水力割缝工艺技术

超高压水力割缝卸压增透技术及装备通过超高压水力割缝，能增加煤层的透气性，提高钻孔等效直径、抽采量、抽采半径、初速度及残余瓦斯下降的幅度，进而达到快速消突的目的。

标签：超高压;水力割缝;卸压增透引言：穿层钻孔是防治煤矿煤岩动力灾害主要技术手段之一。

钻孔直径及煤层透气性是决定穿层钻孔抽采效果的关键因素。

一、技术原理超高压水力割缝卸压增透技术是在已施工的穿层钻孔，以高压水为动力，对钻孔周围煤体进行切割、剥离，改变煤层弹性潜能和应力分布，达到增强卸压、提高透气性和促进瓦斯排放的作用，实现降低或消除突出潜能。

二、技术特点可实现80～100m以上顺层钻孔、80～120m以上穿层钻孔进行超高压水力割缝。

（一）可实现钻进、割缝一体化（二）操作方便，效率高，穿层、顺层钻孔均可割缝（三）割缝半径可达1.0～1.5m（四）设备钻齿、超高压旋转接头及系列钻杆更有利于排渣（五）依据煤层硬度不同选配系列化高低压转换器三、适用范围超高压水力割缝装置装备适用于：（1）高地应力、高瓦斯、低透气性煤层（煤层硬度f>0.4）工作面顺层钻孔、穿层钻孔及石门揭煤卸压增透、冲击地压防治等;（2）超高压顶板切割，局部放顶。

说明：对区域性的压裂采用先割后压、先割后注，人为预先制造裂隙，使得压裂过程中裂纹可控，能更好的实现卸压增透效果，提高抽采效率。

四、操作规范（一）使用范围煤的坚固性系数f≥0.4：适用于底板岩巷穿层钻孔、石门揭煤、工作面顺层钻孔超高压割缝增透。

（二）系统功能采用高低压自动转换割缝器，低压状态下水从前端流出，实现钻进功能;高压状态下，割缝器前端封闭，形成径向射流，实现割缝功能;达到不退出钻杆钻进、切割于一体化的作用。

（三）应用效果装置正常工作压力达到100MPa，煤层切割后形成2.0～2.5m的缝隙，提高煤层的透气性和瓦斯释放能力。

高压割缝后抽采时间缩短1/3～1/2，减少措施钻孔工程量1/3以上。

（四）设备准备阶段（1）井下供水系统准备：将Φ25或Φ19的高压胶管的一端连接井下巷帮供水管路，另一端接入清水箱，因为超高压清水泵流量为125L/min，供水管路所提供水流量需满足割缝作业时超高压清水泵所需水流量，并且保证在割缝作业时连续供水。

科技成果奖申报表项目名称高压水力割缝增透技术研究及应用主要完成者唐怀林樊树槐魏明何超董随志段启刚陈奇任务来源公司下达计划编号和名称工作起止时间2011.1～2011.4成果用于生产时间2011.5～今申报部门南桐煤矿通瓦科成果登记号基层编号矿业公司编号主要内容：一、概况：南桐煤矿系煤与瓦斯突出矿井，已开采至-450m七水平。

开采的4#、5#、6#煤层均属突出危险煤层, 其中5#煤层作为保护层首先开采对4#、6#煤层进行保护。

5#煤层掘进前瓦斯治理主要是在对应的矽抽巷施工常压水洗穿层钻孔对待掘5#煤层营造掘进条带安全屏障，但由于5#煤层透气性差，随着开采水平的加深，在高地压力和瓦斯压力的作用下，现有瓦斯治理技术和装备越来越不能满足生产需要，主要表现在钻孔抽放率低、预抽时间长、效果差，抽放措施难以实施到位，需施工大量的穿层预抽钻孔方能达标。

