高压水射流环切割缝自卸压机制与应用

为解决深部矿井低透气性煤层瓦斯抽采难题,针对穿层钻孔提出了高压水射流环切割缝煤层自卸压增透技术。通过瓦斯流动理论分析普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动模式,分别建立了普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动微分方程,获得了高压水射流环切割缝自卸压技术改善煤层瓦斯流动机制;采用FLAC3D软件建模分析高压水射流割缝后钻孔周边煤体应力演化规律,基于煤体卸压程度及塑性区分布特征,确定了穿层钻孔合理化割缝参数;通过底板穿层钻孔高压水射流环切割缝技术现场考察,环切割缝后煤层变形量达到0.136%,煤层透气性系数较原始状态提高了42倍,瓦斯抽采纯量相较普通钻孔提高3.44~5.32倍,同等条件下煤层抽采半径提高了1倍以上。理论研究与现场试验均表明,采用高压水射流切割在煤层内部形成环形缝槽,能有效改善钻孔煤体应力状态,增加煤层渗透性,提高瓦斯抽采效率。     

穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术研究与应用

为了解决高瓦斯突出煤层巷道掘进过程中的煤与瓦斯突出问题,开发了将钻机钻进与射流割缝技术有机结合的穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术。采用数值模拟的方法对比分析了钻孔和射流缝槽卸压效果,研究结果表明:割缝卸压比单纯钻孔卸压要优越很多,割缝缝槽破坏了钻孔周围的"瓶颈效应",多个割缝钻孔形成的裂隙相互导通,煤体透气性增大,促进瓦斯释放。工业性试验结果表明本卸压增透技术效果明显,瓦斯抽采流量、煤体扰动体积都有较大幅度增加,提高了瓦斯抽采效率。     

低透气性煤层高压振荡水射流割缝增透机理及效果分析

针对卧龙湖煤矿煤层埋深大、地应力大、渗透率低、钻孔塌孔等问题,提出了一种高瓦斯低渗透性突出煤层的高压振荡水射流割缝技术;分析了煤体割缝后的应力分布状态和卸压效应,并进行了现场试验。结果表明,割缝孔槽在轴向方向上会产生卸压效应并产生裂隙,煤层透气性相应提高;相比普通抽采钻孔,割缝钻孔瓦斯抽采总量、单孔瓦斯抽采量显著提升,消突达标时间缩短30%以上。     

基于水射流割缝煤层区域动态指标研究

基于水射流割缝煤层增透技术,分析了割缝后煤体应力分布状态,计算了割缝钻孔径向应力和切向应力。在理论分析水射流割缝钻孔影响半径的基础上,确定基于水射流割缝钻孔布置的技术工艺。根据现场实测数据,统计分析了动态指标,对水射流割缝后煤层瓦斯抽采增透效果进行了验证。中兴矿现场试验表明:与常规钻孔相比,采用水射流割缝钻孔瓦斯抽采浓度提高3.6倍、流量提高2.7倍、纯流量提高9.7倍;上覆三采西翼回风巷平均风排瓦斯涌出量最大减少0.68 m^3/min,降低26.98%;水射流割缝钻孔段瓦斯含量降低0.48 m^3/t;抽采半径为3.0 m时,水射流割缝钻孔段抽采时间41 d,相比常规钻孔抽采时间缩短43 d。     

底板巷水射流网格式割缝强化增透技术研究及应用

针对杨柳矿抽放巷普通穿层钻孔布置掩护煤巷掘进增透效果差、卸压不充分的问题,提出了水射流网格式割缝强化增透技术,并在杨柳矿1063机巷抽放巷实施现场试验,现场试验表明:高压水射流通过在煤层进行割缝形成卸压空间,促使煤体发生膨胀变形,煤体渗透性得到改善,促进瓦斯的解吸流动,提升瓦斯抽采效果;通过割缝孔网格式布置掩护巷道掘进能够实现强化增透及局部高效消突。     

基于水力割缝的高瓦斯厚煤层快速掘进保障技术研究

针对山西潞安集团余吾煤矿3煤掘进期间瓦斯涌出高,造成巷道掘进速度难以提升的问题,采用高压水射流割缝技术进行快速卸压增透,现场试验发现,割缝孔抽采瓦斯浓度最低达到71. 2%,最高达到93%左右,割缝孔的瓦斯浓度大部分时间高于同组对比的普通钻孔,提高了煤体中瓦斯的抽采效率,为高瓦斯厚煤层巷道的快速掘进提供了技术保障。     

