方山矿水力冲孔方案

水力冲孔技术在防治煤与瓦斯突出中的应用
高江涛
【期刊名称】《煤炭科技》
【年(卷),期】2022(43)2
【摘要】煤巷掘进过程中,为减少煤层瓦斯压力和含量,消除煤与瓦斯突出危险,避免各类瓦斯事故的发生,以左权阜生煤业典型的低透气高瓦斯松软煤层为例,根据水力冲孔卸压增透的机理,采用数值模拟软件确定了水力冲孔作用的有效影响半径,并将水力冲孔应用到工程实践中,从抽采效果、消突效果和掘进速度等角度说明了水力冲孔的效果。

实践表明,水力冲孔的应用能有效减少煤层瓦斯压力和含量,防治煤与瓦斯突出效果显著。

【总页数】4页(P112-115)
【作者】高江涛
【作者单位】山西潞安集团左权阜生煤业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD712.6
【相关文献】
1.技术管理在防治煤与瓦斯突出中的创新及应用
2.水力冲孔增透技术在三软煤层煤与瓦斯突出防治中的应用
3.水力冲孔增透技术在大淑村矿防治煤与瓦斯突出中的应用
4.水力冲孔技术在低透气性突出煤层瓦斯抽采中的应用
5.水力冲孔技术在大断面瓦斯隧道快速揭煤中的应用
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水力冲孔论文：新安煤田水力冲孔消突效果研究【中文摘要】新安煤田煤层结构属于典型的“三软”煤层结构,其以煤层含气量高而闻名,通常在10m3/t到13m3/t,最大含气量可达26.22m3/t。

新安煤田开采保护层条件较差。

由于其煤层赋存的特殊性,常规区域预抽防突措施在施工和防突效果方面都存在弊端和问题:预抽钻孔施工难度大,易诱发煤与瓦斯突出;煤层的低透气性和易流变特性导致抽放孔容易出现塌孔,严重影响抽放效果;抽放影响半径较小,钻孔施工量较大。

底板巷水力冲孔快速消突技术有效地避免了以上问题的出现,其采用岩柱作为安全屏障,利用高压水射流,冲出大量煤体和排出部分瓦斯,使得煤体释放瓦斯潜能;冲孔结束之后封闭钻孔进行抽放,进一步使煤层收缩变形,使其地应力下降、煤层透气性增高,从而达到消除煤层突出危险性的。

