水排渣加剧喷孔在石门揭煤中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 水排渣加剧喷孔在石门揭煤中的应 用 摘 要 利用煤与瓦斯突出的本质 是突出煤层中潜存的巨大能量突然超常 规释放这一理论，通过采用水排渣钻进、 风水交替冲煤扫孔加剧喷孔的方式来控 制突出煤层的能量释放和转移，诱导煤 体内瓦斯快速解吸，加速瓦斯排放速度， 提高钻孔抽采半径和煤层透气性，进而 缩短石门揭煤瓦斯治理时间，达到安全 快速揭煤的效果。 中国论文网 /8/view-12875973.htm 关键词 石门揭煤；水排渣；喷 孔；能量释放 中图分类号 TD713 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2012）69- -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 0137-02 0 引言 突出危险区石门揭煤是煤矿瓦斯 防治的重点和难点，是突出灾害的多发 易发环节，也是突出危险性最高、突出 强度最大、施工环节最多、管理难度最 大、技术含量最高、瓦斯防治最关键的 工程。淮北矿业在石门揭煤工序中，曾 发生多起煤与瓦斯突出灾害事故。近年 来，虽不断加大瓦斯灾害治理，突出灾 害在一定程度上得到了遏制。但是按传 统的防治方法，揭穿每层强突出煤层前， 均需预抽 6 个月左右，揭穿一般突出煤 层前，需预抽 3 个月左右，严重制约了 矿井建设速度。 1 突出危险煤层自然属性与喷孔 特征 煤与瓦斯突出的本质，是突出煤 层中潜存的巨大能量突然超常规释放； 防突的实质，就是控制能量释放或控制 能量转移。在钻孔钻进工程中适当加剧 喷孔是控制能量释放、转移的一种方式， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 可以达到防治突出灾害的目的。 突出危险煤层瓦斯含量高、压力 大、地应力大、吸附瓦斯解析速度快， 煤体机械强度低、破碎严重，在钻孔施 工中常出现喷孔、喷瓦斯；喷孔强度与 煤体破碎程度、瓦斯含量、瓦斯压力、 煤层瓦斯解析速度、地应力相关，煤体 越破碎、瓦斯含量越大、压力越高、解 析速度越快、地应力越大喷孔越严重。 防突实践还显示，突出危险煤层钻孔施 工喷孔强度不仅与上述因素相关，还与 钻孔施工采用的排碴介质相关，用水作 为排碴介质进行打钻，喷孔强度更为猛 烈。 2 突出煤层钻进喷孔基本原理分 析 随着钻具进入突出危险煤体并在 煤体中前移，一方面，钻头前端剥离煤 体钻屑量突然增大，大量碎屑易阻碍排 碴介质正常流动，使搬运能力下降；另 一方面，剥离下的煤屑压力降低，煤屑 吸附瓦斯讯速解析成游离瓦斯；再一方 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 面，随钻具在煤体中前移，孔周围、孔 底地应力下降，并向孔周、孔底转递， 随着地应力降低孔周及孔底煤体瓦斯必 然快速解吸并向孔内运移。钻屑、排碴 介质、大量解吸瓦斯在孔内汇合形成一 定压力，并自孔底向孔口运移，当运移 途径不畅时，势必形成集聚，当集聚能 量达到足以克服钻孔阻碍能力时，喷孔 现象也就随之发生了。 3 水排碴喷孔加剧原因分析 突出煤层透气性系数小，大多大 在 0.001MD10MD 范围，煤层透气性 能不仅与煤体本身物理力学性能相关， 与煤体本身干、湿程度关系更为密切。 根据突出煤层的干、湿煤样透气性系数 分析研究结果，湿润煤体透气性能显著 下降，湿煤样是干澡煤样透气性的十分 之一。 突出危险煤层钻进采用水排碴喷 孔加剧，正是干、湿煤体透气性显著差 异所导致。用水作为排碴介质时，水自 钻杆内部进入孔底，沿钻杆外部与孔壁 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 之间流出并冲刷搬运孔内钻屑，水必然 沿孔底、孔壁向孔外煤体渗透形成类似 笔筒状湿润煤体，使紧邻孔壁、孔底煤 体机械强度、透气性降低。孔周围及孔 底煤体受钻进作用地应力降低，吸附瓦 斯解析并向孔内渗透运移，至低透气性 笔筒状湿润煤体外侧集聚，随着时间延 续集聚能量不断增强，当其超过湿润煤 体抵抗能力时，笔筒状湿润煤体剥落进 入孔内，笔筒状湿润煤体外封存的大量 瓦斯迅速涌入孔内，喷孔也发生了。