高压水射流割缝提高瓦斯抽放效率的研究

为了提高坚硬煤层的瓦斯抽放效率,利用高压水射流对瓦斯抽放钻孔进行割缝.采用计算机模拟优化影响高压水射流切割质量的各种参数,研究了高压水射流割缝提高瓦斯抽放效率的作用机理,并进行了井下高压水射流割缝工业性试验.试验结果表明:高压水射流割缝改变了煤体的原始应力和裂隙状况,改善了煤层中的瓦斯流动状态,瓦斯抽放量提高了5～6倍,瓦斯抽放速率提高了6～8倍,从而提高了煤层瓦斯抽放效率.     

高压水射流环切割缝自卸压机制与应用

为解决深部矿井低透气性煤层瓦斯抽采难题,针对穿层钻孔提出了高压水射流环切割缝煤层自卸压增透技术。通过瓦斯流动理论分析普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动模式,分别建立了普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动微分方程,获得了高压水射流环切割缝自卸压技术改善煤层瓦斯流动机制;采用FLAC3D软件建模分析高压水射流割缝后钻孔周边煤体应力演化规律,基于煤体卸压程度及塑性区分布特征,确定了穿层钻孔合理化割缝参数;通过底板穿层钻孔高压水射流环切割缝技术现场考察,环切割缝后煤层变形量达到0.136%,煤层透气性系数较原始状态提高了42倍,瓦斯抽采纯量相较普通钻孔提高3.44~5.32倍,同等条件下煤层抽采半径提高了1倍以上。理论研究与现场试验均表明,采用高压水射流切割在煤层内部形成环形缝槽,能有效改善钻孔煤体应力状态,增加煤层渗透性,提高瓦斯抽采效率。     

高压水射流技术在低透气性松软煤层瓦斯抽放中的实验研究

针对低透气性松软煤层中瓦斯抽放效率低的问题,采用高压水射流技术在煤层中进行了增加煤层透气性的实验。实验采用在钻场瓦斯抽放钻孔中进行高压水射流割缝的措施,把煤体割缝破碎后,进行封孔抽放。实验结果表明这个措施能有效提高瓦斯抽放效率,提高煤层的透气性,使抽放后煤体残存瓦斯量降得更低,也减少了瓦斯灾害事故的发生概率     

钻孔水力割缝提高本煤层瓦斯抽放率

钻孔水力割缝是利用高压水射流,使钻孔周围的煤体产生裂缝,起到卸压作用,提高煤层的透气性,增大瓦斯释放速度,改变煤层抽放难易程度,提高煤层可抽性,目前是我国抽放本煤层瓦斯方法中比较好的一种方法。水力割缝工艺系统主要部分包括:高压供水系统、控制系统、射流器(喷咀与枪头)、钻割推进装置及煤水导流装置等。     

基于水射流割缝煤层区域动态指标研究

基于水射流割缝煤层增透技术,分析了割缝后煤体应力分布状态,计算了割缝钻孔径向应力和切向应力。在理论分析水射流割缝钻孔影响半径的基础上,确定基于水射流割缝钻孔布置的技术工艺。根据现场实测数据,统计分析了动态指标,对水射流割缝后煤层瓦斯抽采增透效果进行了验证。中兴矿现场试验表明:与常规钻孔相比,采用水射流割缝钻孔瓦斯抽采浓度提高3.6倍、流量提高2.7倍、纯流量提高9.7倍;上覆三采西翼回风巷平均风排瓦斯涌出量最大减少0.68 m^3/min,降低26.98%;水射流割缝钻孔段瓦斯含量降低0.48 m^3/t;抽采半径为3.0 m时,水射流割缝钻孔段抽采时间41 d,相比常规钻孔抽采时间缩短43 d。     