为加快瓦斯治理步伐，南桐煤矿采用乳化泵配合ZYW-1200型钻机，进行“高压水力割缝煤层增透试验”，并进行了推广及应用。

二、高压水力割缝工艺流程及作用原理1、高压水力割缝工艺流程高压水力割缝设备由高压切缝钻头、高压钻杆（Φ50mm）、ZYW-1200钻机、乳化液泵等设备组成。

施工的水力割缝钻孔均首先采用常压水穿透煤层全厚，钻孔孔径为Φ75mm，并在施工过程中准确记录每个钻孔岩孔段、煤孔长度。

然后采用高压水通过专制的割缝器对钻孔煤孔段对煤孔段进行割缝；割缝刀数根据煤孔长度确定（每间隔0.8m割一刀），每个刀割缝时间为15～60min 。

水力割缝示意和设备布置图详见下图。

图中：1-水箱，2-乳化泵，3-溢流阀，4-球形阀，5-压力表，6-高压水管。

7-高压密封输水器，8-高压密封钻杆，9-钻机，10-高压密封钻杆，11-自动切换式切缝器，12-钻头。

2、作用原理一般情况下，具有突出危险的煤层高地应力和瓦斯压力的作用下，内部孔隙和裂隙都很小，为了增大煤体的透气性系数，只有人为的采取措施使煤层卸压或在煤层内部中造成空隙，改变煤体结构，沟通及扩展煤层内部的裂隙网。

煤矿井下6种常用瓦斯治理增透措施解读通过充分调研国内现在各主要突出矿井使用的瓦斯泄压增透抽采技术，常见的通常有以下6种：①水力割缝技术；②水力冲刷技术；③水力冲孔技术；④水力挤出技术；⑤深孔预裂爆破技术；⑥水力压裂技术。

水力化技术主要原理是将具有高压能的水压入煤体内，延伸煤层原生的裂隙，或者人为的挤压形成新的孔隙、裂缝等，使得岩体的位置发生变化，进而对煤层完成了卸压、增渗。

1、水力割缝技术大致过程为：将具有一定高压能的水，射入到钻孔内，钻孔内四周的煤体受到冲击，且通过钻孔排出，钻孔四周通过水力的作用出现了大量的缝槽，提高了产煤量，提供了煤体变形空间，増大单孔影响范围，改善了瓦斯流动条件。

采用割缝的方法释放部分煤体的有效应力，使煤体发生塌陷和垮落，应力场发生变化，煤体缝隙的数量和宽度等都显著变大，煤体的渗透性大大提升。

但在实际工程中，由于诸多因素（如地质条件）的干扰，水力切割形成的间隙较小，煤体还没达到预期的破裂效果就在外力作用下的复合，割缝效果因此大幅减小。

而且在钻孔自喷煤层或硬质煤的矿井中这个技术是不能使用的。

2、水力冲刷技术是用水以一定的压力能冲刷钻孔，将水注入煤体，水压破坏了煤体，使煤体中的瓦斯被挤压出煤体，裂隙的数量以及煤体的湿度不断增加，煤质逐渐疏松，瓦斯抽采具有显著的增透作用，泄压的范围大大扩大，瓦斯压力显著降低，流动性显著增强，这与煤矿开采中的瓦斯泄压效果是一致的。

此外，该技术可以改变煤体的力学特性，增强塑性，降低弹性模量，使煤体内部的应力分布发生变化，可以有效避免瓦斯突出所造成的危害和损失，保证煤矿开采工作的高效开展。

3、水力冲孔技术可以有效地保护煤岩柱。

存在煤与瓦斯突出威胁的煤层可以实施水力冲孔作业，钻孔施工好后，通过高压水作业喷头冲击钻孔四周的煤体，大量的原煤和瓦斯被冲出，并出现大量裂隙，煤层应力重新分布，从而局部煤层完成卸压增透，有力地提高了抽放效果，在一定范围内降低了煤层瓦斯突出的威胁。

高压磨料射流割缝快速消突技术工业性试验是根据《煤矿安全规程》、《防治煤与瓦斯突出细则》、《晋城煤业集团瓦斯治理技术管理若干规定》等规定，按防突分区治理原则，结合现场实际情况和高压磨料射流割缝能力，制定高压磨料射流割槽快速消突技术工业性试验实施方案。

