单孔射流钻头设计与应用

水力冲孔常用的是多孔喷头体(含有2个及以上喷嘴的钻头)。当传统喷头的破煤量不能达到要求时,经过理论计算分析,设计出了单喷嘴冲孔钻头,并在大淑村矿172107底抽巷实施穿层水力冲孔试验。结果发现,设计的直径为Φ5 mm的单喷嘴钻头,冲煤量大,出煤均匀,为井下卸压消突提供了可靠的技术支持。     

玉溪煤矿软硬复合煤层水力冲孔参数优化试验研究

水力冲孔对于增加煤孔暴露面积、提高煤层透气性和瓦斯抽采效果具有重要意义.由于玉溪煤矿软硬复合煤体具有煤层强度和胶结性差异大的特点,导致冲孔时水力参数和冲孔效果差异性大,因此在玉溪煤矿中央辅运大巷进行了软硬复合煤体的水力冲孔试验,探究软硬复合煤层水力冲孔参数的最优化,并对试验结果进行了分析.结果表明,碎软区域出煤量随冲孔...     

登封矿区低透气性松软煤层水力冲孔措施研究

针对登封矿区煤层松软瓦斯含量大透气性差的情况,采用数学计算方式计算了水力冲孔水射流破煤压力,利用COMSOL软件模拟分析了水力冲孔有效影响范围,研究了水力冲孔在煤矿低透气性松软煤层区域抽采消突措施中的应用效果,确定了适用于马池煤矿的水力冲孔技术参数。研究表明,在运用相关技术参数的情况下,水力冲孔在煤矿低透气性松软煤层区域抽采消突措施中应用效果显著。     

单一厚煤层条件下穿层钻孔水力冲孔参数优选与应用

为提高层外卸压瓦斯抽采效率,探索适合潞安矿区3~#煤层的水力冲孔参数,通过对不同冲孔煤量钻孔的抽采效果进行对比分析,得出了水力冲孔的合理煤量为0.15 t/m;结合施工工艺及地质条件优选出了合理煤量下的最佳冲孔压力12 MPa和最佳冲孔时间15 min/m,形成了1套适合3~#煤层水力冲孔的技术参数。     

煤层水力冲孔喷嘴的设计研究

冲孔器是煤层水力冲孔的关键设备,为提高冲孔效果和效率,设计了一种结构简单、安装使用方便的水射流喷嘴。通过理论分析和计算推导,得到喷嘴直径、效率以及作用力的计算公式,并利用数值模拟软件分析了喷嘴收缩角、长径比对喷射效果的影响。结果表明：喷嘴直径是影响水力冲孔效果的关键因素;并且当收缩角取10°～15°、长径比取2～3时,水力冲孔效果最好,效率最高。     

瓦斯非均衡赋存煤层精准冲孔增透技术及应用

为实现瓦斯非均衡赋存煤层的精准卸压增透，基于理论建模、数值模拟和现场试验的方法研究了水力冲孔关键工艺参数的判定准则和优化方法。构建了卸压煤层多场耦合模型，分析了冲孔最优出煤量的判定指标体系，提出了冲孔最优出煤量的判定准则及方法，绘制了水力冲孔关键工艺参数优化图谱，提出了瓦斯非均衡赋存煤层梯级精准增透强化抽采技术。结果表明：(1)抽采时间一定时，随着冲孔出煤量的增加，煤层残余瓦斯含量逐渐降低，而由于孔间应力集中程度的升高，残余瓦斯压力先降低后升高；(2)冲孔最优出煤量的判定准则包括瓦斯抽采达标约束和巷道失稳风险和施工成本最小化约束，当残余瓦斯含量和压力均小于临界值时，认为抽采达标，在满足抽采达标的前提下，应尽量减小冲孔出煤量以保证煤巷稳定、降低工程成本；(3)冲孔最优出煤量随地应力的升高而降低，随黏聚力、瓦斯压力和钻孔间距的增大而升高。对于给定煤层，冲孔出煤量存在最大值，抽采达标时间存在最小值；(4)综合考虑煤层瓦斯压力、出煤量、钻孔间距及抽采达标时间之间的关联关系，绘制了冲孔关键参数的优化图谱，提出了瓦斯非均衡赋存煤层梯级精准增透强化抽采技术，融合煤层瓦斯赋存特征和冲孔关键参数的优化图...     

