团，引起射流与周围流体间的动量、热量及质量钻孔与切割设备为一系统，其组成包括：水交换。由于粘性作用，原来静止的流体会被射流卷箱、高压水泵、高压软管、钻机、密封钻杆、高压旋吸到射流中，这种现象称为射流的卷吸作用。同一转接头、切割喷头、压力转换总成、泄压阀。截面上中心线处的流速最大，离中心线越远处的高压水射流钻孔、割缝一体化作业与传统瓦流速越小。随着射流向下游流动，其中心线处的流斯钻孔施工工艺区别在于其施工分两步组成。速逐步减小。随着往下游迁

7、移，射流的宽度逐渐增第一步，钻孔。钻孔施工工作与传统钻孔无区大，这种现象称为射流的扩散现象。别，使用的设备也与传统设备完全相同，在这期初始段：等速核(区域BCA)内各点的速度大间，不涉及高压水射流设备的使用和操作。当钻孔小、方向均相同，即等于喷嘴出口的速度，亦称核达到设计的深度后，进行第二步施工。心段。射流的内边界(等速核的边界称为内边界)第二步，一体化作业要求在退钻过程中对已和外边界之间的区域为混合层，在其内存在速度经形成的瓦斯抽放孔进行切割，以提高钻孔瓦斯梯度，因而产生雷诺应力。这段射流的压力和速度释放自由门，增加煤层裂隙