【正文】 間距交叉鉆孔自然瓦斯涌出量與時(shí)間的關(guān)系 q = Q j ＝5 7 6 0 m300 10 20 30 40 50t/dq/m3/(min?hm)1孔間距 q = Q j = 4343m300 10 20 30 40 50t/dq/m3/(min?hm)1孔間距 q = Q j = 2713m300 10 20 30 40 50t/dq/m3/(min?hm)1孔間距 孔間距 /m 初始流量m3/ 衰減系數(shù) d1 極限流量 m3 5760 4343 2713 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) ③ 不同孔間距交叉鉆孔瓦斯抽采量與時(shí)間的關(guān)系 q ct = Q cj = 5141m300 20 40 60 80 100t/dq/m3(min?hm)1孔間距 q ct = Q cj = 3988m300 20 40 60 80 100t/dq/m3/(min?hm)1孔間距 q ct = Q cj =2527m300 20 40 60 80 100t/dq/m3/(min?hm)1孔間距 孔間距 /m 初始流量m3/ 衰減系數(shù)d1 極限流量m3 5141 3988 2527 高壓水射流擴(kuò)孔 1） 技術(shù)原理 在已打成的鉆孔中，利用高壓細(xì)射流、并能旋轉(zhuǎn)的噴嘴對鉆孔周圍煤體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，同時(shí)鉆桿沿鉆孔軸向的移動形成對鉆孔全長的徑向連續(xù)擴(kuò)孔，從而擴(kuò)大鉆孔直徑，增加鉆孔的卸壓范圍和瓦斯抽采量。 高壓水射流擴(kuò)孔需采用專門的擴(kuò)孔噴嘴及配套的高壓水泵 。 高壓水經(jīng)鉆桿送入擴(kuò)孔噴嘴，噴嘴分兩組，每組 2個(gè)，前面一組擴(kuò)孔，后面一組排渣。擴(kuò)孔噴嘴噴射出高壓細(xì)射流，同時(shí)在高壓水的驅(qū)動下快速旋轉(zhuǎn)，對孔壁實(shí)現(xiàn)環(huán)狀切割；排渣噴嘴有兩個(gè)朝后方的小孔，噴出水射流可加速擴(kuò)孔中的鉆屑排出。 從見煤點(diǎn)開始，噴嘴邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn)，直至鉆孔擴(kuò)孔 韻至孔底，而后又從孔底向外退出再擴(kuò)一次，以加深效果。 圖 1328 高壓水射流擴(kuò)孔原理 1一鉆孔； 2— 旋轉(zhuǎn)體； 3— 擴(kuò)孔噴嘴； 7— 高壓水射流； 5— 擴(kuò)孔段鉆孔； 6— 排渣噴嘴； 8擴(kuò)孔鉆桿 高壓水射流擴(kuò)孔 2） 技術(shù)描述 (1)針對我國煤礦的不同條件，研制了適合不同硬度煤層和不同類型鉆孔擴(kuò)孔的 SKP型高壓射流擴(kuò)孔設(shè)備，它由高壓水射流擴(kuò)孔鉆具及高壓水泵組成 擴(kuò)孔鉆具 包括擴(kuò)扎射流器、過濾裝置、耐高壓擴(kuò)孔鉆桿和水尾等主要部件。 擴(kuò)孔射流器 是高壓水射流擴(kuò)孔的關(guān)鍵部件，由旋轉(zhuǎn)噴頭和推進(jìn)噴頭組成。擴(kuò)孔射流器安裝在耐高壓擴(kuò)孔鉆桿的前端， 擴(kuò)孔鉆桿 用于輸送高壓水，要求既能承受高壓，又能保持良好的密封。 高壓水柱塞泵 (3D2SZ75/25型）額定壓力 25 MPa，額定流量 75 L /min。 SKP型高壓水射流擴(kuò)孔裝備簡圖 高壓水射流擴(kuò)孔 2） 技術(shù)描述 (2)SKP擴(kuò)孔射流器 旋轉(zhuǎn)噴頭上有兩個(gè)特制的旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔噴嘴，直徑 、 外噴射出高壓水射流，同時(shí)可在高壓水的驅(qū)動下快速旋轉(zhuǎn)，從而對鉆孔孔壁進(jìn)行環(huán)狀切割。推進(jìn)噴頭有兩個(gè)朝向后方的噴嘴，噴出的水射流可加速煤渣的排出。 