水力冲孔在低透性煤层的理论与试验研究

对水力冲孔技术在某煤矿"三软"低透性煤层的应用进行了理论研究与现场试验。首先对高压水射流破煤理论进行了研究,对高压水射流破煤的各个过程分别进行了探讨,从理论上验证了水力冲孔的卸压增透作用;其次分析了水力冲孔的工艺流程;最后对水力冲孔前后校检率、瓦斯抽放效果、残余瓦斯含量、压力进行了对比验证,水力冲孔措施对于某矿的卸压增透效果明显,对于指导相似矿井的瓦斯抽采消突措施具有参考意义。     

随钻型水力冲孔器的设计

针对煤矿井下"三高一低"松软煤层中瓦斯抽采效率低、抽采时间长等问题,采用水力冲孔技术,降低地应力,增加煤层渗透性,以解决瓦斯抽采问题。为提高水力冲孔效率,研制随钻型压力可调节式水力冲孔器,关键部件为流量可调节的高低压转换机构,并利用伯努利方程推导了合金喷嘴直径与高压泵泵量和压力之间的变化规律。室内实验和现场试验结果表明:实际工况下,流量可调节的高低压转换机构可实现不同流量下高低压临界状态控制,稳定可靠;优选的合金喷嘴直径能满足水力冲孔要求,与理论研究相一致。     

水力冲孔卸压增透技术研究

为了增加煤矿瓦斯抽采量,缩短瓦斯抽采时间,理论研究了水力冲孔破煤机理,对喷嘴进行了选型;采用FLAC^3D数值模拟软件,模拟分析了水力冲孔后煤体应力、位移分布及不同孔径下煤体应力和位移的关系,并进行了工业试验,采用水力冲孔技术后,瓦斯抽采效果明显。研究为有效防范煤与瓦斯突出提供了技术支持。     

水力冲孔有效影响半径数值模拟

根据力学平衡方程和质量守恒定律及煤层渗透率、孔隙率、煤岩体积应变等参数的关系,建立了煤层底板巷水力冲孔气固耦合方程。通过模拟不同出煤量的水力冲孔有效影响半径变化,得出水力冲孔有效影响半径随冲出煤量和抽放时间的增加而增加。当冲出煤量为1 t/m时,有效影响半径为5.8 m,卸压增透效果十分理想。     

潘三矿13-1煤层水力冲孔试验研究

为考察潘三矿13-1突出煤层水力冲孔技术措施的消突效果,基于13-1煤层的赋存条件,介绍了潘三矿-650 m东四运输大巷利用穿层钻孔进行水力冲孔试验的过程,研究了水力冲孔的冲出煤量、风流中瓦斯浓度、考察孔瓦斯流量、瓦斯抽采半径和冲孔前后瓦斯抽采流量变化等5个方面。结果表明:在单孔每米冲出煤量达到2.0~3.0 t时,13-1煤层瓦斯抽采半径达到4.5 m,考察孔瓦斯流量为冲孔前的10倍以上,瓦斯流量衰减系数仅为冲孔前的30%,在冲孔控制区域内煤体得到卸压,煤层瓦斯含量降低了近70%,释放了煤层的突出潜能,取得了明显的卸压增透效果。     

穿层水力冲孔卸压增透效果的研究

分析了水力冲孔增透消突的机理,阐述了水力冲孔的工艺流程,以北辰矿8111工作面底板巷为试验地点,考察了水力冲孔前后抽采影响半径、煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采瓦斯浓度和瓦斯流量的变化。并利用RFPA2D-Flow软件模拟了水力冲孔前后煤层裂隙发育过程,研究了水力冲孔后煤层应力和渗透系数对抽采效果的影响。     

水力冲孔快速消突技术的研究与应用

为提高石门揭煤和煤巷快速掘进速度,基于高压水射流破煤原理,研究了水力冲孔卸压增透的防突机理,通过理论分析、实验室研发及工业试验相结合的方法,阐述了水力冲孔的工艺流程及主要设备研发情况,并结合淮南矿区的实际条件,确定了水力冲孔的最佳破煤水压为煤的普氏系数的12~20倍。研究结果表明,在强突出煤层实施水力冲孔技术措施后,煤的弹性潜能得到释放,瓦斯压力梯度降低,有效消除了激发突出的应力,煤层的透气性增强,石门揭煤速度提高4倍,对比不同的防突措施,水力冲孔后煤巷掘进速度提高为原来的3~5倍,是中高压注水的3.3倍、是排放钻孔的2倍。     

