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 (1)

二、作用机理 (1)

三、工艺流程 (2)

四、技术要求 (5)

五、效果指标 (8)

六、安全措施 (9)

七、防治瓦斯超限措施 (12)

八、其他 (14)

附表： (14)

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。排渣过程中孔洞周围煤体向钻孔轴向移动，

引起煤体的膨胀变形和煤层顶、底板岩石的显著变形，顶、底板间向孔道方向出现相向位移，从而破坏煤体原应力平衡状态，促使应力状态重新分布，集中应力带前移，孔洞周围地应力减低。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，瓦斯解吸和排放速度加快，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。

水力排渣过程排出了大量的瓦斯和一定数量的煤炭，因此在煤体中形成一定的卸压、排放瓦斯区域。在这个安全区域内，水力排渣既消除了突出的动力，又改变了突出煤层的性质，因而破坏了突出发生的基础条件，起到了有效的防治突出效果。

水力排渣本孔与邻孔Q-t关系图见图一。

Q（L/min）

Q（L/min）————抽采纯量

t（h） ————时间

图一：水力排渣本孔与邻孔Q-t关系图

三、工艺流程

1、设备及管路选型

（1）钻机选用ZDY4000S型煤矿用全液压坑道钻机，钻杆直径

73mm，扩孔钻孔钻头直径113mm，透孔钻头直径94mm，套管直径108mm。

（2）钻冲一体化装置（矿用水力排渣装置）选用KSC130-12高低压自动转换水力冲孔装置，泵压分12MPa和19MPa高低两档，钻头为自动转换钻头，成孔、扩孔一次成型。

（3）高压水表选用SGS双功能高压水表，压力0～25MPa，流量0～2.5m3。供水管路选取Φ32mm高压胶管。

（4）排渣三通、密封防喷装置、气水煤分离器、集气箱、积水箱，自制。

2、布孔方法

水力孔利用预抽钻孔或在预抽钻孔之间相间品字形布孔，同排（行）相隔2个孔布置一个。邻孔采取加密观测，通过观测邻孔瓦斯浓度、流量变化情况，验证排渣效果，从而确定水力排渣的有效影响半径，以进一步优化布孔和排渣参数。

3、施工工艺

孔口安设三通套管，岩柱初始段下2m长固结套管，并外露0.4m 以便安设孔口三通和孔口防喷装置，套管与钻孔之间采用AB料固孔。固结套管管口与钻杆之间的空隙采用组合法兰盘密封防喷。通过孔口三通φ90mm支管将瓦斯、水、煤渣引入水封式气水煤分离器中。气水煤分离器分离的瓦斯含有大量水汽，经过集气筒上的φ90集气管进入密闭式集气箱进行水气分离，密闭式集气箱上的φ90mm集气管与φ325mm抽采管联通，集气箱底部收集的冷凝水通过φ108mm管

路流入积水箱内。积水箱底部设放水阀。汽水煤分离器分离的渣水靠自重分离到铁桶内，铁桶桶壁0.8m高度位置焊接φ108溢流管。溢流时水通过管路依次流入1#沉淀池、2#沉淀池、水仓内。气水煤分离器的集气筒底部焊接3个支腿，支腿底部用螺栓固定在铁桶桶底。

掘进迎头6m留设1m高台阶，台阶底板并排铺设3m长坑木4根，间距1m，硬化0.2m厚，向外有一5%流水坡度。紧邻台阶砌筑沉淀池，规格长5.0m×宽2m×深0.5m。沉淀池四周应用砌块砌墙并用水泥砂浆进行粉刷，底板浇筑混凝土0.1m厚，中间隔墙0.5m高，外墙高0.65m，两道墙上靠帮留出水口，规格宽0.2m，高0.1m。沉淀池上并排铺设5cm厚木板2块，用钢管做拦杆防止人员失足落水。外墙外砌筑梯道，方便人员上下。水仓利用一采西迎头已做水仓，规格长4.2m×宽4m×深1.5m。沉淀池和水仓之间靠帮挖毛水沟，规格宽0.3m×高0.2m。

f≤0.5时，泵压取12MPa，流量取125L/min；f＞0.5时，泵压取19MPa，流量取200L/min。

水力排渣后，采用临时封孔器封孔进行瓦斯抽采，抽采时间不少于24h，然后再用封孔材料进行永久封孔。

4、排渣顺序

水力排渣钻孔终孔位置位于巷道轮廓线外3～5m处，根据影响范围可布置排渣钻孔6～10个，在石门工作面的中央布置一个检查孔。为避免各孔之间的卸压干扰，应先排巷道断面外的对角孔，再排中间孔，最后排断面内的钻孔。