论文通过在义安矿和新安矿的多次试验,确定了适合新安煤田的冲孔工艺和技术标准,其中临界有效破煤压力为13~16f,冲孔喷头选型为2*Φ5mm型号,冲孔顺序为从外往里(煤岩交界处为重点冲孔位置);通过对冲孔之后钻孔周围应力分布的数值模拟,得出了在每米煤孔冲出1t/m和单孔不少于5t的技术标准下,钻孔布置其见煤点之间的距离为8m能够较好的避免应力集中,更好的优化了钻孔的...【英文摘要】Xin’an coalfield is typical of“three soft “coal seam structure,and is famous for high Coalbed gas content,usually in the 10m3/t to 13m3/t, the maximum numericup to 26.22m3/t. Xin’an coalfield has a poor condition in mining covering layer,due to the special coal bed storage,it has a problem in construction and the control effect for coal and gas outburst to adopt conventional measures of Pre-drainage of coal-bed methane:it is difficult to construction hole,and easy to induce coal and gas outburst;it is becau...【关键词】水力冲孔穿层钻孔瓦斯地质单元防突效果【英文关键词】hydraulic punching crossing hole gas geological unit control-outburst effects【目录】新安煤田水力冲孔消突效果研究致谢4-5摘要5-6Abstract6-7 1 绪论12-20 1.1 引言12-14 1.2 文献综述14-16 1.2.1 国外研究现状14 1.2.2 国内研究现状14-16 1.2.3 存在的问题16 1.3 本文研究的内容16-17 1.4 技术路线和特色17-18 1.4.1 技术路线17-18 1.4.2 论文特色18 1.5 本章小结18-20 2 新安煤田试验点概况20-26 2.1 义安矿试验点概况20-22 2.1.1 矿井概况20-21 2.1.2 矿井开拓与开采方式21 2.1.3 矿井地质构造21-22 2.1.4 试验工作面概况22 2.2 新安矿试验点概况22-25 2.2.1 地理位置22 2.2.2 井田地质构造22-23 2.2.3 煤层赋存条件23-24 2.2.4 试验工作面概况24-25 2.3 本章小结25-26 3 义安矿试验工作面瓦斯单元划分26-32 3.1 瓦斯地质单元划分原则和指标26-28 3.1.1 地质构造26 3.1.2 瓦斯含量26-27 3.1.3 煤厚和煤厚变化27 3.1.4 瓦斯动力现象27 3.1.5 采取的防突措施27-28 3.2 瓦斯地质单元划分28-31 3.2.1 瓦斯地质单元1 划分28-30 3.2.2 瓦斯地质单元2 划分30-31 3.3 本章小结31-32 4 水力冲孔工艺和技术参数考察32-36 4.1 水力冲孔措施消突原理32 4.2 适合新安“三软”煤层的冲孔工艺考察32 4.2.1 冲孔临界有效破煤压力考察32 4.2.2 冲孔顺序选择32 4.3 水力冲孔设备选型32-34 4.3.1 冲孔喷头选择32-33 4.3.2 防喷装置33 4.3.3 乳化液泵站33-34 4.3.4 钻机和高压胶管34 4.3.5 压滤机34 4.3.6 缓冲水箱34 4.4 本章小结34-36 5单元1 水力冲孔实施概况和消突效果分析36-62 5.1 义安矿水力冲孔防突措施应用背景36-37 5.1.1 发生突出巷道概况36 5.1.2 掘进采取的防突措施36 5.1.3 巷道掘进概况36 5.1.4 煤与瓦斯突出发生概况36 5.1.5 钻孔施工概况36-37 5.2 水力冲孔影响半径考察37-40 5.3单元1 内水力冲孔措施实施概况40-43 5.3.1 冲孔钻孔布置40-41 5.3.2 冲出煤量分析41-42 5.3.3 冲孔前后孔径变化42-43 5.4 单元1 内防突措施效果检验43-46 5.4.1 措施效果检验原则43-44 5.4.2 措施效果检验44-46 5.5 掘进防突专项防突措施46-47 5.5.1 区域验证46 5.5.2 局部防突措施46-47 5.6 单元1 内水力冲孔防突效果分析47-52 5.6.1 卸压增透效果对比47-50 5.6.2 突出危险性对比50-51 5.6.3 掘进速度对比51 5.6.4 动力现象对比51 5.6.5 预测和效检超标率对比51-52 5.7 冲孔存在问题及原因分析52-56 5.7.1 存在的问题52 5.7.2 空白带存在原因分析52-55 5.7.3 应力集中现象产生原因的理论分析55-56 5.8 冲孔钻孔应力分布数值模拟56-61 5.8.1 数值模拟方法和思路56 5.8.2 数值模型及模拟条件56-57 5.8.3 冲孔过程的数值模拟结果57-61 5.9 本章小结61-62 6 单元2 内水力冲孔实施概况及消突分析62-76 6.1 原设计冲孔措施实施概况62-64 6.1.1 钻孔布置62-63 6.1.2 冲出煤量分析63 6.1.3 冲孔前后孔径变化63-64 6.2 补充水力冲孔措施概况64-68 6.2.1 补充冲孔措施实施背景64 6.2.2 钻孔布置64-68 6.2.3 冲出煤量分析68 6.3 单元2 内防突措施效果检验68-72 6.3.1 措施效果检验原则68 6.3.2 措施效果检验68-72 6.4 单元2 内水力冲孔消突效果分析72-73 6.4.1 突出危险性对比72 6.4.2 掘进速度对比72-73 6.4.3 瓦斯动力现象对比73 6.4.4 预测和效检超标情况对比73 6.5 本章小结73-767 新安矿水力冲孔措施实施概况和消突分析76-827.1 试验点水力冲孔实施概况76-787.1.1 钻孔布置767.1.2 冲出煤量分析76-787.1.3 冲孔后孔径变化787.2 水力冲孔措施防突效果检验78-797.3 水力冲孔措施防突效果分析79-807.3.1 突出危险性对比797.3.2 掘进速度对比79-807.3.3 瓦斯动力现象对比807.4 本章小结80-828 结论与展望82-848.1 结论828.2 展望82-84参考文献84-88作者简历88-90学位论文数据集90。