拟采取的技术措施拟采用的技术方案是：高压磨料射流割缝消突技术与钻孔相结合的技术措施，以实现工作面前方煤体的快速卸压和瓦斯排放。

1高压磨料射流切割技术工作原理高压磨料射流切割技术是上世纪九十年代由国外引进的高新技术，它是以高压水为介质，通过磨料发生装置使磨料获得能量，磨料与水的混合浆体从喷嘴喷射出来，形成能量高度集中的一股，磨料粒子本身有一定的质量和硬度，因此磨料水射流具有良好的磨削、穿透、冲蚀的能力。

它能完成对金属和非金属的切割或破碎。

如图所示，从高压泵（无锡威顺：BRW80L/min；35MPa乳化液泵）出来的高压水分成三路：第一路高压水到达磨料发生器的顶部，迫使磨料往下运动；第二路高压水经过单向阀到达磨料发生器底部的混合腔，依靠水的流动将磨料罐中流下来的磨料携带走；第三路高压水称为旁通水路，高压泵出来的高压水经过旁通水路直接送到磨料罐的下游，引射出混合腔里磨料浆，第二、三路的流体混合均匀后，从磨料喷嘴流出。

高压磨料割缝装置主要是由高压泵站、高压磨料发生装置、高压磨料喷枪组件、液压控制系统等组成，如图所示。

111图5-1 高压磨料射流割缝装置系统示意图1.高压水泵箱2.高压水泵3.单向阀4.磨料混合腔5.压力表6.操纵阀7.截止阀8.高压胶管9.喷枪支架 10.煤壁11.高压磨料喷嘴12.球形铰接固定器 13.喷枪14.高压磨料发生装置15.加磨料入口试验方法与安全措施（1）高压磨料射流割缝卸压试验过程中防突科、掘进队领导以及中国矿大工作人员要现场跟班，确保试验安全。

（2）每次试验前必须检查高压磨料射流割缝机具、高压胶管是否破损、漏水，井下每次施工完毕由跟班干部指定专人负责整理，盘好放置在指定地点。

246水力喷砂割缝工艺技术是石油开采领域的一种增产、增注措施工艺技术。

它利用高压磨料砂液在套管内壁处根据需要喷射切割出多条长20cm 、宽1～2cm的长缝，高压磨料砂液切割套管同时继续向地层深部进行深穿透切割射孔，深约1m，从而大大增加了油井泄油半径，增大了油气渗流面积，使地层深部能量与井筒得到沟通。

因此，对油井近井地带堵塞的解除、提高薄层开发、注聚高压井的增注方面效果显著。

它不但可作为一种完井方法代替常规射孔完井，也可作为常规射孔完井的生产井后续开发的补充。

1 技术现状水力喷砂割缝技术最早由前苏联研究并发展完善的一项提高油气产量新技术。

实施水力喷砂割缝技术需要压裂车、混砂车及井下工具，因此施工成本高、组织调配设备难。

割缝所需射流喷射压力一般为25～30MPa，由于高压射流液中含有硬度较高的石英砂，喷枪内的喷嘴磨损较快。

因此，一般掺入砂比较低，体积比为4%～5%。

喷嘴受制造工艺影响，耐磨硬度不够，若喷射时间过长，喷嘴耐受不住高压磨损，喷嘴孔径逐渐扩大，最后失去喷射能力，1个喷嘴只能割1～2个缝，若施工井段需要割多条缝，则需反复提出井下工具，更换喷嘴。

井下喷枪匀速下放，是保证割缝的缝宽、缝深均匀的关键环节。

早期利用作业机吊装油管进行慢速下放。

一般作业机下放速度太快，导致井下喷枪没有足够时间对套管进行开孔及地层割缝，地层深穿透深度不够，影响整体施工效果。

2 新型喷砂工艺系统的研制2.1 小型压裂混砂配液系统的研制为便于灵活施工，不受大型设备投资、租赁限制，特殊设计了小型压裂混砂配液系统，它包括高压泵注小型压裂橇、混砂配液橇。

