高压水力割缝技术操作设计

**矿高压水力割缝作业的推广应用

**煤矿 **

我公司防突工作向来是制约我矿生产的一大难题，煤层注水、压裂、瓦斯消融剂、水利冲孔均在我矿施行过，但是我们公司的防突工作一直跟不上生产进度，为了加快我矿消突工作的进行，特与重庆大学联合在我矿11011轨道及胶带底板巷进行水力割缝试验，同时为了便于将高压水力割缝技术在我公司推广，特制定出该高压水力割缝作业流程，以供施工人员学习。

一、高压水力割缝技术原理

高压水力割缝技术是一种具有压力脉冲特性、自激空化特性和切割破碎煤岩特性的新型射流形式，能以高度聚能的射流束在煤岩上产生冲蚀、空化来实现对煤岩的切割破碎。利用高压水力割缝在低透气性煤体中钻深孔、切缝能够增大煤层瓦斯涌出自由面，促使煤体大范围快速卸压，提高煤层透气性。同时高压水力割缝的压力脉动冲击在钻孔、煤缝隙周围煤体中产生交变应力，促使煤体动力致裂，激发裂隙连通，进一步增强煤层透气性及瓦斯解析；且高压水力割缝空化效应产生的瞬时高压和空化声振，进一步强化吸附瓦斯解析。

二、高压水力割缝主要设备

（一）、高压水力割缝系统主要设备、器材构成：

高压乳化液泵、钻机（初定为ZYW-1200钻机）、高压脉冲水射流专用密封钻杆、脚踏开关、钻割一体化钻头（重庆大学提供）、25高压管、密封圈、耐震压力表等。

（二）、高压水力割缝系统装备连接示意图如下：

1-水箱；2-乳化泵；3.高压水管；4-脚踏开关；5-高压密封输水器；

6-钻机；7-高压钻杆；8-钻割一体化钻头

三、高压水力割缝操作规范

高压水力割缝技术在实施中规范操作主要包括三个阶段：设备准备与连接阶段、检查阶段、实施阶段。

（一）、设备准备与连接阶段

1、井下供水系统准备；此部分准备主要包括水在施工过程中连续供给、水流量能否满足高压水压力达到所需要压力要求，保证供水系统与施工系统连接的完好性。

⑴钻机、泵箱、连接管线等运到施工地点后，安装完毕、支撑牢固，连接好管线，乳化液泵设在主井底及东区瓦斯泵站，开泵人员必须会调整乳化液泵输出压力。

⑵泵箱供水应采用1趟不少于∮50mm管路供水，并随时注意观察供水情况，防止出现泵箱内水量不足。

⑶采用专用高压水力割缝专用钻头、切割头、水辫、φ25高压截止阀。

2、排水系统准备；由于高压水要从孔内排出，起到冲刷排渣作用，为了防治水对井下施工环境造成影响，施工前必须做好排水系统

准备，主要包括：排水沟、沉淀池及排水孔布置及其连通性。由于割缝出煤较多且粘稠，割缝地点安排4人。

3、供电系统准备；在准备阶段要连接好供电系统相关设备，保证在施工过程中保持供电不间断性，确保在施工地点瓦斯浓度超限时能自动切断设备电源。

（二）检查阶段

设备安装连接准备工作完成后，必须对相关系统进行检查，其主要内容是：

1、施工地点巷道顶板、环境是否完整安全；

2、施工地点配风量是否符合规程及公司规定要求；

3、供水、排水、供电系统是否满足措施规定要求；

4、钻机、压力泵等设备安置是否合理、牢固可靠，角度是否符合要求；

5、相关安全技术措施是否落实到位；

6、操作人员是否经过培训持证上岗；

7、高压水泵及供水管路连接处是否牢固可靠、无泄漏；

8、高压管路连接系统是否牢固可靠、无泄漏；

9、高压输水器是否处于完好工作状态；

10、整个系统的连接情况和密封状态是否安全可靠；

11、测试各种钻头的喷嘴射程和射流发散情况。

12、实施高压水力割缝现场操作人员配备必须保证不少于3人。即：压力泵司机、钻机操作工、钻杆连接安全监视工。

（三）、实施阶段

前两个阶段完成后，进入割缝实施阶段，具体流程图如下。

启动高压泵

关闭脚踏阀

钻机停止推进、旋转

卸钻杆

控制截止阀

钻机旋转割缝

钻机旋转割缝

终缝

关闭高压泵

1、首先开启高压水泵，控制截止阀，调整钻机端压力，压力由低到高5MPa→8MPa→11MPa→15MPa→20MPa→25MPa，水经过高压水管进入钻杆内，最后从割缝喷孔流出，然后钻机旋转，通过钻头对煤层周边煤体进行切割，供水压力控制在20-25MPa之间。

2、每割完一个孔后，控制截止阀，让水经过高压水管返回水箱内，然后撤卸钻杆。

3、撤卸完钻杆后，控制截止阀，使水通过高压水管和钻杆进入孔内，先向孔内输送一段时间的水清除孔内的残渣，等钻孔返水正常后，再割缝。

四、注意事项

1、实施高压水力割缝前，相关人员必须经过专门培训，学习乳化泵、钻机操作规程，并经考试合格，持证上岗。

2、乳化泵必须安设于进风流中，安设牢固可靠，乳化泵的开启采用远控按钮操作，远控按钮置于钻机钻工操作位置。

3、高压管及钢鞭管必须用不少于12#铅丝（或游丝绳）固定于巷帮，以防摆动或脱节伤人。

4、高压水力割缝的钻机操作台、泵站必须安设在施工点进风侧4～5m处的安全位置，且能清楚观察钻机运转、延接钻杆和孔内返水情况。

5、乳化泵至钻机之间供水管路必须采用高压管（承载压力≥40MPa），同时在钻机处安设脚踏式三通阀（承载压力≥30MPa），各连接部件采用钢鞭管（承载压力＞40MPa）连接。

6、开启乳化泵后必须观察各联接头是否存在卸漏情况，否则，必须立即停止施工进行处理，特别是在高压开启之前人员严禁正对有可能卸漏的各联接头，防止高压水伤人。

7、钻杆必须使用完好无损的水力割缝专用钻杆；连接钻杆时，首先检查钻杆内及连接螺纹处是否有异物，如有必须清除，然后在钻杆的外丝扣端加专用密封垫圈，以保证钻杆连接处可靠密封。

8、钻进过程中，钻机操作工必须随时观察钻孔内返水情况和钻进有无异常，如出现返水量变小或有卡钻现象时，必须立即停止钻进，查找原因，处理好后才能继续钻进。

9、撤卸钻杆时，严禁使用其它物件敲打水力割缝专用钻杆，施