SKP擴(kuò)孔射流器結(jié)構(gòu)圖及照片 1噴嘴擋板； 2旋轉(zhuǎn)噴嘴； 3噴嘴； 4旋轉(zhuǎn)噴嘴軸； 5推進(jìn)噴嘴； 6保護(hù)套 高壓水射流擴(kuò)孔 2） 技術(shù)描述 (3)WJ1擴(kuò)孔一體化鉆頭 WJ1鉆擴(kuò)一體化鉆頭 是鉆孔一體化擴(kuò)孔設(shè)備的核心構(gòu)件之一，主要由鉆進(jìn)牙齒、旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔噴嘴（ 2個(gè)，直徑最小 2mm,最大 ）、推進(jìn)噴嘴 (1個(gè)，直徑 )和高壓水尾幾部分組成； 鉆擴(kuò)牙齒 是利用鉆機(jī)的機(jī)械運(yùn)動驅(qū)動實(shí)現(xiàn)鉆孔軸向切割煤炭； 推進(jìn)噴嘴 的主要作用是軸向切割和輸送煤炭，旋轉(zhuǎn)噴嘴則是在鉆機(jī)帶動下實(shí)現(xiàn)徑向切割和輸送煤炭。 高壓水泵 額定壓力 25MPa、額定流量 150L/min。 1推進(jìn)噴嘴； 2鉆進(jìn)牙齒； 3旋轉(zhuǎn)噴嘴； 4過濾器； 5中間接頭； 6鉆桿；7鉆機(jī)； 8高壓旋轉(zhuǎn)水尾； 9快速接頭 1 7 5 6 8 2 3 1 2 3 高壓水射流擴(kuò)孔 2） 技術(shù)描述 (4）高壓旋轉(zhuǎn)水尾設(shè)計(jì) 高壓旋轉(zhuǎn)水尾是鉆孔一體化擴(kuò)孔設(shè)備的核心構(gòu)件之一，是對高壓細(xì)射流擴(kuò)孔設(shè)備高壓水尾的改進(jìn)，其技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是：可旋轉(zhuǎn)、耐高壓，結(jié)構(gòu)如下圖所示。 工藝特點(diǎn)： 在打鉆以及進(jìn)行高壓水力沖、擴(kuò)過程中，保證鉆桿連接水管過程中能夠旋轉(zhuǎn)，特別是通入高壓水過程中，保障鉆桿能旋轉(zhuǎn)，密封型好，耐高壓。 高壓水射流擴(kuò)孔 2） 技術(shù)描述 (5）高壓密封鉆桿設(shè)計(jì) 在進(jìn)行水力化擴(kuò)孔時(shí)，介質(zhì)水的壓力較高，擴(kuò)孔時(shí)多數(shù)都是采用人工操作，因而要求高壓擴(kuò)孔鉆桿要有足夠的抗壓強(qiáng)度、其接頭的焊接及密封都有嚴(yán)格要求。 采用內(nèi)置式擠壓密封，如下圖中之 1所示。 1 高壓水射流擴(kuò)孔 2） 技術(shù)描述 (6）高壓鉆桿密封性能檢驗(yàn) 為確保在正常工作條件下鉆桿的抗壓強(qiáng)度，高壓擴(kuò)孔鉆桿的焊縫、密封等是否可靠，在實(shí)驗(yàn)室采用豐收 3型手搖泵 對其進(jìn)行加壓試驗(yàn)，通過加壓，并穩(wěn)定在一定的壓力數(shù)值，觀察手搖泵上的壓力表值的變化情況和高壓鉆桿的焊縫處是否有滲水、跑水等瀉漏現(xiàn)象。通過試驗(yàn)，壓力達(dá)到手搖泵的極限壓力35MPa時(shí)，高壓擴(kuò)孔鉆桿沒有出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。 高壓水射流擴(kuò)孔 3） 技術(shù)特點(diǎn) 擴(kuò)孔高壓水射流結(jié)構(gòu) ，可以看做非淹沒自由射流，其結(jié)構(gòu)可分為起始段、基本段和消散段。影晌擴(kuò)孔效果的主要射流參數(shù)有：射流起始段長度、射流打擊力和打擊壓力。 高壓水射流破煤機(jī)理 ：高壓水射流作用于物體表面，引起材料結(jié)構(gòu)破壞的主要作用有：①射流打擊力；②水楔作用；③射流脈沖負(fù)荷引起的疲勞破壞作用；④氣蝕破壞作用等。這些因素在材料破壞過程中同時(shí)起作用，但對不同工況條件及不同種類的材料，各因素作用的大小并不相同。 高壓水射流擴(kuò)孔 3） 技術(shù)特點(diǎn) 高壓水射流擴(kuò)孔器特點(diǎn)： 與機(jī)械擴(kuò)孔相比其特點(diǎn)為 一是 擴(kuò)孔的直徑大 ，實(shí)際擴(kuò)孔直徑可達(dá)到l50～ 300 mm，而機(jī)械擴(kuò)孔則隨著鉆孔直徑的增大，鉆機(jī)的扭矩成幾何倍數(shù)增加，因而，常規(guī)鉆機(jī)難以完成較大直徑的擴(kuò)孔。 