压泵注小型压裂橇的技术特点是泵出压力高（110MPa）、排量低（50L/min），因此压裂橇比常规压裂车相比体积小、成本低，施工灵活。

2.2 新型喷砂割缝工具的研制割缝工具由油管传输下入井中，当割缝工具送到设计位置后，油管悬挂在井口处，井口密封，不在动用作业机及管柱操作。

地面泵入液压，当泵压为20～40MPa的水流下，含砂高压水到达喷枪底端的引鞋处，引鞋内部有单流阀钢球，水流只能从喷枪的喷嘴射出。

成庄水力割缝实施方案成庄水力割缝实施方案一、项目背景成庄是一个位于山东省临沂市的县级市，地处临沂市北部，梁山县和沂蒙县接壤。

该地区属于丘陵山区，地势较为复杂，土地肥沃，气候适宜，是著名的农产品产区。

然而，由于地理条件的限制，成庄地区水资源严重缺乏，且由于地势较陡，水源容易受到土壤沉渣和石块的堵塞，导致水流不畅。

为了解决这一问题，提高农田的灌溉效率，提高农产品的产量和质量，成庄市政府决定实施水力割缝工程。

二、项目概述水力割缝是一种利用高压水流在土壤中形成切割孔道，以提高土壤的渗透性和水分吸收能力的方法。

本项目的目标是建设一套高效、能耗低、维护成本低的水力割缝系统，提高成庄地区的土壤质量和水资源利用效率。

具体的工程内容和实施方案如下。

三、项目工程内容1. 系统设计和安装。

根据成庄地区的土壤条件、地势和水资源情况，进行详细的系统设计，确定水力割缝系统的规模和布局。

在最适合的位置安装喷头和喷嘴，确保水流能够均匀地灌溉整个土地。

2. 水源准备。

根据成庄地区的水资源情况，选择合适的水源，例如河流、湖泊或水库。

如果没有合适的自然水源，可以考虑建设人工池塘或收集雨水。

确保水源充足，并保持水质良好。

3. 管道敷设。

根据系统设计图纸，铺设合适的管道网络，连接水源和喷头。

管道材料应选用耐压、耐腐蚀的材料，确保系统的稳定运行和长期使用。

4. 设备安装和调试。

根据系统设计要求，安装水泵、管道、阀门等设备，确保系统正常运行。

进行系统的调试和测试，确保水力割缝系统达到设计要求。

5. 灌溉管理和维护。

水力割缝系统的管理和维护非常重要，包括定期清洗和维修喷头和喷嘴，检查和清理管道，检查水源的水质等。

制定灌溉计划，确保农田的水分供应充足，并合理利用水资源。

四、项目实施计划根据成庄地区的实际情况和工程需要，制定以下项目实施计划。

1. 前期准备工作。

包括调查研究、技术论证、方案设计等。

2. 设备采购和准备。

根据项目需求，采购合适的水泵、喷头、喷嘴、管道等设备，并进行安装调试。

水力割缝技术水力割缝技术是一项先进的岩石爆破技术。

它又被称作高压水射流割缝技术。

该技术可以在爆炸弊大于利时仍然安全可靠地进行。

与传统的爆破作业相比，水力割缝技术具有诸多优势，例如对环境的影响小、作业效率高、噪声污染小等等。

下面我将为大家介绍水力割缝技术的具体步骤。

第一步，选择合适的水力割缝设备。

通常情况下，水力割缝设备是由水泵、射流喷嘴、高压软管、压力控制阀以及电气装置等部分组成。

不同的水力割缝设备在结构、性能等方面都存在差异，因此，需要根据具体的作业需求选择合适的设备。

第二步，就地选取岩石样品。

岩石样品的选取是测试水压的一个非常关键的步骤。

在选取样品时，需要一定的经验和技巧，否则，可能会出现误差。

第三步，根据实际需要，选择适当的水压。

水压是根据岩石的硬度和密度等条件来决定的。

在选择适当的水压时，需要根据实际情况进行调整，最终确定一个适合的水压范围。

第四步，安装水力割缝设备。

将水力割缝设备按照操作说明书进行正确的安装，并进行各项功能测试，确保设备正常工作。

第五步，将射流喷嘴放置在岩石的切口处。

水流冲击岩石切口，产生压裂作用，从而使岩石出现裂缝。

