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        深埋藏高應(yīng)力順層水力沖孔煤體卸壓規(guī)律及應(yīng)用

        2022-11-09 04:46:38張建國(guó)翟成
        工礦自動(dòng)化 2022年10期
        關(guān)鍵詞:方向變形

        張建國(guó),翟成

        (1.中國(guó)平煤神馬能源化工集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南 平頂山 467000;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 安全工程學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

        0 引言

        我國(guó)煤礦已進(jìn)入深部開(kāi)采階段,煤層開(kāi)采普遍面臨瓦斯含量大、應(yīng)力高問(wèn)題[1-3],且深部煤層滲透率普遍較低[4-5],導(dǎo)致瓦斯抽采困難,煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性高。煤體卸壓是提高瓦斯抽采效果的重要因素。普通瓦斯抽采鉆孔有效影響半徑小,瓦斯抽采效率低,打鉆工作量大[6-7]。為提高煤體卸壓效果,改善煤層滲透性能,低溫流體沖擊、微波、聲波、靜態(tài)破碎劑、高壓電脈沖等[8-13]煤層致裂方法不斷提出,二氧化碳驅(qū)替[14-15]也為煤層瓦斯治理提供了新思路。然而,受裝備技術(shù)水平、施工作業(yè)條件等因素影響,上述方法多處在基礎(chǔ)研究階段,在實(shí)際工程中尚無(wú)廣泛應(yīng)用。

        相比之下,以水力壓裂、水力沖孔、水力割縫為主的水力化方法技術(shù)成熟、裝備完善,是目前煤礦應(yīng)用最廣泛的煤層致裂增透方法[16]。水力化方法在不斷總結(jié)中得到創(chuàng)新和發(fā)展:Xu Jizhao 等[17]在水力壓裂的基礎(chǔ)上,研究了脈動(dòng)水壓在煤體中的傳播規(guī)律,發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)水壓在裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力疊加,可顯著降低煤體的起裂壓力;Zhang Rong 等[18]分析了煤層瓦斯流動(dòng)特征,利用COMSOL Multi-Physics 數(shù)值模擬軟件優(yōu)化了水力沖孔的鉆孔布置形式;劉明舉等[19]利用底板巖巷穿層鉆孔技術(shù)對(duì)上部煤層進(jìn)行水力沖孔,使得新安煤礦的煤層滲透率和瓦斯抽采量提高了10 倍以上。

        工作面順層水力沖孔煤層增透技術(shù)是由工作面煤巷向煤層內(nèi)打順層鉆孔,如圖1 所示。鉆孔長(zhǎng)度一般達(dá)幾十米至上百米。每個(gè)鉆孔間隔一段距離進(jìn)行一次沖孔作業(yè),在煤層內(nèi)形成孔洞,沖孔孔洞周?chē)后w在應(yīng)力作用下發(fā)生形變,應(yīng)力降低,從而促進(jìn)煤層瓦斯抽采。本文以河南平寶煤業(yè)有限公司首山一礦12090 工作面瓦斯治理為例,介紹順層水力沖孔技術(shù),分析水力沖孔后沖孔區(qū)域煤體變形和卸壓規(guī)律,討論深埋藏高應(yīng)力環(huán)境下實(shí)際工程中遇到的問(wèn)題及處理方法,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析水力沖孔的瓦斯治理效果。

        圖1 工作面順層水力沖孔施工Fig.1 Bedding hydraulic flushing construction in working face

        1 工作面概況

        首山一礦12090 工作面走向長(zhǎng)1 754 m,采煤工作面斜長(zhǎng)236 m,平均煤厚5.3 m,可采儲(chǔ)量為290 萬(wàn)t。采煤工作面標(biāo)高為-704.5~-759.2 m,煤層埋深為845~974 m。煤層傾角為3~12°,平均為7°。煤層結(jié)構(gòu)單一,厚度較穩(wěn)定,煤體呈黑色粉末狀,較為松軟、破碎,具條帶狀結(jié)構(gòu),堅(jiān)固性系數(shù)為0.12~0.35。基本頂為細(xì)粒砂巖,厚度為9.6~18.6 m,灰色,塊狀結(jié)構(gòu),以石英為主?;镜诪槭考o(jì)灰?guī)r上段,厚度為17.8 m,深灰色,塊狀、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。煤層瓦斯壓力超過(guò)0.7 MPa,瓦斯含量為6.7 m3/t 以上,煤層透氣性系數(shù)為0.076 m2·MPa-2·d-1。煤層透氣性低,煤質(zhì)較軟,受煤體賦存結(jié)構(gòu)影響,瓦斯涌出異常,屬于高應(yīng)力低透氣性松軟突出煤層,瓦斯問(wèn)題嚴(yán)重制約了安全生產(chǎn)。

