畢成業(yè)

摘要：紅陽二礦南翼三采區(qū)12煤有突出危險，針對12煤層透氣性系數(shù)低，鉆孔瓦斯流量衰減快，瓦斯抽放效果不理想的現(xiàn)狀，在南三-780底板巷采用超聲波增透技術。通過向12煤層中施工鉆孔，將換能器送入煤層段，換能器將電信號轉換成超聲機械振動。使煤層受到震動，產(chǎn)生微裂縫提高煤層透氣性。

關鍵詞：突出煤層;超聲波增透;煤層透氣性

一、超聲波增透原理及目的

高能超聲波煤層處理機理是利用大功率超聲波發(fā)射機將電功率轉化成為高頻電信號，通過超聲波傳輸電纜，將電信號傳輸?shù)矫簩酉鄳恢玫膿Q能器上轉換成大功率超聲波，大功率超聲波在煤層中（含水）主要起到三方面的作用，震動作用、空化作用和熱作用，局部形成高溫、高壓，促進氧化-還原反應，高分子物質解聚，使膠質的瀝青質分子、蠟分子產(chǎn)生斷裂等化學效應，通過解除孔隙堵塞、產(chǎn)生微裂縫提高煤層透氣性，從而增加煤層瓦斯抽采量，降低煤層中瓦斯含量。

利用超聲波振動疏通煤層原有裂縫，并產(chǎn)生新微裂縫，增加煤巖滲透率，以便更大限度地抽采煤層中賦存的瓦斯，降低煤層中瓦斯含量，利于今后的安全開采。

二、超聲波增透試驗地點簡介

本次超聲波增透試驗地點為南三-780底板巷，該底板巷已施工穿層預抽鉆孔1935個，鉆孔布孔方式5m×5m，預抽時間已達10年以上，現(xiàn)單孔瓦斯抽采濃度0～5%，主管路平均瓦斯抽采濃度1%，平均瓦斯抽采純量0.05m3/min。2018年5月礦井對該預抽區(qū)域進行了區(qū)域防突措施效果檢驗，共布置24個效果檢驗測定鉆孔，實測煤層殘余瓦斯含量2.06～11.25m3/t，煤層殘余瓦斯壓力0.4～1MPa，個別測點仍存在超標現(xiàn)象，尚未完全實現(xiàn)區(qū)域性消突。因此必須采取小范圍、小能量、小壓力二次增透或多次增透的方式進一步提高抽采效果，實現(xiàn)抽采達標。所以選擇引進超聲波增透技術。

三、超聲波增透方案與設計

超聲波增透鉆孔在-780底板巷第12組與第4號鉆場穿層鉆孔之間施工，鉆孔要求穿過12煤層進入頂板0.5m，鉆孔直徑φ153mm，超聲波增透鉆孔平、剖面布置圖如圖1、2所示。

利用鉆機將超聲波增透設備（換能器、電纜）通過鉆桿逐根連接送至預增透段（12煤層），煤層平均厚度為4米左右，鉆孔穿煤段斜長為7米。采用后退方式，每1米對煤層進行超聲波增透1小時。

由于超聲波增透期間需要水為介質傳播超聲波，增透鉆孔內事先下Φ16mm水繩，超聲波增透期間連接靜壓水管持續(xù)向孔內供水，并保持孔內水壓不低于 1MPa?？卓谟忙?08mm鐵管封孔?？卓谕鈧圈?08mm鐵管內用橡膠圈等材料封堵嚴密，防止漏水。超聲波增透設備連接圖如圖3所示。

四、超聲波增透過程

2019年8月3日乙班，超聲波增透相關人員到達作業(yè)地點后，施工人員用鉆機配合將換能器及電纜送入孔內預定位置、連接電纜及其他設備，測量超聲波增透鉆孔兩側10m范圍內抽采孔的單孔瓦斯抽采濃度和主管路瓦斯抽采參數(shù)。準備工作結束后，于13：19開始啟動設備運轉進行超聲波振動增透，每增透1小時后停止設備運轉，打鉆人員操作鉆機退鉆1米再次進行增透。共計進行4次超聲波增透，于18：00完成增透作業(yè)。超聲波增透期間，-780底板巷主抽放管路停止抽放，設備及現(xiàn)場一切正常。

五、超聲波增透試驗效果考察

為了考察分析超聲波增透效果，在增透前后，對-780底板巷主管路抽放參數(shù)及超聲波增透鉆孔兩側抽采孔單孔瓦斯抽采濃度進行了測量。

六、結論

1.超聲波增透結束后，立即測量增透試驗鉆孔兩側20米范圍內抽采孔的單孔瓦斯抽采濃度。通過測量結果可以確定超聲波增透技術對煤層有增透效果。本次超聲波設備和技術參數(shù)的選擇增透影響范圍在15米左右（效果最佳范圍在6.5米以內）。

2.根據(jù)超聲波增透前后瓦斯抽采參數(shù)測量結果顯示，主管路瓦斯抽采濃度由增透前1%提高至7.2%，提高7倍;主管路瓦斯抽采純量由增透前0.06m3/min提高至0.56m3/min，提高9倍;單孔瓦斯抽采濃度由增透前0～8%，平均0.7%，提高至0.1～36%，平均9.6%，平均提高約14倍。

3.通過增透前后瓦斯抽采效果看，鉆孔瓦斯抽采濃度及流量衰減很快，增透12小時后基本恢復到未增透前狀態(tài)，還需對超聲波設備和技術參數(shù)進行調整和優(yōu)化。

參考文獻：

[1]曹垚林.水力化技術防治煤與瓦斯突出研究現(xiàn)狀及展望[J].煤礦安全，2020，51（10）：7.

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