水力压冲一体化增透抽采瓦斯技术王宝贵1，2（1. 山西焦煤西山煤电集团公司 杜儿坪矿，山西 太原　030053；2. 太原理工大学 继续教育学院，山西 太原　030024）摘要：现有的水力压裂、水力冲孔、水力掏槽、水力割缝等煤矿井下水力增透技术工艺复杂、适应条件单一、劳动强度大，而钻冲一体化、钻扩一体化、水力冲/压一体化等技术对硬煤增透效果不理想，且存在工序繁琐、不能连续作业等问题。

针对上述问题，提出了一种水力压冲一体化增透抽采瓦斯技术，在钻进过程中利用高压水射流定点（定向、分段）对煤层实施水力增透作业，可实现集打钻、对软煤水力冲孔及对硬煤水力喷射压裂的一体化作业。

揭示了水力压冲一体化增透原理，即通过水力冲孔将软煤层的部分煤体冲出，实现软煤层出煤卸压增透，对硬煤层进行定点水力喷射压裂，实现硬煤层造缝增透；研制了水力压冲一体化钻具，满足高泵压、大排量的要求，具备较强的破岩和排屑能力，其工序简单、可操控性强；给出了高压水射流冲孔和水力喷射压裂时的钻具操控方法，探讨了钻进时冲压工艺和退钻时冲压工艺。

在某矿16101底抽巷使用水力压冲一体化钻具进行了现场工程试验，结果表明：在软煤段进行水力冲孔作业，比传统水力冲孔缩短时间60%～80%，而单孔出煤量增加了约2倍，单孔平均百米瓦斯抽采纯量提高了1倍；在硬煤段进行水力喷射压裂作业，单孔平均百米瓦斯抽采纯量比传统水力冲孔提高了2倍。

关键词：瓦斯抽采；煤层增透；水力压冲一体化；水力冲孔；水力喷射压裂中图分类号：TD712 文献标志码：AHydraulic fracturing and punching integration enhanced permeability gas extraction technologyWANG Baogui 1,2(1. Duerping Mine, Shanxi Coking Coal Xishan Coal and Electricity Group Company, Taiyuan 030053, China ；2. School of Continuing Education, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)Abstract : The existing hydraulic fracturing, hydraulic punching, hydraulic slotting, hydraulic cutting and other underground hydraulic permeability enhancement technologies in coal mines have complex processes, single adaptability conditions, and high labor intensity. However, drilling and punching integration, drilling and expansion integration, hydraulic punching/fracturing integration and other technologies are not ideal for enhancing the permeability of hard coal. There are problems such as cumbersome processes and inability to operate continuously. In order to solve the above problems, a hydraulic fracturing and punching integration enhanced permeability gas extraction technology is proposed. During the drilling process, high-pressure water jet is used to perform hydraulic enhanced permeability operations on coal seams at fixed points (directional, segmented). It can achieve integrated drilling, hydraulic punching of soft coal, and hydraulic injection fracturing of hard coal. The study reveals the principle of hydraulic fracturing and punching integration permeability enhancement. The hydraulic punching is used to flush out part of the coal body in soft coal seams, achieving pressure relief and permeability enhancement of soft coal seams. The fixed-point hydraulic jet fracturing is performed on hard coal收稿日期：2023-05-06；修回日期：2024-01-20；责任编辑：盛男。

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。

水力冲孔技术在观音山煤矿的试验应用摘要：为解决观音山煤矿一井C5煤层透气性较差，抽采效果较差问题，从增加钻孔煤体暴露面积、改变煤体应力特性、提高煤层透气性等角度出发，开展水力扩孔试验，从试验结果来看，扩孔钻孔在煤体卸压、瓦斯自排及抽采等方面，大幅优于普通钻孔，证明了水力扩孔工艺在观音山煤矿的适用性。

关键词：增透；扩孔；抽采浓度；抽采纯量；煤体卸压1项目实施方案1.1试验地点概况本次水力扩孔试验选择在106瓦斯抽采巷进行，该巷道主要服务于W1103运输顺槽掘进影响区域的瓦斯治理工作。