        為解決瓦斯問(wèn)題,在12090 工作面中間布置中煤巷并施工水力沖孔鉆孔,以提高煤層瓦斯抽采效果。沖孔設(shè)計(jì)如圖2 所示。由中煤巷自切眼向外30 m 至終采線位置范圍內(nèi)分別在上下幫垂直煤壁向采煤工作面施工順層鉆孔,鉆孔平行于煤層頂板,鉆孔間距為4 m,孔深90 m。順層鉆孔施工完畢后開(kāi)始后退式?jīng)_孔,每個(gè)鉆孔間隔7~8 m 進(jìn)行一次沖孔,形成沖孔孔洞。沖孔作業(yè)在后退至距巷幫30 m時(shí)停止,以減小對(duì)巷幫的應(yīng)力擾動(dòng),避免應(yīng)力集中影響。打鉆采用ZDY7300LXY 型礦用履帶式液壓鉆機(jī),配套清水泵站和履帶式煤水分離器。打鉆設(shè)計(jì)采用直徑94 mm 鉆桿,實(shí)際鉆孔施工位置控制在采煤工作面前方約100 m 處,以減小對(duì)采煤工作面的影響。

        圖2 12090 工作面沖孔設(shè)計(jì)Fig.2 Hydraulic flushing design in 12090 working face

        2 工作面順層水力沖孔數(shù)值分析

        2.1 數(shù)值模型建立

        根據(jù)首山一礦12090 工作面實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化,利用FLAC3D建立如圖3 所示的數(shù)值模型。模型在工作面走向(X方向)、傾向(Y方向)、豎直方向(Z方向)上的長(zhǎng)度分別為300,210,50 m,煤巷寬5 m,煤層厚5 m,頂?shù)装搴穸确謩e為25,20 m。根據(jù)12090 工作面應(yīng)力分布,模型頂面施加22.5 MPa 的垂直應(yīng)力,底面固定約束;模型X方向水平應(yīng)力為18 MPa,Y方向水平應(yīng)力為27 MPa,模型四周為滑動(dòng)邊界。根據(jù)水力沖孔設(shè)計(jì)方案,模型中建立相應(yīng)的沖孔區(qū)域。水力沖孔鉆孔間距為4 m,共布置12 組水力沖孔鉆孔,鉆孔位于煤層高度的中心位置。煤體的力學(xué)性質(zhì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得,頂?shù)装鍘r性根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行簡(jiǎn)化。模型物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

        圖3 12090 工作面順層水力沖孔數(shù)值模型Fig.3 Numerical model of bedding hydraulic flushing in 12090 working face

        表1 數(shù)值模型物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Mechanical mechanics parameters of numerical model

        數(shù)值模擬過(guò)程分為3 階段。第一階段為模型初始化:建立好模型后賦值并計(jì)算至平衡狀態(tài),觀察模型建立及參數(shù)設(shè)置是否正確。第二階段為巷道開(kāi)挖:依次開(kāi)挖煤巷和切眼,并將模型計(jì)算至平衡狀態(tài)。第三階段為水力沖孔:將模型中預(yù)先定義的沖孔部分刪除并計(jì)算至平衡狀態(tài)。水力沖孔階段簡(jiǎn)化為將沖孔區(qū)域的單元直接刪除,未考慮時(shí)間因素。

        2.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

        2.2.1 沖孔區(qū)域煤體變形

        水力沖孔區(qū)域煤體在水平方向上的位移云圖如圖4 所示??煽闯鰶_孔后煤體均朝向沖孔孔洞變形,且呈對(duì)稱(chēng)分布。孔洞X方向兩側(cè)煤體均朝向孔洞中心變形,2 個(gè)相鄰孔洞之間變形小,說(shuō)明2 個(gè)孔洞之間存在一個(gè)小變形區(qū)。煤體在Y方向的變形與X方向相似,如圖4(b)中虛線框所示,孔洞兩側(cè)煤體Y方向位移相互連通,形成煤體的整體變形,有利于煤體裂隙擴(kuò)展和貫通。由于Y方向應(yīng)力較高,所以孔洞周?chē)后w在Y方向的位移較大。由此可知,應(yīng)力高的方向上煤體變形范圍和位移大,且Y方向的變形盲區(qū)恰好為X方向的主要變形區(qū),因此除相鄰孔洞的正中間位置外,孔洞周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的煤體均能發(fā)生有效變形。

