水力冲孔工艺实践及探索

水力钻机钻进工艺的研究与分析一、引言水力钻机是一种应用流体压力对钻头进行钻进加工的机械设备。

与传统的钻床、车床相比，水力钻机具有自动化程度高、精度高、效率高等优点，因此被广泛应用于各种领域。

本文旨在对水力钻机钻进工艺进行研究与分析，探讨其原理、优缺点以及应用前景，以期为相关领域的研究和应用提供参考依据。

二、水力钻机的原理水力钻机采用流体力学的原理，将高压流体喷射到钻头上，使钻头旋转并钻入工件。

具体来说，水力钻机由机架、油泵、阀门、钢丝绳、液压软管、钻头等组成。

油泵将工作液体加压后通过管道输送至钻头，钻头上的喷嘴将高压工作液喷射到工件上，产生一定的冲击力和切削力，钻头随之旋转并进行钻进工作。

三、水力钻机钻进工艺的特点水力钻机钻进工艺具有以下特点：1.自动化程度高。

水力钻机采用液压控制和自动化技术，实现了钻孔、下钻等操作的自动化，提高了生产效率和加工精度。

2.精度高。

水力钻机钻进过程中，钻头和工件之间的切削力和切向力可以精确控制，因此加工精度较高。

3.效率高。

水力钻机采用了先进的钻进技术和自动化控制技术，可以大大提高生产效率和加工速度。

4.应用范围广。

水力钻机钻进工艺适用于各种工件的加工，可用于钢材、铜材、铝材、塑料、橡胶等材料的加工。

5.操作简单。

水力钻机具有操作简单、技术要求低等优点，可降低劳动强度，提高工作效率。

四、水力钻机钻进工艺的优缺点水力钻机钻进工艺具有以下优点和缺点：优点：1.加工效率高。

水力钻机钻进工艺可以实现自动化钻孔，大大提高了生产效率和加工速度。

2.钻孔精度高。

水力钻机钻进过程中，切削力和切向力可以精确控制，加工精度高。

3.适用范围广。

水力钻机钻进工艺适用于各种工件的加工，具有广泛的应用前景。

4.操作简单。

水力钻机钻进工艺操作简单、技术要求低，降低了工作难度。

缺点：1.能耗高。

水力钻机钻进工艺需要消耗大量的工作液，能耗较高，对环境造成一定的影响。

2.设备维护难度大。

水力钻机钻进设备结构复杂，对维护和保养要求较高。

高压水力冲孔增透、“两堵一注”技术实践与应用一、问题提出安能煤矿目前正在回采的工作面为10918工作面，剩余可采时间为5个月；接替面为10907工作面，按原来进度预计8个月才能完工。

矿井面临采掘接替失调，主要问题是钻孔施工质量差、顺层钻孔条带预抽效果不理想，导致煤巷月度进尺缓慢。

为了提高接替面10907工作面煤巷掘进进度，缩短顺层钻孔条带预抽时间，国家瓦斯治理工程研究中心金沙工作站在金沙县煤安局的安排下，在安能煤矿开展高压水力冲孔、“两堵一注”、“带压注浆封孔”的试验，以解决煤巷瓦斯预抽时间长、单元允许掘进距离短等问题，为安能煤矿下一步的采面的顺利接替提供技术支持。

二、二、概述1、工作面概况采面接替问题（提高煤巷单进）10907回风巷掘进工作面开采的煤层为C9煤层，根据10905回风巷煤层揭露情况，10907回风巷掘进工作面C9煤层的煤层厚度变化不大，平均厚度2.4m，煤层倾角为3°～7°。

10907回风巷沿煤层走向布置，设计长度为516米，10907回风巷掘进工作面采用放炮掘进，刮板运输机、皮带运输，锚网支护顶板。

2、C9煤层基本情况C9位于P3l中部，上距P3c底界42.01－50.40m，平均45.25m。

层位稳定，呈层状产出，全区稳定。

厚度1.20～2.81m。

煤层结构简单，一般不含夹矸，属半亮、亮煤，块状、条带结构不明显。

顶板上距C8煤11.51m，岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主；底板下距C12煤43.01m，岩性为粉砂岩、粉砂质泥岩及粘土岩，并富产植物化石。

表1 安能煤矿C9煤层瓦斯赋存参数表根据煤科总院抚顺分院实验室2007年3月13日提交的贵州省金沙县安能煤矿C9煤层煤尘爆炸性及自燃倾向鉴定报告，C9煤层煤尘无爆炸危险性，煤层自燃倾向为三类，属不易自燃煤层。

三、10907回风巷原有顺层钻孔抽采效果简介1、钻孔设计、施工及封孔该循环共施工30个顺层钻孔（补孔3个，分别为补18#、补9#、补9’#孔），终孔间距3m，钻孔控制巷道两帮轮廓线外各15m范围；钻孔施工设备为ZYJ-750型液压钻机、φ75㎜钻头及φ50㎜螺旋钻杆；钻进过程中采用水力排渣。

