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水力冲孔卸压增透技术的研究与应用

任培良

   水力冲孔防突措施是在进行石门揭煤或采掘工作之前,使用高压水射流,在突出危险煤层中,冲出若干直径较大的孔洞,冲孔过程中排出了大量瓦斯和一定数量的煤炭,在煤体中形成一定的卸压、排放瓦斯区域,在这个区域内可预防突出的发生。水力冲孔的过程是高压射流破碎煤体、释放大量瓦斯、改变煤体应力状态的过程。煤体的破坏首先是高能量的高压射流破碎煤体,形成直径较小的孔,然后在煤体瓦斯压力梯度和射流残余能量反射的作用下破碎孔周围的煤体,使孔洞进一步扩大。为了考察水力冲孔防突措施卸压增透的效果,并确定有效影响半径。本文通过理论计算把实际冲孔的多喷嘴转化成当量直径喷嘴,再结合管路的压力损失计算,得出喷嘴出口处的射流压力,把理论计算的水射流打击力与煤的抗压强度进行对比分析,得出破煤的理论打击力。并且通过在淮南煤业集团潘一矿、潘二矿、潘三矿和谢桥矿等几个矿现场考察试验了水力冲孔防突措施,通过改变冲孔水压、钻孔角度并结合RFPA数值模拟软件对不同垂压、不同孔径、不同水压和对潘一矿水力冲孔的模拟以及现场考察测定冲孔前后瓦斯压力、钻孔瓦斯流量、巷道瓦斯涌出量以及钻屑瓦斯解吸指标和结合钻孔瓦斯抽放得出:①水压与冲出煤量并不成正比,但必须大于破煤临界压力,达到破煤有效压力,试验结果表明,淮南矿区破煤临界压力为10f左右,破煤有效压力为12f~20f;②破煤压力与出煤速度正相关,但是也不能为了提高破煤速度而过多的增加水压,应使水力冲孔破煤压力在达到破煤有效压力的基础上,不宜增加太大,不然容身憋孔,埋钻,并使射流的有效射程减小而影响总出煤量的增大;③冲孔时间与出煤量正相关,要保证水力冲孔时间;④正角度钻孔水力冲孔效果要优于负角度钻孔。通过对淮南几个矿区的大量水力冲孔试验,总结出了水力冲孔各技术参数之间的关系,这些技术参数之间关系的建立,不仅把零散的水力冲孔试验系统化,而且把其整理之后通过这些零散的数据找出隐在其后的规律,使之理论化,这不但能优化水力冲孔的技术参数并且可以为水力冲孔方案设计提供技术支撑。……   
[关键词]:煤层;瓦斯;水力冲孔;水射流;防突机理
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:河南理工大学2009年