        圖4 沖孔區(qū)域煤體水平方向位移云圖Fig.4 Horizontal coal displacements nephogram in flushing area

        為了分析整個(gè)沖孔區(qū)域的變形情況,同時(shí)考慮沖孔孔洞周?chē)后w變形呈對(duì)稱(chēng)分布的情況,位移提取線選擇一條斜線。以Y方向上的變形為例,位移提取線如圖4(b)中黑色實(shí)線所示。提取線的起點(diǎn)為第1 排鉆孔2 個(gè)孔洞的中心位置,終點(diǎn)為最后一排孔洞的邊緣,因此提取線能反映Y方向3 m、X方向44 m 范圍的煤體變形情況。X方向位移用相同的提取方法,能反映X方向1.5 m、Y方向56 m 范圍內(nèi)的煤體變形情況。

        沖孔孔洞周?chē)后wX方向位移如圖5(a)所示。提取線上的位移呈波動(dòng)狀,位移每經(jīng)過(guò)一次降低后,峰值增大,但最后一個(gè)波峰不是最大值,原因是此處距離煤巷過(guò)近(13 m),煤體變形受到巷道開(kāi)挖引起的應(yīng)力集中影響。這說(shuō)明沖孔不宜施工在距離巷幫較近的位置,否則容易擾動(dòng)煤體,且不利于孔洞周?chē)后w變形,限制瓦斯抽采效果。波峰表示靠近沖孔孔洞位置的煤體位移,波谷表示普通鉆孔兩側(cè)的煤體位移。波谷變化很小,說(shuō)明普通鉆孔段的煤體在X方向的變形有限,即使在提取線越來(lái)越臨近鉆孔的過(guò)程中,位移變化也不明顯。從波峰變化可看出,沖孔孔洞周?chē)拿后w變形非常明顯,且隨提取線長(zhǎng)度增加呈非線性增大趨勢(shì)。這說(shuō)明沖孔孔洞周?chē)后w變形更加充分,能有效促進(jìn)煤體的裂隙發(fā)育。沖孔孔洞周?chē)后wY方向位移如圖5(b)所示??煽闯鎏崛【€上前15 m 的位移近似呈線性緩慢增大,說(shuō)明普通鉆孔兩側(cè)煤體受沖孔影響較小。

        圖5 煤體水平方向位移Fig.5 Horizontal coal displacements

        圖5 給出了沖孔孔洞周?chē)后wX,Y方向位移DX,DY與距孔洞距離l的擬合關(guān)系(R2為擬合度)??煽闯雒后w在X,Y方向的位移均呈指數(shù)規(guī)律,且Y方向位移大于X方向。

        2.2.2 沖孔區(qū)域煤體應(yīng)力分布

        沖孔區(qū)域煤體水平方向應(yīng)力分布如圖6 所示。從圖6(a)可看出,沖孔對(duì)X方向應(yīng)力產(chǎn)生了明顯影響,孔洞兩側(cè)應(yīng)力降低,且應(yīng)力降低區(qū)域相互連通,形成了沖孔區(qū)域X方向上的卸壓條帶。應(yīng)力降低區(qū)域的煤體易變形,瓦斯易釋放,因此卸壓條帶內(nèi)的煤層瓦斯更容易抽采。在鉆孔46,54 m 處,沖孔孔洞周?chē)后w卸壓范圍更大,形成的卸壓條帶范圍也更大;30,70 m 處沖孔孔洞周?chē)后w卸壓范圍相似;78,86 m 處卸壓范圍最小,卸壓區(qū)域沒(méi)有相互連通形成卸壓條帶,原因是受到巷道開(kāi)挖引起的應(yīng)力轉(zhuǎn)移影響。普通鉆孔兩側(cè)的應(yīng)力降低范圍十分有限。鉆孔周?chē)鶻方向卸壓區(qū)域分布形態(tài)與位移分布類(lèi)似,以沖孔孔洞為中心呈放倒的“8”形,并互相連接。