例析煤矿21031上底板巷水力冲孔应用1 项目背景煤与瓦斯突出事故一直是突出矿井安全生产的重大威胁，为解决这一难题，各个大型煤业公司采取了各式各样的防治煤与瓦斯突出措施，预抽煤层瓦斯就是其中一项强有力的防突措施。

但在预抽煤层瓦斯过程中，煤层透气性差严重制约着矿井瓦斯抽防效果。

龙山煤矿积极开展水力冲孔增透技术，对抽放钻孔进行水力冲孔，以高压水为动力破坏钻孔内地质构造，增强煤层透气性、减少采掘工作面瓦斯涌出量，显著提升单孔抽采能力和抽采效果。

提高抽放效率、缩短抽放时间、最大限度消除瓦斯灾害，根据龙山煤矿现有条件，实验区域选为21031上底板抽放巷。

2 实验地区基本概况21031上底板抽放巷总工程量425m，巷道断面为直墙半圆拱型，断面净尺寸：宽×高=3400×3200mm，墙高1500mm，拱高1700mm，巷道断面面积：S掘=10.5m2，S净=9.6m2。

巷道布置在距二1煤层底板10～25m的底板泥岩中，局部为砂岩，泥岩致密块状，比较稳定。

根据打钻探测21采区瓦斯压力较大，含量较高，具有突出危险性。

实测21采区煤层原始瓦斯含量最大值为15.94m³/t，瓦斯压力1.36MPa。

3 设备选择3.1 钻冲一体化钻头钻冲一体化钻头，包括普通钻头、冲割装置壳体和高压密封钻杆组成。

普通钻头用于打钻破碎岩石和煤的主要工具；冲割装置壳体起到冲孔或割缝作用，利用水压的供水不同来控制打钻和冲割一体化，不用退出钻杆后重新安装冲割钻头。

钻头型号Φ94mm，水力冲孔钻头孔径有1.5mm、2mm和2.5mm。

3.2 高压密封钻杆高压密封钻杆是在钻杆螺纹加密封圈起到冲割装置壳体和钻杆密封作用，能耐压25MPa。

3.3 高压后置水辫高压后置水辫能耐25MPa，内部采进口耐高压密封圈。

3.4 高压水射流水质多级过滤装置高压水射流水质多级过滤装置主要用于利用高压水射流水力冲孔或水力割缝技术对煤层实施卸压增透时过滤水质，避免堵塞高压射流喷嘴，提高工作效率。

水力冲孔实验根照矿井瓦斯治理规划,11采区采用穿层钻孔预抽煤层条带瓦斯措施,几个月来测量出的数据显示,11011底板抽放巷钻场内钻孔中的浓度远远达不到预期的浓度,主要原因是煤层透气性差,通过实验研究提出了水力冲孔的施工要领、水力冲孔及其消突机理，研究表明，采用底板岩巷穿层钻孔与水力冲孔区域消突措施，可有效的消除突出应力，大幅度的增加煤层的透气性，保障了工作面的安全高效回采。

为此，由大众煤矿各部室\区队有关人员组成研究小组，于2010年7月对大众煤矿11011下顺槽底板抽放巷进行水力冲孔实验。

一、水力冲孔钻孔设计1、水力冲孔工艺①提前焊接好喷嘴。

将喷嘴焊在钻杆上做成割刀，向孔内装杆在最前方；②冲孔时至少应有四人施工，1人操作高压水阀及换杆；1人负责用管钳转动钻杆进行装杆；1人负责清煤；1人观察孔口情况（并协助装杆）；③在岩孔内装杆须用静压水，钻杆接头间隙用棉纱封闭严密，拧紧④装至见煤位置时，去掉钻杆上的静压水管，换成高压水管连接到钻机上，打开高压注水泵缓慢升高压力，向冲孔位置输送高压水；⑤打开钻场外高压控制阀门向钻孔供水，水压缓慢升高，不得大于22MPa，一般为20MPa。

；⑥开始冲煤孔第1根钻杆时，应缓慢推进，并保持较长时间（至少30分钟），直至钻孔排水顺畅，水色较清，无明显煤（岩）粉冲出时，再装下一杆；⑦装杆时，首先关闭高压水阀门，接着打开卸压阀，待钻杆内水压完全卸载之后（目视卸压阀出水流不急），用棉纱封闭钻杆接头间隙后接杆并拧紧；⑧在冲孔过程中，以保持水流正常为准。

若发现钻孔不出水，要立即停止推进，回撤钻杆，并来回推进几次，待水流正常时再缓慢冲孔；⑨计划每个钻孔冲出煤量为1吨。

⑩水力冲刷施工工艺见下图1—冲刷钻孔2—冲刷水枪3—钻机4—高压胶管5—高压水泵6—水管7—水车2、实验钻场的确定根据大众煤矿11011下顺槽底板抽放巷的具体情况选择实验钻场：11011底板抽放巷1号钻场位于11011下顺槽底板瓦斯抽放巷内部，距底板抽放巷巷道开口的距离为100m，钻场距煤层底板法线距离为17.7m，距11011下顺槽上帮水平距离为20m，标高为-240m，钻场周围岩层为砂岩，中等坚硬；地质构造复杂程度中等。