大直径长钻孔定向水力割缝增抽瓦斯技术及应用

针对低透气性煤层瓦斯抽采量少,抽采时间长,煤层整体卸压增透效果差等问题,提出了大直径长钻孔定向水力割缝增透技术。以吉宁煤矿2107胶带运输巷为研究背景,分析了水力割缝增透机理,采用大直径长钻孔技术实现钻孔间煤体定向水力压穿,形成贯穿裂隙并通过高压水携带出大量煤屑,实现煤层卸压和增加煤层透气性。研究结果表明:采用水力割缝后平均抽采流量是普通钻孔的5.5倍,割缝孔平均瓦斯抽采纯量是普通孔平均瓦斯抽采纯量的8.06倍,平均浓度提高33.92%,水力割缝有效增加了煤层透气性,提高了瓦斯抽采率。     

高压水射流割缝及其对煤体透气性的影响

基于高压水射流割缝卸压增透技术,对割缝后瓦斯抽采和煤体透气性的变化进行了研究;分析了地应力和瓦斯压力对煤体透气性的影响;根据现场实际割缝工艺建立模型,采用FLAC软件模拟计算了割缝煤体卸压影响范围的变化特性;采用相似物理模拟实验的方法建立相似模型,测定煤体在割缝卸压变化过程中透气性的变化规律;并进行了现场试验验证与应用。研究表明：高压水射流割缝后煤体周围会产生卸压,煤体透气性随割缝卸压影响而增大;现场试验结果显示,割缝后煤体透气性增大至原来的113倍,抽采有效影响半径扩大1倍。     

双动力钻割卸压增透技术在杉木树矿的应用

为解决杉木树矿瓦斯抽采钻孔影响半径小、施工量大以及工作面瓦斯超限和突出时有发生的问题,提出了双动力钻割卸压增透技术,设计了双动力钻头,分析了双动力钻头中喷嘴及高压射流的特点和作用,在N2492风巷碛头实施了双动力钻割卸压增透技术,并进行了效果考察.结果表明,相对于普通抽采孔,割缝孔的抽采流量提高了1.86倍,割缝孔对煤体起到了很好的卸压增透作用,实施双动力钻割后,掘进工作面瓦斯超限问题基本解决.     

瓦斯抽采钻孔“钻-割-封”技术研究及应用

为提高煤层透气性、改善抽采钻孔封孔质量,强化瓦斯抽采效果,消除煤层突出危险性,依据高压水射流破煤机理,提出"钻-割-封"技术,即对瓦斯抽采钻孔及封孔段周边煤体切割径向环形缝槽,然后注浆封孔。通过现场试验,验证采用"钻-割-封"技术钻孔的瓦斯抽采效果。现场试验结果表明:采用"钻-割-封"技术的抽采钻孔瓦斯浓度提高20%～30%,瓦斯抽采纯量相较于常规钻孔提高约1倍,实现煤层的卸压增透,提高了钻孔密封性。     

高压水射流割缝提高瓦斯抽放效率的研究

为了提高坚硬煤层的瓦斯抽放效率,利用高压水射流对瓦斯抽放钻孔进行割缝.采用计算机模拟优化影响高压水射流切割质量的各种参数,研究了高压水射流割缝提高瓦斯抽放效率的作用机理,并进行了井下高压水射流割缝工业性试验.试验结果表明:高压水射流割缝改变了煤体的原始应力和裂隙状况,改善了煤层中的瓦斯流动状态,瓦斯抽放量提高了5～6倍,瓦斯抽放速率提高了6～8倍,从而提高了煤层瓦斯抽放效率.     

