1、1新河矿井水力冲孔试验研究摘要：新河矿井瓦斯含量大、压力高、地质构造复杂，为提高煤层透气性，有效提高瓦斯抽采效果，实现突出煤层快速消突，在 12091 工作面下抽巷进行了水力冲孔试验，并对试验结果进行了分析研究，为新河矿井瓦斯治理提供了很好的途径。 关键词：水力冲孔 抽采效果 消突 新河矿井位于河南省焦作市，隶属于河南煤化集团焦煤公司，设计建设规模 60 万 t/a，矿井设计服务年限 37.3 年。 矿井设计主采山西组二 1 煤，井田东西长约 3km，南北宽 1-3Km，含煤面积 7.93Km2。煤层倾角 712，煤层厚度 4.338.10m，平均煤厚6.08m。地勘时期，二 1 煤层瓦斯钻孔
2、试样 10 个，瓦斯含量为1.4726.22m3/t，平均 15.43m3/t。其中首采区（-500m 水平以浅）平均瓦斯含量为 13.24m3/t；矿井后期（-500m 水平以深）平均瓦斯含量为24.47m3/t。基建期间获得 12 个井下钻孔瓦斯参数，1 个地面钻井参数，瓦斯含量为 6.7727.86m3/t，瓦斯压力为 0.953.05MPa，其中在第一中车场揭煤处测得瓦斯压力达到 2.6MPa，在采区变电所测得瓦斯压力达到 3.0MPa。在主井落底时测出瓦斯含量 26.08m3/t，在地面抽采钻井取样测得瓦斯含量 27.86m3/t。属煤与瓦斯突出矿井。 1 水力冲孔消突机理 水力冲孔
3、作用机理就是一方面依靠高压水射流的射流打击力，造成2煤体的破碎、掉落，逐渐在煤体中形成一个大尺寸的孔洞。与此同时，孔洞周围的煤体向孔道方向发生大幅度的径向位移，造成顶、底板之间的相向位移，引起在孔道影响范围内的地应力降低，煤层得到充分卸压，裂隙增加，使煤层透气性大幅度增高，促进瓦斯解吸和排放，大幅度地释放了煤层和围岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能，煤的塑性增高和湿度增加。另一方面是湿润煤体，减小了煤体的脆性，增加了可塑性，降低了煤体内部的应力集中，起到了综合防突的作用。 通过这两方面既消除了突出的动力，又改变了突出煤层的性质，起到在采掘作业时防止煤与瓦斯突出的作用。 2 技术工艺 以“矿用水力冲孔
4、机”为主要技术实施设备。在现场进行冲孔是按照以下程序进行。 调整“矿用水力冲孔机”机架升降调节装置，使疏孔达到设计工作高度和倾角。 调整校直机构的调节导向轮，使连续钢管校直。 启动高压水泵，并进入正常供水状态，高压水泵将高压水通过高压软管注入高压水切削喷嘴，经切削喷嘴射流切削岩矿体。 启动连续钢管驱动机构，合理控制推进速度。 开启水泵，缓慢推进喷嘴，每推进 1 圈暂停 13 分钟，观察水质，直至推进至泥岩处，在水压表不超过 40Mpa 的情况下加压冲孔，每 0.5m作为一个冲孔循环，在每个循环内反复进退喷嘴，直至孔口返水颜色变浅，如此循环冲至煤层底板处。水压表超过 40Mpa 时调整水量，降低
5、压3力，当压力降到 40Mpa 以下时稳定 5min 左右方可推进。 上述作业完成后，退出切削喷嘴，更换洗孔喷嘴，进行洗孔作业。洗孔过程中反复推送喷嘴，直至孔口返水颜色变浅。 冲孔结束后统计冲出煤量及作业期间瓦斯涌出量，考察冲孔效果。利用压风吹孔后连抽。 3 主要试验内容 本次试验地点为 12091 下顶抽巷 17 号钻场。钻场处距煤层法线14.4m，煤层厚度 6.08m，煤层倾角 11.15。 12091 下顶抽巷 17 号钻场总计 41 个钻孔，40 个为抽采钻孔、1 个压裂钻孔。钻场迎头正中间是 1 个压裂钻孔。40 个抽采钻孔全部施工完毕，其中 12 个孔是采用带压封孔方法封孔，28
6、个采用临时封孔方法封孔（11个孔为胶囊式快速封孔器封孔、17 个孔为聚氨酯临时封孔） 。本次试验钻孔位置见图 1。 图 1 17 号钻场钻孔布置图 表 1 17 号钻场水力冲孔钻孔情况汇总表 4 试验结果及分析 4.1 冲出煤量和瓦斯量 冲孔共分两阶段进行，第一阶段未使用防喷装置，冲孔汇总如下表2。 4第二阶段安装防喷装置，冲孔汇总如下表 3。 4.2 提高瓦斯浓度和抽放量 冲孔前后对 17 号钻场抽采浓度和抽放瓦斯纯流量分别进行测量，前后变化情况分别如图所示。 图 2 17 号钻场冲孔前后瓦斯抽采浓度曲线图 图 3 17 号钻场冲孔前后瓦斯抽采纯量曲线图 根据计算，17 号钻场冲孔后的浓度和
7、纯流量分别提高了 2.78 倍和2.52 倍，效果比较理想。 5 结论 试验表明，水力冲孔措施实施后，使得煤体得到充分泄压，煤体的应力梯度下降，在释放应力的同时较大程度上增加煤层透气性，钻孔抽采浓度和抽采纯量都有了大幅度的提高，表明水力冲孔措施在增强煤层透气性、提高瓦斯抽采效果方面具有很好的可行性。 参考文献： 1于不凡，王佑安.煤与瓦斯灾害防治及利用技术手册S.北京：煤炭工业出版社，2000：537-542. 2刘明举，孔留安，郝富昌等.水力冲孔技术在严重突出煤层中的应用J.煤炭学报，2005，30（4）：11-14. 3薛胜雄，黄汪平，陈正文等.高压水射流技术与应用M.北京：机械工业出版社，1998.