目前，W1103运输顺槽仅完成了石门揭煤工作，尚未开始掘进，其位于W1101工作面北侧，方位约264º，设计长度约900m，标高约+995m，埋深约355m~530m。

106瓦斯抽采巷已经掘进完成，其位于W1103运输顺槽南侧，长度约900m，方位约264º，标高约+985m，埋深约365m~540m，与W1103运输顺槽保持约23m的水平投影距离。

1.2技术工艺在已施工的穿层抽放钻孔中，利用钻机带动高压钻杆及扩孔钻头旋转，储水箱高压水经高压胶管、高压旋转水尾、高压钻杆及扩孔钻高低压转换器上喷嘴对钻孔煤壁进行打击、切割或剥离，通过高压扩孔钻杆沿钻孔轴向方向运动形成对整个钻孔的径向连续扩孔，达到扩大钻孔直径，增加煤层暴露面积和钻孔径向卸压范围目的，从而提高煤层的透气性和瓦斯抽采效果，进一步降低煤层瓦斯压力，同时煤层润湿后，煤体弹性减少，煤体卸压、瓦斯放散初速度降低，以有利于防治煤与瓦斯突出。

1.3技术方案1.3.1钻孔施工及设计本次试验拟定选用ZYW-4000型钻机，设计布置1组试验钻孔、1组对比钻孔。

为避免试验孔与对比孔之间的影响，两组钻孔至少保证20m间距。

试验组总扩孔钻孔不少于18个：共计3列，每列6孔，终孔间距暂按7m设计，钻孔孔径为Φ113mm。

试验组钻孔施工过程中，考察扩孔、埋管、封孔、连抽等工艺及参数。

高压水力排渣方案水力冲孔实施方案山西昔阳丰汇煤业有限责任公司丰汇煤矿一采西4#鉴定巷高压水力排渣方案编制单位：通防科施工单位：通防工区编制日期：二〇一七年八月二十日矿审批意见会审单位及人员签字通防工区：年月日通防科：年月日安监科：年月日技术科：年月日地测科：年月日机电科：年月日调度室：年月日地测副总：年月日通防副总：年月日机电矿长：年月日生产矿长：年月日通防矿长：年月日安全矿长：年月日总工程师：年月日贯彻人：贯彻时间：目录一、实施背景 0二、作用机理 0三、工艺流程 (1)四、技术要求 (4)五、效果指标 (7)六、安全措施 (8)七、防治瓦斯超限措施 (11)八、其他 (13)附表： (13)一采西4#鉴定巷高压水力排渣方案一、实施背景一采西4#鉴定巷位于矿井西南部，揭煤地点北靠近马家沟向斜轴部，加之煤层埋深大，地应力大，瓦斯压力大，瓦斯含量高，煤层透气性差，难以抽采。

若采取单一的预抽煤层瓦斯区域防突措施，抽采周期长，预抽效果差。

高压水力排渣增透抽采瓦斯防突措施是一种行之有效的防突措施。

参照外矿经验，结合本矿条件，拟在揭煤工作面底板距煤层顶板的最小法向距离5m以前，在实施预抽煤层瓦斯区域防突措施的同时，实施高压水力排渣局部防突措施，边打边抽，边排边抽，从而达到快速消突安全揭煤之目的。

另一方面，我矿转为深部开采后，煤巷月进尺不足50m，回采工作面接替面临脱节的局面。

在调整优化采掘部署的基础上，如水力排渣防突措施在煤巷掘进工作面能够得以成功推广应用，将对矿井实现安全高效稳产高产具有十分重要的意义。

二、作用机理瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等多种因素的共同作用导致煤与瓦斯突出，突出的动力是煤岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能。

水力排渣过程就是煤体破坏剥落，应力状态改变，煤体空隙、裂隙增加，透气性增加，瓦斯大量释放的过程。

水力排渣用于石门揭煤是以留设5m岩柱作为安全屏障，向突出煤层打钻，见煤后利用高压水射流冲击煤体，使煤层突出能量在可控的条件下缓慢释放，逐渐形成若干直径较大的孔洞。