此 现象循环往复，使湿润煤壁一次次被冲 破剥离，孔径一次次被扩大，孔径扩大 使钻孔卸压范围增大，卸压范围增大必 然又增大瓦斯解析量，瓦斯涌出量增加 又导致喷孔加剧。再一方面，孔径扩大 必然使得孔壁煤体稳定性降低、塌孔机 率上升，卡钻、抱钻多发易发。卡钻、 抱钻易使孔内集聚高压瓦斯和水，当其 能量足以冲破障碍时，强烈喷孔也就发 生了。 4 实践技术路线 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 喷孔对瓦斯防治钻孔施工确实有 一定的影响，但是喷孔实际上也是瓦斯 和地应力的突然释放。防突措施的目的， 实际也就是消除待采掘地带地应力和瓦 斯压力，如何利用突出煤层水排碴钻进 喷孔加剧这一属性，实现利用突出煤层 自然属性与潜在的能量为瓦斯治理提供 动力，可以从以下几方面进行。 4.1 笔筒状湿润煤皮建造步骤 准备好冲煤扫孔管。突出煤层钻 进常因喷孔严重而采用压风排碴，当钻 孔穿过煤层底板不小于 0.5m 后，改压 风排碴为水排碴，待返水色泽变浅后， 拔出钻具，随即下设钢质冲孔管。冲孔 管径根据钻孔孔径确定，钻孔孔径为 94mm 或 108mm 钻孔，冲孔管前端 6m8m 选择硬质材料作为导向管，常 选择 2 寸厚壁铁管，节与节之间用内外 丝联接，孔底端头 0.5m 段打成花眼， 端头车成 45角；导向管后端连接硬质 可变形高压管，管口外端头联接三通接 头，并分别与压风、高压水管连接。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 做好岩石段孔壁保护。若围岩破 碎，冲扫管下至孔底后随即安装孔口护 壁管。护壁管选择管径为 90 mm 或 75mmPE 管材，护壁管长度视围岩破 碎情况确定，若围岩破碎严重应下至煤 层顶（底）板，护壁管下到位后，并对 护壁管进行固管。 笔筒状湿润煤皮建造。通过冲孔 管向孔内冲水，冲水压力视孔深、煤体 强度确定，一般不小于 5MPa。启动注 水泵后，冲煤扫孔管由孔口向孔底迂回 前行，冲净孔内煤屑，至返水变清后， 关闭冲水闸阀开启压风开关，自孔口向 孔底迂回扫孔，直至冲干孔内积水停止。 4.2 降低湿润煤皮透气性能 冲孔采用循环水，以提高水的粘 稠度，降低渗透能力，提高孔壁粘塑性， 降低孔壁的透气性。 4.3 降低湿润煤皮机械强度 用高压水冲孔，以实现削薄湿润 煤皮厚度，高压水冲孔后应随即换压风 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 扫孔，以降低水浸润孔壁深度，实现降 低孔壁湿润煤皮厚度及机械强度，若钻 孔围岩涌水或渗水，应根据水量情况间 歇用压风扫孔，尽可能消除孔内积水。 4.4 构建湿润煤皮循环往复剥离 条件 应根据瓦斯集聚冲破湿润煤壁所 需时间，确定冲煤扫孔间隔时间，冲孔、 扫孔间隔时间应略大于瓦斯集聚冲破湿 润煤壁的时间。一般而言，钻孔竣工初 期、瓦斯放散初速度大涌出量高的区域、 煤层破碎严重地带，冲孔扫孔时间间隔 短；反之，时间间隔应长。 4.5 仰孔施工工程实践 在喷孔强烈区域施工仰孔时，采 用压风穿煤排碴，穿过煤层顶板后及时 关闭压风，开启供水闸阀，间歇冲煤扫 孔；当煤层喷孔强度中等时，应采用水 力排碴穿煤；当煤层较坚硬时，应采用 高压水冲煤扫孔。运用以上方法，同样 可实现孔内煤皮循环往复剥离，工程实 践表明，上述方法同样可提高抽采半径 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 和煤层透气性，显著提高治理效果。 5 结论 该技术利用突出煤层的属性和潜 在的能量为瓦斯防治提供动力的理论， 采用水排渣钻进、风水交替冲煤扫孔加 剧喷孔的方式来控制能量释放和转移， 诱导煤体内瓦斯快速解吸，加速瓦斯排 放速度，扩大钻孔排放影响范围，进而 缩短石门揭煤治理时间。目前已在淮北 矿业石门瓦斯防治中得到了运用，实现 安全快速揭穿突出煤层 90 余处，为采 掘接替提供了时间保障，为新井早日投 产节省了大量抽采时间。特