水力冲孔有效影响半径的测定

近年来， 随着煤矿开采强度的增大和开采深度 ， 的增加 地质条件更加复杂， 煤与瓦斯突出成为威胁 煤矿安全生产的主要因素。瓦斯抽采是防止煤与瓦 ［1 ］ 斯突出的根本措施 ， 对于低透气性煤层， 单一的 严重影响了矿井高产高效。 抽采措施难以快速消突， 为了提高瓦斯抽采效果， 有效防治煤与瓦斯突出事 故， 从 20 世纪 60 年代开始， 我国科研院校与生产单 位相互合作， 研究并试验了水力压裂、 水力冲孔、 深 孔预裂爆破、 交叉钻孔等 强化抽采瓦斯技术， 特 在南桐、 梅田、 北票、 焦作等地的 别是水力冲孔技术， 煤矿取得了良好的消突效果。而合理的布孔间距不 有效消除煤层突出危险性， 还可节约施工 仅能快速、 成本。因此， 笔者测试了寺家庄煤矿水力冲孔的有 效影响半径， 为合理布孔提供依据， 进一步完善的水 力冲孔的技术体系。
3 岩， 瓦斯含量平均为 11. 22 m / t， 煤的坚固性系数 0. 10 ～ 1. 45 ， 19. 2 ～ 28. 5 ， 瓦斯放散初速度为 透气 2 2 d） ， 性系数为 0. 175 ～ 0. 838 m / （ MPa · 钻孔百米流 －1 0. 025 3 ～ 0. 042 5 d 。 量衰减系数为
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水力冲孔工艺及系统
水力冲孔工艺
水力冲孔利用高压水通过钻杆从钻头上的冲孔 喷头喷射而出， 冲击钻头周围煤体， 随着钻机向前钻 进破碎煤体， 诱导小型煤与瓦斯突出 （ 喷孔 ） ， 水和 突出的煤、 瓦斯顺着钻杆和钻孔间的间隙流入煤水 输送系统， 混合有水气的瓦斯进入水气分离装置 ， 分 接入瓦斯抽采管路， 煤和水流入沉淀池。 离之后， 2. 2 水力冲孔系统 水力冲孔系统由乳化液泵、 水箱、 压力表、 防喷 装置 和 喷 头 等 组 成。 根 据 现 场 试 验 情 况， 选择 BRW200 /315 型乳化液泵 （ 额定流量 200 L / min， 额 定压力 31. 5 MPa） ， 辅助乳化液箱型号为 FRX1000 ， 其公称压力为 31. 5 MPa， 液箱容量为 1 000 L， 质量 700 kg ； PZCKC ； 水力冲孔喷头为 系列 选择 SGS 为 1900 ； 高压胶管 型双功能高压水表； 钻机型号为 5S内径为 25 mm、 耐压 32 MPa， 连接处采用快速接头 和 U 形卡加固。
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矿井概况
寺家庄煤矿是阳煤集团新建的大型矿井， 井田 位于沁水煤田 东 部 边 缘 中 段， 南 北 走 向 长 17. 3 ～ 16. 5 km， 东 西 倾 斜 宽 6. 0 ～ 9. 0 km， 井田面积约 124. 08 km2 。矿井现开采 15 号煤层， 设计生产能力 为 5. 0 Mt / a， 开采标高 + 510 m， 采用斜—立井混合 开拓方式， 中央分列式通风方式， 机械抽出式通风方 法。自 2007 年 1 月 3 日发生首次瓦斯突出以来， 到 目前 为 止， 共 发 生 瓦 斯 突 出 18 次。 15 号 煤 层 厚 2. 79 ～ 7. 40 m， 平均厚 5. 48 m， 顶板为砂质泥岩或 粉砂岩， 底板常为炭质泥岩， 有时为砂质泥岩或粉砂
收稿日期： 2012 － 04 － 15 2000 年 作者简介： 刘永杰（ 1977 —） ， 男， 河南长葛人， 助理工程师， 毕业于河南煤炭工业学校， 现从事工程管理与技术工作 。
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2012 年第 8 期
刘永杰： 水力冲孔有效影响半径的测定
总第 200 期
动， 同时煤体产生一定程度的膨胀变形 ， 顶底板产生 相向位移， 引起在冲孔一定影响范围内的地应力降 低， 裂隙增加， 使煤层的透气性增大， 促进瓦斯的解 ， ， 吸和排放 增加了煤体的强度和湿度 既消除了煤与 瓦斯突出的主要动力， 又改变了突出煤层的物理性 质， 在煤矿采掘作业过程中起到防治煤与瓦斯突出 的作用。 常用的测试水力冲孔有效影响半径的方法有流 ［10 ］ 量法和压降法 。在测试流量过程中， 由于测量仪 器量程选择不当， 容易造成读数误差， 影响测试结 果； 而采用压降法测试时， 可直观地观测到高压水射 此次测试采用压降法。 压降 流的影响范围。 因此， 法测定有效影响半径的原理是： 水力冲孔过程中， 高 压水射流能够影响到的地方煤体裂隙扩展 ， 煤层瓦 斯压力下降， 可以通过钻孔压力的变化来直接判断 水力冲孔措施是否影响到该位置 。 寺家庄煤矿 15 号煤层突出危险性大， 掘进过程 中工作面 突 出 危 险 性 预 测 指 标 K1 值 超 标 率 高 达 55% ， 为了使水力冲孔技术有效、 快速消除突出危 险， 此次试验规定， 当钻孔的瓦斯压力降至 0 时， 认 为该钻孔距水力冲孔措施孔的距离 R i 在其有效影 R2 ， 响半径之内， 满足该条件的最大距离 R max = （ R1 ， R n ） 即为水力冲孔的有效影响半径。
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水力冲孔有效影响半径测试原理
国内外学者普遍认为， 地应力、 瓦斯和煤的物理 ［7 ］ 力学性质是导致煤与瓦斯突出的主要因素 。 煤 体的变形潜能和瓦斯膨胀内能是煤与瓦斯突出的主 ［89 ］ 是以岩柱或者煤柱作为 要动力。水力冲孔技术 安全屏障， 冲孔时， 随着钻孔的前进， 煤、 水、 瓦斯经 过孔道向孔外排出， 钻孔周围的煤体向钻孔方向移
2012 年第 8 期
中州煤炭
总第 200 期
水力冲孔有效影响半径的测定
刘永杰
（ 河南煤业化工集团 焦煤公司赵固二矿， 河南 辉县 453633 ） 摘要： 为了确定水力冲孔的有效影响半径， 为水力冲孔技术的应用提供合理的布孔参数， 分析了水力冲孔技 术的消突机理， 采用压降法在寺家庄煤矿进行了现场试验 。结果表明： 压降法简单、 准确， 便于考察， 测试出 了寺家庄煤矿 15 号煤层的水力冲孔有效影响半径为 9 m。 关键词： 水力冲孔； 有效影响半径； 压降法 中图分类号： TD713． 34 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 0506 （ 2012 ） 08 － 0016 － 03