底板穿层水力冲孔防喷孔研究.docx

底板穿层水力冲孔防喷孔研究摘要：煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象受各种地质因素和地应力、瓦斯等因素影响。为了有效的防治煤与瓦斯突出事故我国突出矿井应用了预抽瓦斯、超前排放钻孔、高压注水、深孔控制卸压爆破、松动爆破、水力冲孔等防突措施其中以穿层钻孔配合水力冲孔运用最为普遍在煤体卸压、透气性增强、地应力降低等方面取得了良好的效果。但在水力冲孔过程中煤与瓦斯喷出的现象频发。关键词：穿层钻孔；水力冲孔；煤与瓦斯突出；防喷孔分类号：TD713.34瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的自然因素之一每年因瓦斯造成的人员伤亡和财产损失都十分巨大。近年来随着开采深度的增加瓦斯含量和瓦斯压力都随之增大。瓦斯危害呈现严重态势主要表现为煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、瓦斯燃烧和瓦斯窒息等其中最为严重的是煤与瓦斯突出的危害性。煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象受各种地质因素和地应力、瓦斯等因素影响。为了有效的防治煤与瓦斯突出事故我国突出矿井应用了预抽瓦斯、超前排放钻孔、高压注水、深孔控制卸压爆破、松动爆破、水力冲孔等防突措施其中以穿层钻孔配合水力冲孔运用最为普遍在煤体卸压、透气性增强、地应力降低等方面取得了良好的效果。但在水力冲孔过程中煤与瓦斯喷出的现象频发。1.水力冲孔原理水力冲孔的基本原理是：在钻孔内运用高压水射流对钻孔周围的煤体进行冲孔利用水流将冲下来的煤体带出孔外。在钻孔内部形成可控的空间使煤体卸压、增透使煤层中的瓦斯得到充分释放从而达到提高冲孔钻孔及邻近抽采钻孔的瓦斯流量及浓度的目的。2.煤或瓦斯喷出利弊并存钻割过程中钻头、钻杆对煤体的机械扰动作用以及高压水流持续冲击煤体打破原始地层中准平衡状态使其由约束状态转变成表面状态、流变准平衡状态转变成变形速度较大的流变状态大量煤或瓦斯由钻孔内喷出而形成缝槽、孔洞其周围煤体从三向应力状态转变为二向应力状态释放径向应力原本处于压缩状态的破裂区煤体在集中应力作用下向喷孔孔洞空间流变、膨胀、变形。膨胀变形使得煤体内部本来因受压而处于闭合状态的原生孔隙、裂隙因应力状态的解除或应力的降低而重新开启缝槽最终形成一个大的裂隙网这些孔隙裂隙网络构成了卸压瓦斯流动的通道。2.1主要危害（1）喷出瓦斯会导致打钻作业地点及巷道瓦斯浓度局部超限；（2）喷出煤体较多时可能会掩埋钻机等现场作业设备堵塞施工巷道影响现场作业环境；（3）喷出会造成卡钻、夹钻、塌孔等现象严重影响水力冲孔作业的进度；（4）在煤层及环境条件均满足的情况下喷出严重的话会诱发煤与瓦斯突出灾害。3.喷孔机理钻进和割缝过程中钻孔内部发生了煤与瓦斯突出突出的煤体及瓦斯、高压水在水压和急速膨胀的瓦斯气体压力共同作用下高速冲出孔口即通常所说的钻孔喷孔现象；钻孔与钻杆间的空间相对狭小大体积的煤体及高压水向外排出时易发生堵塞钻孔现象但随着钻杆的前进、转动以及孔内水压、瓦斯压力的增加则会在瞬间破坏堵塞的煤、气、水混合体之后高压力水带着煤和瓦斯冲出孔口。发生孔内突出向外排煤与瓦斯的过程中又发生了堵孔现象而后冲出。4.影响因素4.1煤层厚度：煤层的主要特征是煤层的厚度卸压区的范围随着煤层厚度的增加而大幅度增加但增加幅度越来越小。在相同的钻孔孔径下煤层厚度越大卸压区和塑性区的范围越大越易发生煤或瓦斯喷出诱导钻孔喷出来增加煤体透气性在具有突出危险的松软厚煤层中更容易获得较好效果。4.2钻孔孔径：一般认为钻孔孔径越大越易发生喷出。不同孔径下煤层孔洞的影响范围随着钻孔等效半径的增加而增加卸压区半径和塑性区半径也相应增加但是增加的幅度逐渐减缓孔壁周围煤体的位移也与孔径成正比关系。但是根据现场经验钻孔孔径与喷出发生可能性的关系不太显著但与喷出强度成较强的正比例关系。4.3.施工方法：钻孔施工方法是指钻孔钻进和钻屑排出的方法主要有风排粉的干式钻孔方法和水排粉的湿式钻进方法现场施工情况表明：干式钻进法具有成孔效率高、塌孔、煤或瓦斯喷出少的特点；而湿式钻进法中在高压水射流的作用下大量的煤体及瓦斯瞬间喷出水、煤粉、瓦斯三相流容易造成堵孔煤或瓦斯喷出易发。5.煤与瓦斯喷出的防治先抽后冲方式穿层钻孔预抽一段时间之后瓦斯压力降低继续施工钻孔喷孔强度降低然后在普通钻孔中间布置冲孔钻孔每4-5m一组每组布置3个冲孔孔冲孔间距1.5m对巷道的上帮、巷道施工区域、下帮进行冲孔在现在进行的冲孔钻孔施工期间钻进顺利、排渣顺畅。有效降低喷出对现场施工的影响。图：隔断递进掩护式示意图隔断递进掩护式每组12孔每组6m间距所有钻孔中1#、2#、11#、12#