赵庄矿大流量水力扩孔增透瓦斯抽采技术

我国大部分矿区煤层透气性偏低,煤层气开发和井下瓦斯抽采难度较大。水射流技术目前被应用于煤层增透,包括水力冲孔、水力扩孔和水力割缝。以山西晋煤集团赵庄矿为例,对赵庄矿北翼回风巷3号煤层进行水力扩孔技术试验,结果显示:水力扩孔对赵庄矿煤层具有较好的增透作用,水力扩孔钻孔后瓦斯流量是未扩孔时的8~32倍,在不同程度上提高了瓦斯的抽采效率。     

水力冲孔消突措施试验研究

针对淮南矿区埋深大、透气性低及高地应力的煤层赋存状态,为了解决石门揭煤过程中的煤与瓦斯突出问题,在谢桥等5个矿试验了水力冲孔技术,通过排出部分煤体和瓦斯,对煤体增透卸压,从而实现快速、安全的揭煤。研制了水力冲孔专用PZCK-C-*系列喷头,优化了水力冲孔工艺和技术参数,模拟对比了冲孔前后钻孔周围的应力变化。试验结果表明,在钻孔冲出煤量达到1.0～2.5 t/m时,其冲孔影响半径可以达到5.5～9.0 m,煤层透气性系数增大了70%～370%,实施水力冲孔后,冲孔控制区域的煤体得到卸压,透气性增大,突出潜能和瓦斯热力学能得到释放,快速消除了石门揭煤工作面的突出危险性。     

受采动影响煤层水力冲孔增透技术试验研究

以张集矿北区为研究对象,介绍了在保护层开采后未及时进行瓦斯抽采,煤岩体重新压实条件下水力冲孔的现场试验过程,并与仅进行保护层开采的卸压增透和在未受采动影响的实体煤层中进行水力冲孔的卸压增透现场试验效果进行了对比。结果表明,在受采动影响的煤层中进行水力冲孔,对煤层进行二次卸压,可使水力冲孔的有效抽采半径增大到16 m,使瓦斯抽采率提高到46%,并且在受采动影响的煤层中进行水力冲孔可降低水射流的破煤压力。     

煤岩水力割缝机截割喷嘴特性研究

为了提高煤层的瓦斯抽放效率,利用高压水射流对煤层进行预割缝,而喷嘴是高压水射流系统的执行元件,因此对截割喷嘴进行特性分析;先确定计算区域,建立模型,网格划分并导入FLUENT中,对喷嘴的不同收缩角和直径进行仿真模拟。通过仿真模拟和分析计算,拟合出了速度、压力和喷嘴几何参数的表达式,可以为高压水射流系统设计、喷嘴设计、压力泵的选型提供重要的理论依据。     

深部低透气性煤层水力冲孔措施防突机理分析

针对淮南矿区谢桥、潘三等矿开展的水力冲孔消突试验,利用数值模拟软件ANSYS对水力冲孔措施前后所形成的孔洞进行了模拟解算;定量分析了冲孔前后孔洞周围煤体应力、应变和位移的变化情况,并结合现场实际对水力冲孔措施的防突机理进行了分析,结果表明：在深部无保护层可采的低透气性突出煤层中采用水力冲孔措施后,冲孔后的瓦斯浓度不仅比冲孔前提高了50％左右,而且抽放浓度和抽放瓦斯纯流量也增加了3倍左右,大幅提高了煤层的瓦斯抽放效率,降低了煤体的弹性潜能和瓦斯潜能等突出潜能,减少了煤层的突出危险性。     

淹没射流旋转割缝技术在突出煤层掘进中的应用

针对突出煤层中现有防突措施耗时长,不能满足煤巷掘进需要的问题,提出利用淹没射流在煤层中旋转割缝,大幅增加围岩卸压区长度,改变煤体结构（包括孔隙裂隙结构和应力状态）,缩短防突措施时间,从而提高煤巷掘进速度。研究了淹没射流旋转割缝的卸压增透机理;理论推导出影响射流旋转割缝性能的水力参数;计算出适用于煤巷掘进的射流压力和喷嘴直径数值范围;并通过室内试验确定了煤层普氏系数0.8时的喷嘴最优转速。在平煤集团某矿回风巷掘进面现场试验结果表明,淹没射流旋转割缝技术有效影响半径是单一超前钻孔的2.5倍;钻孔数量较之减少70%,月进尺增加83%,显著提高了工效。     

超高压水力割缝增透卸压规律研究与应用

运用FLAC3D软件模拟不同割缝压力和割缝间距条件下,钻孔周围煤体应力分布特征,分析了穿层钻孔水力割缝煤体卸压规律。通过在赵固二矿实施超高压水力割缝增透技术工艺,有效解决了单一低渗坚硬厚煤层瓦斯抽采技术难题,增大了抽采钻孔卸压范围,大幅提高了煤体透气性。