穿层水力冲孔技术的应用及分析【摘要】：水力冲孔过程就是煤体破坏剥落，应力状态改变，瓦斯大量释放的过程。

水力冲孔的实质就是：首先利用高压水射流破碎煤体在一定时间内冲出大量煤体，形成较大直径的孔洞，从而破坏煤体原应力平衡状态，孔洞周围煤体向孔洞方向发生大幅度位移，促使应力状态重新分布，集中应力带前移，有效应力降低；【关键词】：穿层水力冲孔技术的应用及分析一、贺驼煤矿矿井概况安阳永安贺驼煤矿矿井相对瓦斯涌出量为33.76m3/t，绝对瓦斯涌出量为28.13m3/min，为煤与瓦斯突出矿井；开拓方式为立井开拓,分为11、21两个采区，其中11采区为生产采区，生产水平为-300m；抽采系统已建有地面瓦斯抽放泵站，泵站内安设2台2BE3-400型水环式真空泵，抽放泵最大抽气量为85 m3/min，井下建有移动瓦斯抽放泵站，泵站内安设2台ZWY-40/75-G型水环式真空泵，瓦斯抽放泵最大抽气量为40m3/min，主要担负采空区抽放，主抽放管路使用φ377mm的无缝钢管和φ350mm聚乙烯螺旋波纹钢管，采掘工作面上、下巷的抽放管路均使用φ300mm的抗静电聚乙烯管或无缝钢管，单孔使用φ50mm的软管与工作面主管路连接，在管路低洼处安设有自动放水器或人工放水器。

二、穿层钻孔工作面概况11121底板抽放巷为11采区11121工作面预抽煤层瓦斯巷道，瓦斯压力0.9-1.14Mpa，瓦斯放散初速度△p=8-10,煤层透气性系数0.6284-0.6831m2/MPa2.d，坚固性系数0.35-0.45，孔隙率4.55m3/t，钻孔衰减系数0.0971d-1，瓦斯相对涌出量为33.76m3/t。

该地区煤层透气性差，钻孔衰减快。

为增加煤层透气性，提高钻孔浓度及抽采量，在11121底板抽放巷7号钻场进行水力冲孔实验。

三、水力冲孔防突机理分析水力冲孔过程就是煤体破坏剥落，应力状态改变，瓦斯大量释放的过程。

水力冲孔的实质就是：首先利用高压水射流破碎煤体在一定时间内冲出大量煤体，形成较大直径的孔洞，从而破坏煤体原应力平衡状态，孔洞周围煤体向孔洞方向发生大幅度位移，促使应力状态重新分布，集中应力带前移，有效应力降低；其次煤层中新裂缝的产生和应力水平的降低打破了瓦斯吸附与解吸的动态平衡，使部分吸附瓦斯转化成游离瓦斯，而游离瓦斯则通过裂隙运移得以排放，大幅度地释放了煤体及围岩中的弹性潜能和瓦斯膨胀能，煤层瓦斯透气性显著提高；最后，高压水润湿了煤体，煤体的塑性增加，脆性减小，可降低煤体中残存瓦斯的解吸速度。

合理布置冲孔顺序，提高消突效果技术研究发表时间：2011-06-17T17:47:46.747Z 来源：《魅力中国》2011年5月上供稿作者：张伟涛[导读] 孟津煤矿位于河南省孟津县横水镇境内，属突出矿井，设计生产能力120万 t/a。

张伟涛（义马煤业集团孟津煤矿有限责任公司防突部河南洛阳 471100）中图分类号：TD821 文献标识码：A 文章编号：1673-0992（2011）05-0000-01孟津煤矿位于河南省孟津县横水镇境内，属突出矿井，设计生产能力120万 t/a，主采二迭系山西组二1煤层，煤层结构简单，属较稳定煤层，厚度0～9.1m，平均2.24m，煤层厚度具有短距离内急剧变化的特点。

煤层直接顶板主要为细—中粒砂岩，厚度5.90～21.68m，比较稳定，岩性坚硬。

煤层底板主要为泥岩和砂质泥岩，少数为粉砂岩或细砂岩，厚度1.6～11.95m，一般2.5～6.0m。

二2煤层局部开采。

二1、二2煤层均具有突出危险性。

轨道、胶带运输大巷及井底车场等主要巷道布置在两个煤层之间，而两煤层之间均厚仅为17m，这为矿井防突带来了很大困难。

一、高压水力冲孔技术的原理高压水力冲孔技术是依靠高压水的冲击能力，造成掘进工作面前方煤体的破碎，逐渐形成一个大尺寸的水力掏槽孔，与此同时，孔道周围煤体向孔道方向发生大幅度的移动，造成煤体的膨胀变形和顶、底板间的相向位移，引起在孔道影响范围内地应力降低，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，达到既消除了突出的动力，又改变了突出煤层的性质，从而起到在采掘作业时防止煤与瓦斯突出的作用。

水力冲孔过程中，水的作用一方面是形成高压水，导致煤壁破碎，形成一个较大的水力掏槽孔，使孔道周围煤体得到充分卸压和瓦斯大幅度排放；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，增加了防止煤和瓦斯突出的能力，起到了综合防突的作用。