基于坚硬煤层条件的顺层钻孔增透技术研究

为了解决低透气性坚硬煤层顺层钻孔抽采影响范围小、抽采效果差等问题,分析了坚硬煤层高压水射流破坏过程,采用数值模拟的方法研究了超高压水射流环形割缝卸压增透机制,研制了新型超高压水力割缝成套装置,并现场考察了坚硬煤层煤巷条带顺层钻孔超高压水力割缝应用效果。结果表明:采用超高压水力割缝后,坚硬煤层透气性提升约20倍,钻孔平均抽采瓦斯纯量提高2.0~2.5倍,抽采达标时间缩短67%以上,月掘进速度提高约50%,掘进期间无瓦斯异常现象,实现了坚硬煤层煤巷条带安全、快速掘进。     

赵固二矿坚硬煤层超高压水力割缝增透技术应用

针对赵固二矿煤层坚硬、透气性低、钻孔瓦斯抽采效果差及钻孔工程量大等问题,提出采用超高压水力割缝技术提高瓦斯抽采效率。基于应力波原理,分析了高压水射流破煤机理,研制了适用于坚硬煤层条件且能够有效提高射流打击力的圆锥收敛型喷嘴和适用于坚硬煤层条件的定点冲击割缝方式。现场试验表明,针对坚硬煤层条件,割缝钻孔平均单刀出煤量约0.18t,等效割缝半径0.99～1.57m,割缝后瓦斯自然涌出量是普通钻孔的11.3倍,抽采纯量较普通钻孔提高3.8倍,钻孔抽采有效半径较普通钻孔增加了90%左右。超高压水力割缝技术能有效的解决低渗透性坚硬煤层的瓦斯抽采难题。     

高压水射流割缝参数试验研究

高压水射流割缝是一项能够有效提高煤层透气性的卸压增透技术,卸压增透效果与高压水射流割缝参数密切相关.为了研究适合长平矿的高压水射流割缝参数,本文设计并施工了水射流割缝压力、割缝间距、割缝时间的试验钻孔,通过现场试验数据分析,研究了割缝压力、时间、间距与割缝效率以及瓦斯抽采效果之间的关系.研究结果表明:适合于长平矿的割缝压力为70 MPa^80 MPa较为合理,割缝时间4 min左右,割缝间距为1 m^1.5 m为宜.     

瓦斯抽采钻孔“钻-割-封”技术研究及应用

为提高煤层透气性、改善抽采钻孔封孔质量,强化瓦斯抽采效果,消除煤层突出危险性,依据高压水射流破煤机理,提出"钻-割-封"技术,即对瓦斯抽采钻孔及封孔段周边煤体切割径向环形缝槽,然后注浆封孔。通过现场试验,验证采用"钻-割-封"技术钻孔的瓦斯抽采效果。现场试验结果表明:采用"钻-割-封"技术的抽采钻孔瓦斯浓度提高20%～30%,瓦斯抽采纯量相较于常规钻孔提高约1倍,实现煤层的卸压增透,提高了钻孔密封性。     

余吾矿N1103工作面高压水射流割缝效果分析

为了研究高压水射流割缝技术在余吾矿的应用效果,采用理论分析与现场测试相结合的方法,在该矿N1103工作面运输顺槽进行施工。选择瓦斯抽采浓度、抽采有效半径作为评价指标。通过对实施高压水射流割缝技术的钻孔和未实施该技术的钻孔进行对比,发现实施后的钻孔瓦斯抽采浓度提高了近20%,有效抽采半径提高到原来的近3.5倍,验证了高压水射流割缝技术在余吾矿的适应性。     

豫西三软煤层区域快速消突技术研究

为了解决三软煤层掘进工作面区域快速消突过程中存在的问题，通过现场观测、理论分析和模拟计算等方法，查明了高压水射流卸煤增透施工过程中煤与瓦斯喷出的主要原因，是卸煤所引起的水平应力集中；区域验证指标超限主要原因是钻孔密度小、瓦斯抽放量少。在选择合理参数基础上，采用水力压裂和钻孔加密的方法，现场应用中效果显著，有效减轻了高压水射流卸煤期间的煤与瓦斯喷出，掘进速度提高了72%左右。实践证明，穿层孔抽放结合水力压裂和高压水射流卸煤增透，可实现煤与瓦斯突出掘进工作面的快速消突。     