二是前端擴(kuò)孔射流器的直徑與鉆桿接近， 不易卡鉆 。 高壓水射流擴(kuò)孔 4） 擴(kuò)孔工藝過程 當(dāng)鉆機(jī)施工完一個(gè)鉆孔后，用高壓水鉆桿將擴(kuò)孔射流器送入孔內(nèi)到達(dá)開始擴(kuò)孔的位置，接上高壓水泵，利用可噴出高壓水射流、又能白行旋轉(zhuǎn)的擴(kuò)孔射流器對鉆孔周圍的煤體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式切割，并通過高壓水鉆桿沿鉆孔軸向的移動完成對整個(gè)鉆孔的連續(xù)擴(kuò)孔。 高壓水射流擴(kuò)孔 5）應(yīng)用實(shí)例： 淮南新莊孜煤礦在 812m水平 B B11煤層石門揭煤前在不減少預(yù)抽瓦斯鉆孔密度基礎(chǔ)上增加高壓水射流擴(kuò)孔措施消突。即在施工完卸壓孔后（孔徑 94mm,孔底間距 3m ），使用高壓細(xì)射流擴(kuò)孔設(shè)備進(jìn)行間隔擴(kuò)孔。 ? B11煤層 （含 Blla和 Bllb煤層，其間距 , Blla煤厚 0～ , Bllb煤厚 ～ ，煤層傾角 22。 ～ 28。 ； ? 揭煤區(qū)在 lOOm范圍內(nèi)發(fā)育有 F105(7)、 Fa、 Fc、 Fd斷層，并將見Fd斷層。 揭 B11煤石門斷面寬 =、高 =。揭煤區(qū)剖面如右圖所示。 高壓水射流擴(kuò)孔 5）應(yīng)用實(shí)例 揭煤區(qū)域 突出參數(shù)： B11煤層絕對瓦斯壓力力 P=，煤的堅(jiān)固性系數(shù) f=。 K=ΔP/f=。 D= 。 防突措施設(shè)計(jì)與施工： 為縮短揭煤時(shí)間，揭煤設(shè)計(jì)從石門巷道和64313底板巷兩端同時(shí)施工措施孔，并進(jìn)行高壓水射流擴(kuò)孔。 新莊孜 812mⅣ 線石門揭煤區(qū)措施孔布置剖面圖 高壓水射流擴(kuò)孔 5）應(yīng)用實(shí)例 石門鉆孔設(shè)計(jì)控制范圍 ：石門輪廓線外頂部 lOm，兩幫 15m，底部 8m的范圍。石門共布置措施孔 163個(gè)（迎頭 89個(gè)，左右兩幫各 37個(gè)）。 64313底板巷設(shè)計(jì)鉆孔控制范圍 ：兩幫控制 15m，底部控制 lOm，頂部控制 Fd斷層下盤上端所有煤層賦存點(diǎn)。底板巷共布置措施孔 100個(gè)，均布置在迎頭。 孔徑與孔距距： 孔徑 94mm；孔距距：終孔點(diǎn)以 Bllb煤層中線為準(zhǔn)，上向孔、平孔孔底間距 4m、下向孔孔間距 3m。 新莊孜礦 812mⅣ 線石門揭煤區(qū)措施孔布置圖 高壓水射流擴(kuò)孔 5）應(yīng)用實(shí)例 水力化措施實(shí)施 所有鉆孔施工后都進(jìn)行水力化擴(kuò)孔 ： 傾角為 18～ 53O的鉆孔 ，前期采用高壓細(xì)射流擴(kuò)孔設(shè)備進(jìn)行，可間斷的采用鉆擴(kuò)一體化擴(kuò)孔設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合適的鉆具； 傾角為 9～ 11O的鉆孔 ，采用鉆擴(kuò)一體化擴(kuò)孔設(shè)備進(jìn)行，在擴(kuò)孔過程中采用多種鉆頭進(jìn)行考察試驗(yàn)，根據(jù)排渣情況選擇合適的擴(kuò)孔鉆頭，并及時(shí)對鉆頭進(jìn)行改進(jìn)和完善，并以此種方法實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔裝備最優(yōu)化配置。 擴(kuò)孔統(tǒng)計(jì)： 從 2023年 12月開始，至 2023年 2月 19日，對石門處 172個(gè)已施工的鉆孔進(jìn)行水力化措施。擴(kuò)出總煤粉量 28t，單孔最大煤粉量 3t，平均 ，擴(kuò)孔后直徑一般達(dá) 403～ 835mm，為擴(kuò)孔前 ～ ，效果顯著。揭煤區(qū)域受到斷層的影響，鉆孔往往施工完后就出現(xiàn)塌孔，由于采用了鉆擴(kuò)一體化擴(kuò)孔鉆頭，能較好地進(jìn)行鉆進(jìn)，有效地節(jié)約了擴(kuò)孔時(shí)間。 