超高压水力割缝增透技术在告成矿的应用与研究

陈新生

摘  要：告成煤矿二1煤层瓦斯含量高、透气性差，采用超高压水力割缝技术增加煤层透气性，依据类似地质条件工作面施工经验确定关键施工参数。应用超高压水力割缝技术后，割缝钻孔与普通钻孔相比，抽采浓度平均提高1.5～2倍，单孔抽采纯量平均提升2～3倍。钻孔高效抽采周期从10天10%以下增加到20天20%左右。

关键词：瓦斯抽采;超高压水力割缝;关键参数;卸压增透

中图分类号：TD712.6       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）29-0183-02

Abstract： The gas content of No. 2-1 coal seam is high and the gas permeability is poor. The ultra-high pressure hydraulic slotting technology is used to increase the gas permeability of coal seam， and the key construction parameters are determined according to the construction experience of similar geological conditions working faces. Compared with common drilling holes， the average concentration of pumping and production is increased by 1.5～2 times and the average purity of single-hole pumping is increased by 2～3 times. The period of high efficiency drilling and extraction is increased from less than 10% in 10 days to about 20% in 20 days.

Keywords： gas drainage; ultra-high pressure hydraulic slotting; key parameter; pressure relief and permeability enhancement

引言

告成煤矿煤层松软、煤层吸附瓦斯能力强、煤层透气性低，穿层预抽钻孔瓦斯浓度低、瓦斯流量衰减快，抽采效果不理想，25011工作面煤层瓦斯含量高、透气性差，通过调研地质条件相仿的松藻矿区和25011下底抽巷钻孔施工情况，选用水力割缝增透技术方法进行揭煤钻孔和区域瓦斯治理钻孔的增透，并进行研究和考察。

1 水力割缝增透技术及装备

1.1 水力割缝增透技术原理

钻孔水力割缝技术利用高压水射流來对钻孔的煤层段进行割缝。通过高压水射流强烈的切割、冲击作用，将钻孔周围部分煤体冲走，增加孔内空间和煤体内表面积，同时引起煤体膨胀变形，并逐渐扩大其影响范围，孔隙增加，透气性增大，提高了抽采效率，有效地降低了割缝附近煤体的煤层瓦斯含量，实现消除煤与瓦斯突出的目的。

1.2 水力割缝系统

水力割缝系统有高压泵站、钻机和配套附件三部分组成。其中高压泵站提供高压水射流，提供具有割缝能力的水射流的能量;钻机实现打钻和退钻功能;配套附件如钻头、高低压转换割缝器、高压密封钻杆等，主要作用是输送高压水并形成煤体的切割作用。

1.3 水力割缝关键参数

高压供水参数：割缝期间终端水压不低于15MPa，以钻机附近压力表显示值为准;供水流量应大于100L/min。

割缝煤量：在恒压供水情况下，从开始割缝至钻孔出清水或出煤量达到设计要求为一个割缝循环（一刀）。煤孔径向割缝刀距0.8～1.5m，割缝时间：≥30min或钻孔出清水，出煤量0.5～1.0t/刀。

割缝钻孔参数：割缝钻孔倾角大于5°，原则上倾角小于5°钻孔不准采用水力割缝增透措施。

2 水力割缝工艺的实施

2.1 工业试验地点概况

告成煤矿25011工作面位于25采区南翼上部，煤层结构简单，煤厚变化大，煤层倾角5～10°，平均8°。工作面揭煤点向北42m左右为F5108正断层;向北67m左右为F5109正断层，揭煤点巷道上帮19m为F5106正断层尖灭点，受影响较小。25011下底抽巷实测煤层原始瓦斯含量5.06～8.84m3/t。

2.2 水力割缝增透钻孔参数对比

25011下副巷揭煤区域抽采钻孔采取水力割缝措施，钻孔组内间距12m。共设计和完成水力割缝钻孔97个，割缝煤量共870t，割缝压力6～15MPa，割缝期间煤浆出渣较均匀，割缝完后孔口附近瓦斯较普通孔增大，邻近钻孔有出水现象（割缝情况见表1）。

3 水力割缝效果考察

3.1 瓦斯抽采效果对比

在施工区域选未采取高压水力割缝措施的钻孔和采取了高压水力割缝措施的钻孔中各一组，连续观测抽采参数（抽采情况如图1、图2、图3所示）。

通过对比可以看出未采取割缝预抽钻孔浓度最高为52%，最低为2%，平均浓度为18%;采取高压水力割缝措施钻孔浓度大幅度提升，其中单孔浓度最高为68%，最低为9%，平均浓度为33%;采取割缝钻孔较未割缝钻孔抽采浓度增加比较明显，平均提高1.5～2倍，单孔抽采纯量同时平均提升2～3倍。与此同时未采取割缝普通预抽钻孔抽采10天左右抽采浓度衰减至10%以下，采取割缝钻孔抽采20天后浓度基本维持在20%，钻孔高效抽采周期明显增加，抽采达标时间缩短50%。

3.2 工作面掘进涌出考察

工作面掘进过程中未出现煤与瓦斯动力现象，预测验证q值最大3.28L/min小于5L/min，S值最大3.4kg/m小于6kg/m，实测指标q、S均小于其临界值，且钻孔施工过程中未发生其它异常情况，工作面无突出危险。回风流瓦斯浓度0.12-0.25%之间，平均0.15%，实现了安全高效掘进。

4 结束语

通过工业试验和对现场参数考察研究，得出以下结论：

（1）该技术可缩短工作面瓦斯抽采达标评判时长。通过对钻孔进行割缝，钻孔抽采浓度平均提高1.5～2倍，抽采纯量提高2～3倍，工作面抽采达标时间缩短50%。

（2）采用技术后，抽采量稳定，抽采效果好，安全揭煤;掘进期间，q值最大3.28L/min，S值最大3.4kg/m，回风流瓦斯浓度最大0.25%，平均0.15%，实现安全高效掘进。

参考文献：

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