应用于煤矿防突中的高压水射流装置设计

以高压水射流技术的理论为基础,对现有的高压水射流装置中的关键设备——射流器和喷嘴进行了技术革新,首次设计出适合煤矿井下使用、用于防突预抽切割煤体的高压水射流装置。现场试验表明,不仅操作简单方便,而目切割效率很高,效果很好。     

旋转水射流割缝提高穿层钻孔抽采效果的试验研究

从旋转射流的理论基础和煤岩失效2个方面对旋转射流割缝的机理进行了研究。通过扩大穿层钻孔直径,增加了煤层暴露面积和卸压范围,提高穿层钻孔的抽放效果。结果证明,旋转水射流割缝技术技术可行,抽采效果显著,是提高穿层钻孔抽采效果的有效途径之一。     

Dynamic effects of high-pressure pulsed water jet in low-permeability coal seams

Mine gas extraction in China is difficult due to the characteristics such as micro-porosity, low-permeability and high adsorption of coal seams. The pulsed mechanism of a high-pressure pulsed water jet was studied through theoretical analysis, experiment and field measurement. The results show that high-pressure pulsed water jet has three dynamic properties. What’s more, the three dynamic effects can be found in low-permeability coal seams. A new pulsed water jet with 200∼1 000 Hz oscillation frequency and peak pressure 2.5 times than average pressure was introduced. During bubble collapsing, sound vibration and instantaneous high pressures over 100 MPa enhanced the cutting ability of the high-pressure jet. Through high-pressure pulsed water jet drilling and slotting, the exposure area of coal bodies was greatly enlarged and pressure of the coal seams rapidly decreased. Therefore, the permeability of coal seams was improved and gas absorption rate also decreased. Application results show that gas adsorption rate decreased by 30%∼40% and the penetrability coefficient increased 100 times. This proves that highpressure pulsed water is more efficient than other conventional methods. Supported by the National Natural Science Foundation of China (50604019); the Innovation Team Foundation of China (50621403)     

基于水力割缝的高瓦斯煤层掘进工作面强化增渗技术与实践

以山西省潞安一缘煤业150112试验工作面运输巷的掘进为工程背景,基于GF-100型超高压水力割缝设备,分析了煤巷掘进工作面高压水力割缝强化瓦斯抽采的技术原理。将高压水力割缝工艺与高瓦斯矿井煤巷的安全、快速掘进有机结合,提高了掘进工作面煤体的渗透特性,增强了瓦斯抽采效果,形成了基于水力割缝的高瓦斯煤层掘进工作面强化增渗技术工艺体系,并在试验工作面煤巷掘进中进行了应用。结果表明:①将高压水力割缝工艺应用于高瓦斯矿井煤巷的掘进作业,解决了使用常规方法施工措施钻孔工程量大、抽采周期长的问题;②在采用水力割缝作业期间,瓦斯抽采量提高了2.36～2.4倍,平均日进尺提升了近2.5倍。     

穿层钻孔水力化卸压增透技术

低透气性煤层瓦斯抽采是我国矿井瓦斯治理的瓶颈所在。近年来水力射流技术在矿井石门揭煤、底板巷消除地应力方面有了很大的发展,因此,开展水力射流技术在本煤层强化瓦斯抽采方面的研究具有重要意义。采用水力射流扩大钻孔的直接影响范围,通过对扰动煤体的体积、表面积、单孔瓦斯抽采量、钻孔影响半径的考察,对比分析了水力射流技术和钻孔抽采技术的数据,得出钻孔直径增大11.7～19.2倍,扰动煤体体积提高3 471～6 971倍;钻孔瓦斯衰减周期延长了7～10倍;单孔抽采效果提高6～8倍。