高压水射流技术在低透气性松软煤层瓦斯抽放中的实验研究

针对低透气性松软煤层中瓦斯抽放效率低的问题,采用高压水射流技术在煤层中进行了增加煤层透气性的实验。实验采用在钻场瓦斯抽放钻孔中进行高压水射流割缝的措施,把煤体割缝破碎后,进行封孔抽放。实验结果表明这个措施能有效提高瓦斯抽放效率,提高煤层的透气性,使抽放后煤体残存瓦斯量降得更低,也减少了瓦斯灾害事故的发生概率     

非淹没高压旋转水射流喷嘴割缝参数试验研究

利用高压水力系统在实验室对不同设计参数的高压水射流喷嘴进行了切割不同硬度试样的试验,找出了喷嘴参数与割缝宽度和深度的关系,优化了割缝喷嘴的设计和加工参数,为高压旋转水射流割缝喷嘴的设计和加工以及割缝技术在煤矿瓦斯抽采领域的应用提供了实验依据。     

含夹矸煤层综采工作面高效回采实践

为提高夹矸煤层综采工作面采出率,采用适应夹矸变化的割煤方式,依据不同夹矸层参数选择合理的作业方式,实现了夹矸煤层综采工作面的高效回采。实践表明:利用顶板来压和底鼓作用,滚筒可直接切割煤层顶底夹矸;对于煤层中部夹矸,当普氏系数f≤4.5,厚度小于0.2 m时,可利用滚筒割落;厚度为0.2~0.5 m时,采用单排眼布置放松动炮处理夹矸,厚度为0.5~0.7 m时,采用双排眼布置放松动炮处理夹矸,1次震动炮满足2个割煤循环,实现了夹矸处理与割煤。     

旋转水射流割缝提高穿层钻孔抽采效果的试验研究

从旋转射流的理论基础和煤岩失效2个方面对旋转射流割缝的机理进行了研究。通过扩大穿层钻孔直径,增加了煤层暴露面积和卸压范围,提高穿层钻孔的抽放效果。结果证明,旋转水射流割缝技术技术可行,抽采效果显著,是提高穿层钻孔抽采效果的有效途径之一。     

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。     

石门揭煤钻孔布置优化分析及应用

为优化突出煤层石门揭煤钻孔布置,在理论分析射流割缝影响半径的基础上,提出基于高压脉冲水射流割缝技术的钻孔布置的新工艺。在理论分析圆形紊动射流结构的基础上,研究了射流冲击破碎煤体时射流速度分布,基于动量守恒定律得出射流作用于煤体的应力分布。并选取重庆某煤矿K1煤层煤体制作原煤煤样进行孔隙率测试和单轴压缩实验,得出煤体的初始损伤和煤体力学参数,基于损伤力学对煤体发生损伤破坏的门槛值进行了计算,得出射流冲击煤体的最大深度和钻孔切缝后影响半径,并应用于重庆某煤矿+175N2号石门揭煤工程。应用结果:钻孔数量减少32个,减少钻尺718.4 m,钻进工程量减少35.7%。     

水力掏槽防突措施的机理研究

工业试验证实水力掏槽防突措施能有效地保证掘进中的施工安全,掏槽后快速消除突出危险,提高突出地段煤巷掘进速度。对水力掏槽措施中的高压水射流、地应力、瓦斯内力等参数进行了分析研究,研究了水力掏槽防突的机理。     

水力冲孔喷头结构参数设计及试验研究

 水力冲孔喷头结构和参数的设计直接影响到试验的效果。本文通过水射流理论、喷嘴出口水射流压力的计算、扰动理论以及喷嘴出水孔角度的优化计算对喷头进行初选、再选及终选,使得喷头满足最小破煤压力、最大冲出煤量及顺利排渣的要求,研究出一套水力冲孔喷头结构及参数设计的理论体系。结合北辰煤矿81煤大量水力冲孔对比试验,得出适合本煤层的喷头型号为3?2mm+1?1.5mm,合理布置了喷头各喷嘴位置,最终总结出北辰煤矿81煤水力冲孔喷头选型表,指导水力冲孔过程中喷头的选择,达到最佳冲孔效果,煤层得到卸压、增透并消除了突出危险性,保障煤矿的安全生产。     

径向射流水力压裂技术在高瓦斯矿井立井揭煤中的应用

赵庄矿南苏进风立井设计深度784.5m。井筒施工至724.17m深处时,停止掘进,应用径向射流水力压裂技术,对下部的3号煤层(高瓦斯煤层)进行揭煤作业。水力压裂后,仅预抽35d,便使煤层具备揭煤条件。实践表明,该项技术对煤层增透、应力释放、消突可起到很好的作用,与传统揭煤方法相比,能安全快速地使煤层具备揭煤条件。