擴(kuò)孔過程中，部分鉆孔出現(xiàn)強(qiáng)噴孔現(xiàn)象，工作面瓦斯?jié)舛让黠@增大，擴(kuò)孔前工作面瓦斯?jié)舛然驹?%左右，擴(kuò)孔過程中瓦斯?jié)舛让黠@增大，最大達(dá)到 %左右。 高壓水射流擴(kuò)孔 5）應(yīng)用實(shí)例 水力化措施實(shí)施 措施效果評價(jià) 2023年 4《 010年 3月揭煤區(qū)域 394天累計(jì)瓦斯抽（排）采量為 萬 1113，根據(jù)揭煤區(qū)域總瓦斯量為 1113，計(jì)算揭煤區(qū)瓦斯抽采率為 %。 在石門迎頭距 B11a煤層法距 ，施工 5個(gè)測壓鉆孔，殘余瓦斯壓力測定最大值 ，殘余瓦斯含量 。在距煤層法距 2m迎頭位置，預(yù)測 Smax=， K1max=()，均小于 B1l1煤層臨界值 So=， K1o=()。 綜上，控制區(qū)域煤層已消除了突出危險(xiǎn)性，可以實(shí)施石門揭 B11煤層工作。 高壓水射流擴(kuò)孔 5）應(yīng)用實(shí)例 水力化措施實(shí)施 揭煤實(shí)施 2023年 4月 10日開始放炮揭煤，巷道采用遠(yuǎn)距離全斷面一次性爆破進(jìn)行揭煤，見全煤后，預(yù)測指標(biāo)Smax=、 K1max=()，預(yù)測無突出危險(xiǎn)，揭煤過程最大瓦斯?jié)舛?%，平均%， 2023年 6月 18日安全順利揭開煤層。 高壓水射流擴(kuò)孔 5）應(yīng)用實(shí)例 水力化措施實(shí)施 深部高瓦斯高地應(yīng)力復(fù)雜煤層大斷面水力化措施石門揭煤小結(jié) (1)首先要準(zhǔn)確掌握揭煤區(qū)煤層瓦斯地質(zhì)狀況，準(zhǔn)確預(yù)測其突出危險(xiǎn)性，以實(shí)測瓦斯壓力（含量）為主要依據(jù)，并結(jié)合揭煤區(qū)域瓦斯地質(zhì)等相關(guān)資料綜合分析。 (2)對于大斷面 (20m3左右 )石門巷道措施控制范圍：巷道輪廓線外頂部 1Om，兩幫 15m，底部 8m。 (3)采用水力化擴(kuò)孔措施，措施孔孔底間距應(yīng)根據(jù)實(shí)際考察水力擴(kuò)孔有效半徑確定，一般情況深部礦井高瓦斯高地應(yīng)力煤層平石門揭煤措施孔底間距按 3～ 4m布置。 高壓水射流擴(kuò)孔 5）應(yīng)用實(shí)例 水力化措施實(shí)施 深部高瓦斯高地應(yīng)力復(fù)雜煤層大斷面水力化措施石門揭煤小結(jié) (4)根據(jù)揭煤工程情況，可對措施鉆孔全部或間隔進(jìn)行水力化擴(kuò)孔，但必須均勻控制整個(gè)揭煤區(qū)；對于大角度仰角，可選用高壓細(xì)射流或鉆擴(kuò)一體化設(shè)備、小流量噴嘴擴(kuò)孔：對俯孔、小角度或塌孔嚴(yán)重措施孔，選用鉆擴(kuò)一體化設(shè)備、大流量噴嘴擴(kuò)孔。 (5) 應(yīng)將措施控制區(qū)內(nèi)的均勻排出煤屑率（鉆孔排出煤量與措施鉆孔控制區(qū)總煤量的比值） ≥%作為措施效果有效的主要評價(jià)敏感指標(biāo)之一，同時(shí)考慮殘存瓦斯壓力（含量）和鉆孔校檢指標(biāo)。 高壓水射流擴(kuò)孔 5）應(yīng)用實(shí)例 水力化措施實(shí)施 深部高瓦斯高地應(yīng)力復(fù)雜煤層大斷面水力化措施石門揭煤小結(jié) (6)在措施效果評價(jià)有效和采區(qū)安全防護(hù)措施的前提下，遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快錨噴”施工思想和“有疑必探，邊探邊掘”的原則，采取遠(yuǎn)距離放炮揭煤過石門門坎的半煤巷掘進(jìn)按照“勤檢驗(yàn)、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、嚴(yán)管理”實(shí)施。整個(gè)揭煤過程根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)措施。 高壓水射流擴(kuò)孔 5）應(yīng)用實(shí)例 水力化措施實(shí)施 深部高瓦斯傾斜煤層 (群 )大斷面水力化措施 下山揭煤 小結(jié)