高压水力切割增透抽采瓦斯治理技术在低透气性近距离薄煤层群硬质无烟煤中的应用

高压水力切割增透抽采瓦斯治理技术在低透气性近距离薄煤
层群硬质无烟煤中的应用
摘要：叙永煤矿在低渗透性近距离薄煤层群硬质无烟煤预抽瓦斯的区域防突措
施中，使用60～90MPa高压水力切割增透抽采瓦斯技术，比传统方法缩短瓦斯治理时间50%以上。

高压水力切割增透抽采瓦斯实现了钻、割一体化，并降低了煤
层内部集中瓦斯应力和地应力，增大了低渗透性煤层钻孔瓦斯排放面积，提高了
瓦斯抽采效率和缩短了瓦斯治理时间，对提高矿井安全高效生产具有重要意义，
对同类矿井可推广应用。

关键词：高压水力切割增透瓦斯治理应用
1前言
近几年来，随着开采深度的增加，四川片区煤矿的瓦斯灾害日益加剧，瓦斯
治理手段已经不能有效地解决煤矿的瓦斯问题。

为了实现煤层瓦斯抽采达标开采，加大钻孔瓦斯抽采量和浓度及抽采效果，必须在叙永矿区低渗透性近距离薄煤层
群硬质无烟煤瓦斯治理过程中引入了高压水力切割增透抽采技术，为同类矿井的
瓦斯高效治理起到借鉴作用。

2矿区概况
2.1生产布置
叙永煤矿位于叙永县震东乡落叶村，设计生产能力450kt/a。

矿井在+930m水平布置了2个生产采区： 13采区、15采区。

煤层厚度为0.8～1.1米。

矿井目前
主要开采煤层为C19、C20、C24煤层，属于优质无烟煤种。

2.2通风瓦斯
矿井通风方式为中央分列式，通风方法为抽出式。

近两年瓦斯等级鉴定结果
矿井绝对涌出量在不断增大，2017年鉴定结果为煤与瓦斯突出矿井。

C19煤层为
煤与瓦斯突出煤层，煤的破坏类型属于Ⅲ类，煤层瓦斯含量14.947m³/t，瓦斯压
力为0.89MPa，透气性系数为9.375m2/（MPa2·d），煤体坚固性系数为2.03。

3高压水力切割增透技术
高压水力切割增透核心技术包括高压脉冲水射流辅助钻进和煤层割缝增透两
个方面。

在由岩柱向煤层钻进的过程中，高压脉冲水射流起到冲击破坏岩石、排渣和
冷却钻头刀具的作用，能够大大降低钻头的磨损程度，从而延长了使用寿命；在
形成煤层钻孔后，在煤层钻孔段由里向外每隔1.5～2.4m左右的距离用60～
90MPa高压水切割半径为0.2～0.5m、宽度为5～10cm的圆盘状缝隙，此时高压
脉冲水射流除用于排渣、切缝以外，还具有置换瓦斯和胀裂煤岩提高煤层透气性
的作用。

由于割缝后的煤层暴露面积增大、透气性提高，控制范围扩大，可大幅度减
少钻孔施工数量，缩短钻孔施工时间，另外可使钻孔瓦斯涌出速度加快、提高瓦
斯抽采效率，从而缩短了瓦斯抽采治理的周期。

3.1水力切割技术增透技术装备
①切割钻孔参数
综合考虑煤岩层赋存条件及其岩性、硬度条件，按高压脉冲水射流割逢半径
为0.2～0.5m、割逢影响范围为1.0m的原则合理布置钻孔。

在煤层中施工水力切割瓦斯抽放孔，采用Zy-1250钻机、φ75mm（钻割一体化）钻头施工。

平巷掘进区域条带预抽钻孔控制走向60m，巷道轮廓线外20m，
有效抽采半径按3.5m，所有钻孔必须施工在煤层中央，均为退钻式割缝。

②技术装备
在钻进瓦斯预抽切割孔时，需要的设备主要有钻机、乳化泵、高压密封钻杆、切割钻头等。

高压脉冲水射流切割法系统采用专用自动切换式切缝器、高压密封
输水器和开关等。

3.2水力切割技术增透工艺
水力切割技术主要分为辅助钻进瓦斯抽放孔和煤体切缝两个步骤。

在辅助钻
进瓦斯抽放孔时，该系统压力较低，自动切换式切缝器处于关闭状态，全部射流
通过自激振荡喷嘴形成脉冲射流对煤岩体进行预破碎。

当瓦斯抽采孔钻进完毕，
即单轮区域条带预抽钻孔施工到位，钻机停止钻进保持旋转状态，升高系统压力
至60～90MPa，自动切换式切缝器处于工作状态，对煤体进行切缝。