第六步，通过控制水压和射流角度来调节裂缝的大小和方向。

对于不同的岩石性质，需要采取不同的射流角度和水压配合，以达到更好的割缝效果。

第七步，如果需要进行分段割缝，可以通过水力割缝设备进行多次的裂缝扩大和连通。

在水力割缝作业中，需要注意安全问题，严格执行操作规程。

总之，水力割缝技术是现代化矿山工作中的一种重要技术手段，其作业效率高，裂缝质量优，是未来矿山工作的重要方向之一。

煤层水力割缝技术的研究与应用作者：张鹏伟来源：《科技视界》2013年第10期【摘要】为了提高低透气性煤层的瓦斯抽采效率，利用高压水射流对瓦斯抽采钻孔进行割缝。

本文研究了高压水射流割缝提高瓦斯抽采效率的作用机理，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，提高了煤层瓦斯抽采量，从而提高了煤层瓦斯抽采效率。

【关键词】水力割缝；瓦斯抽采；透气性石壕煤矿隶属重庆松藻煤电有限责任公司，是渝黔地区主要的无烟煤生产基地，瓦斯等级鉴定为煤与瓦斯突出矿井。

瓦斯治理一直是矿井生产的重点工作。

加强对高瓦斯突出煤层的区域预抽工作是解决井瓦斯问题的重要指导方向，瓦斯治理工作一直采取区域预抽为先，局部治理为辅的治理方针。

施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯一直是该矿治理瓦斯问题的重要手段。

目前穿层钻孔预抽受到煤层透气性差的影响预抽效果不理想，而且预抽时间较长，严重影响了矿井保护层工作面的正常接替。

因此提高穿层钻孔透气性及瓦斯抽采率成了解决该项问题的重点和难点。

1 水力割缝技术简介1.1 水力割缝系统该系统由三部分组成：①高压泵站，其作用是提供高压水射流，提供具有割缝能力的水射流的能量；②钻机，其作用是实现打钻和退钻功能；③配套割缝钻头钻杆等，主要作用是输送高压水并形成煤体的切割作用。

系统如图1所示。

1.2 水力割缝增透技术煤层中瓦斯分力游离瓦斯和吸耐瓦斯，其中吸附瓦斯含量占总含量的80%-90%。

而瓦斯的这两种状态在-定的条件下又是可以相互转化的。

瓦斯抽采工作是抽采煤层中的游离瓦斯，因此要想提高抽放效果，不仅在抽采工艺、封孔质量上有所改进，更重要的是创造条件让煤层中的吸附瓦斯转变成游离瓦斯。

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯预抽采难的现状，以及前人研究的瓦斯解吸机理。

通过高压水射流切割作用，可以实现人为增大煤体暴露面积，再造煤层中裂隙及微裂隙，疏通瓦斯流动通道，提高瓦斯解吸、释放速度，达到实现较高的瓦斯抽采率的目的。

水力割缝技术
水力割缝技术是一个应用广泛的工程技术，其基本原理是通过水流的高速冲击力来割断混凝土、石材等硬质材料。

水力割缝技术的优点在于不会产生粉尘和振动，对周围环境和人员影响较小，同时操作简便、效率高、精度高，适用于各种大小不同的割缝项目。

水力割缝技术在建筑、桥梁、隧道、水利工程等领域得到了广泛应用。

在建筑中，常用于开辟门窗、切割混凝土墙体等工作；在桥梁和隧道工程中，则可以用于切割桥墩、隧道壁等工作；而在水利工程中，则可以用于切割堤坝、水闸等重要设施。

同时，水力割缝技术还可以用于金属材料、玻璃、陶瓷等材料的切割。

水力割缝技术在实际应用中需要注意安全问题，操作人员应严格按照规定操作，并配备相应的防护设备。

同时，水力割缝机的维护保养也非常重要，定期检修可以保证设备的正常运转和延长使用寿命。

总之，水力割缝技术作为一种高效、精准的工程技术，具有广泛的应用前景和市场需求。

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