高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透技术研究报告12.10.doc

高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透技术研究 研 究 报 告 中 平 能 化 集 团 中 国 矿 业 大 学 200年月 目 录目 录 I 1绪 论 1 1.1高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透技术研究的意义 1 1.2煤层卸压增透技术研究现状 2 1.3主要研究内容 4 1.4主要研究方法 4 1.5研究达到的目标 5 2高压射流煤层割缝卸压增透技术理论基础 6 2.1煤层瓦斯储层特征 6 2.1.1煤的孔隙类型 6 2.1.2煤的孔隙结构 6 2.1.3 煤层的渗透性 7 2.2高压水射流的非均质破坏作用及磨料射流液固两相流动研究 8 2.2.1高压水射流的非均质破坏作用 8 2.2.2前混合磨料射流的液固两相流动研究 10 2.3割缝卸压后煤体应力分布及瓦斯流动分析 12 2.3.1割缝范围内应力分布状态及其分析 12 2.3.2割缝范围内瓦斯压力分布状态及其分析 13 2.3.3卸压区煤体的稳定性分析 15 2.3.4冲孔割缝技术对煤体透气性的影响 17 3冲孔割缝卸压增透技术数值分析 21 3.1数值模拟软件简介 21 3.1.1模拟软件选择 21 3.1.2 FLAC简介 22 3.1.3模型参数简介 22 3.2钻孔和缝槽卸压效果比较 24 3.2.1钻孔卸压的缺陷 24 3.2.2钻孔和缝槽卸压效果数值分析 26 3.2.3钻孔与缝槽的卸压效果比较 27 3.3缝槽卸压增透的影响因素分析 27 3.3.1缝槽高度的影响 28 3.3.2缝槽宽度的影响 29 3.3.3垂直于缝槽平面应力对缝槽卸压的影响 30 3.3.4最大主应力方向和缝槽平面法线方向夹角对卸压影响 31 3.3.5缝槽之间的相互影响 34 3.4割缝卸压的三维数值分析 34 3.4.1单个缝槽卸压增透效果模拟 35 3.4.2多个缝槽整体卸压增透效果模拟 42 3.5本章小结 50 4.高压射流煤层冲孔割缝卸压增透设备研制及性能试验 52 4.1高压射流煤层冲孔割缝卸压增透设备系统组成 52 4.1.1压控钻割一体化钻头 53 4.1.2磨料发生罐体 57 4.1.3水辨 59 4.1.4钻杆高压密封技术 59 4.1.5液压控制系统 59 4.2高压磨料射流钻割一体防突设备切割性能实验 61 4.2.1磨料参数对切割特性影响试验 62 4.2.2切割条件对切割特性影响试验 65 4.3本章小结 67 5煤层冲孔割缝卸压增透技术工业试验 68 5.1矿井概况 68 5.2工作面概况 69 5.3现场施工方案 69 5.3.1顺层钻割施工设计 69 5.3.2 施工流程方法 70 5.4现场施工情况 71 5.5效果考察 74 5.5.1 钻、割煤体扰动对比分析 74 5.5.2抽出流量分析 75 5.5.3 影响半径分析 79 5.5.4 瓦斯抽采率的考察 81 5.6本章小结 87 6.结 论 89 7参考文献 92 1绪 论 研究的意义 随着矿井开采的延深，瓦斯含量、瓦斯压力、绝对瓦斯涌出量逐年增加。开展煤层的研究，确保煤矿生产过程中的安全。技术研究现状 为了有效深孔松动爆破和深孔控制爆破的原理基本一致。但是，在煤层中打长钻孔困难，而且难以保持钻孔形状完整。由于客观条件和主观因素的影响，钻孔深度、数量、装药长度和装药位置及封孔长度等难以完全达到设计要求。 水力割缝近年来发展，其基本仍然是卸压但是，其改变了以往钻孔影响范围小的现状，通过打钻后形成的钻孔，从而割出两条扁平的缝。在使煤体内部应力向深转移的同时，也增大煤层的透气性，提高单孔影响范围，增大钻孔间距，同时降低工作量，提高了效率。 我国曾在鹤壁四矿、二矿及红卫煤矿进行过钻孔水力割缝抽瓦斯试验，试验表明：对于f=0.2～1.1的煤层，射流压力12～16MPa、水量11.7m3/h进行水力割缝，水力割缝后，钻孔自然瓦斯涌出量为非割缝的2.5倍左右；水力割缝形成的松动卸压影响范围可达4～10m。在湖南白沙红卫煤矿坦家冲井严重突出危险煤层中的水力割缝后，瓦斯自然涌出量增加30倍以上，能够达到排放瓦斯和卸压的要求。 目前国内外研究的水力割缝目前的水力割缝是将打钻与割缝分开，具有的煤层，常常发生打完钻孔后，割缝设备不能送到预定的位置，限制了设备功能的发挥。主要研究内容 通过资料收集、现场和实验室有关参数测定，研究瓦斯赋存规律及应力场分布特征，为奠定基础。 结合工作面煤层地质条件研究钻孔施工工艺参数；确定合理的高压磨料射流技术参数；研究满足要求的钻参数，提高钻孔效率主要研究方法 设备开发实验室、现场试验相结合的方式进行。其技术路线为：研究达到的目标 通过对。提出高割缝技术措施，为我国类似条件下煤提供借鉴。 技术理论基础，分布有规律；在煤化过程中形成的孔隙称为次生孔隙，直径一般约为，形状为