待切缝完毕，退出钻杆进行下一缝隙的切割。

具体工艺流程：启动乳化泵→开启开关→调节压力→推进钻机钻进瓦斯预抽
孔→预抽孔钻进完毕→升高压力至60～90MPa→旋转对煤体切缝→切缝工作完毕
→退钻杆继续切缝→切缝完毕、关闭乳化泵。

切缝半径控制在0.25～0.4m，每次切缝时间应控制在3分钟左右，以保证切
缝效果，每退2～3根钻杆切缝1次，开孔至切缝最小距离控制在15～20m。

钻孔施工完成后立即进行封孔接抽，抽采主管不小于Φ125，接抽管为
Φ50mm的PE管，封孔长度为10～12m，采用黑胶管进行连接，与支管采用并联
分组连接，接头不超过3个，保证抽采负压不小于13Kpa。

各单孔连接胶管均须
安装煤气表和检测嘴，以备后续数据收集。

4现场应用与效果
4.1实施方案
根据叙永煤矿生产实际及高压射流切割增透的技术特点，在1594和1592掘
进工作面进行试验，分别施工6个切割增透钻孔和6个不切割增透钻孔进行效果
对比。

①对比孔在钻孔施工完成后，测量孔口瓦斯涌出初速度，然后立即进行封孔
联抽。

②试验孔在施工完成后进行割缝试验，防止出现不同心对不上孔的情况。

试
验孔在割缝完成后，测量孔口瓦斯涌出初速度，并进行封孔联抽。

③每个孔封孔完成后，测量当天的瓦斯浓度、流量、负压等数据，记录在案。

每天对所有封孔完毕的钻孔测量一次上述数据。

④割缝全部完成，预抽一段时间，对所记录的数据进行统计分析。

4.2实施钻孔参数
2018年3月20日～5月31号，在叙永煤矿1594和1592掘进工作面施工了
共12个试验钻孔，并同时施工了12个不切割对比钻孔，成功取得了12组钻孔
的对比具体数据，能够反映该技术在叙永矿井现场实际应用效果。

4.3水力切割增透技术应用效果分析
该技术在现场应用后，每循环进尺1.5m，放炮均未出现瓦斯超限情况。

瓦斯
涌出初速度比未增透前提高了3倍左右，瓦斯涌出量达到了原来的3～5倍，同
时钻孔排放瓦斯浓度由原来的15%左右提高到了60%左右，效果非常明显。

因此，该技术对叙永煤矿瓦斯抽采治理起到了很明显的作用，也为瓦斯治理和瓦斯利用
的技术进步与创新奠定了基础。

5结论
1.高压水力切割增透抽采技术通过在叙永煤矿区域防突瓦斯治理的实际应用，能有效解决低透气性近距离薄煤层群硬质无烟煤瓦斯抽采、释放和治灾技术难题，减少了矿井的安全威胁，是一种较有效的瓦斯治理方法。

2.高压水力切割增透抽采技术应用后钻孔瓦斯涌出初速度提高了3倍，瓦斯
涌出量达到了原来的3～5倍，同时钻孔排放瓦斯浓度由原来的15%左右提高到
了60%左右，效果非常明显。

因此，该技术对叙永煤矿瓦斯抽采治理起到了很明
显的作用，也为川煤瓦斯治理和瓦斯利用的技术进步与创新奠定了基础。

3.能有效解决瓦斯超限问题。

该技术在1594和1592运输巷应用后工作面每
循环进尺1.5m，放炮均未出现瓦斯超限情况，为实现瓦斯零超限的目标，打下坚实的基础。

4.高压水力切割增透抽采技术抽采煤层缩短瓦斯治理时间50%以上，对古叙
煤田内的近距离薄煤层群矿井瓦斯治理有一定指导作用，同类矿井可推广应用。

5.水力切割增透技术是目前解决近距离薄煤层群瓦斯突出危险的有效手段，
在切割过程中可改变煤体的结构、增大煤体裂隙，还能有效地降低煤层内部的瓦
斯集中应力、提高抽采效率，切实达到了消突效果。

6.水力切割增透技术不仅可用于掘进工作面的区域防突，还能用于采煤工作
面顺层抽采区域防突和石门揭煤，有效减少区域防突顶底板抽采巷。

参考文献
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矿山机械，2011,39（6）：20-23.
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