        圖6 煤體水平方向應(yīng)力分布Fig.6 Horizontal coal stress distribution

        Y方向上的煤體應(yīng)力分布與X方向存在明顯差異。受鉆孔影響,沖孔孔洞周?chē)鶼方向上的煤體卸壓區(qū)域呈“X”狀,如圖6(b)所示。較為明顯的卸壓區(qū)域分布在孔洞Y方向兩側(cè),在2 個(gè)相鄰孔洞之間產(chǎn)生應(yīng)力升高。與X方向上的卸壓條帶不同,Y方向應(yīng)力卸壓區(qū)域相互貫通,形成了更大范圍的網(wǎng)狀卸壓區(qū)。即使是在普通鉆孔段,兩側(cè)煤體在Y方向上的應(yīng)力也有效降低。86 m 處孔洞周?chē)后wY方向上的卸壓范圍較小,原因是受到巷道開(kāi)挖引起的應(yīng)力集中影響。應(yīng)力升高區(qū)域與圖4(b)中小變形區(qū)相對(duì)應(yīng)。

        綜合X,Y方向上的煤體變形和應(yīng)力分布可看出,沖孔孔洞在Y方向上產(chǎn)生的小變形區(qū)和應(yīng)力升高區(qū)恰好是X方向上的主要變形區(qū)和應(yīng)力降低區(qū),因此沖孔孔洞可起到釋放煤層應(yīng)力、促進(jìn)煤體變形的作用,從而促進(jìn)瓦斯運(yùn)移與抽采。

        2.2.3 鉆孔間距對(duì)煤體卸壓的影響

        為了探究鉆孔間距對(duì)卸壓效果的影響,建立鉆孔間距為8 m 的數(shù)值模型。鉆孔間距為4,8 m 時(shí)煤體變形對(duì)比如圖7 所示??煽闯鲢@孔間距為4 m時(shí),相同沖孔條件下沖孔區(qū)域內(nèi)煤體變形明顯。沖孔孔洞覆蓋范圍內(nèi)的變形區(qū)域相互連通,形成煤層的整體變形。而鉆孔間距增至8 m 時(shí),因沖孔孔洞影響范圍有限,孔洞周?chē)后w變形沒(méi)有連通,孔洞之間還存在大范圍的未受影響區(qū)。因此,鉆孔間距為4 m 時(shí)沖孔后的煤體變形效果更好。

        圖7 鉆孔間距為4,8 m 時(shí)煤體變形對(duì)比Fig.7 Coal deformation comparison under the borehole spacing of 4 m and 8 m separately

        鉆孔間距為8 m 時(shí)X方向的煤體應(yīng)力分布如圖8 所示。與圖6(a)相比,鉆孔間距由4 m 增大至8 m 時(shí),X方向煤體應(yīng)力降低區(qū)域只在沖孔孔洞附近,各孔洞之間未形成連通的卸壓條帶,說(shuō)明鉆孔間距為8 m 時(shí)煤體卸壓效果受限,不利于煤層瓦斯抽采。

        圖8 鉆孔間距為8 m 時(shí)煤體X 方向應(yīng)力分布Fig.8 Coal stress distribution at X direction under the borehole spacing of 8 m

        3 順層水力沖孔現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        數(shù)值模擬結(jié)果表明設(shè)計(jì)的水力沖孔方案可有效促進(jìn)煤體變形和卸壓,利于煤層瓦斯抽采。實(shí)際沖孔鉆孔施工以設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ),以數(shù)值模擬結(jié)果為補(bǔ)充,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

        3.1 施工參數(shù)優(yōu)化

        3.1.1 鉆孔直徑

        根據(jù)煤層傾角,中煤巷上幫和下幫的鉆孔角度分別控制在5~6°和-5~-4°。前期作業(yè)采用直徑94 mm 鉆桿,進(jìn)入煤幫30~50 m 時(shí)易發(fā)生夾鉆、頂鉆、噴孔等現(xiàn)象,影響施工進(jìn)度。后改用直徑113 mm鉆桿。不同直徑的鉆桿在煤巷上幫施工的孔深對(duì)比如圖9 所示??煽闯鲋睆?13 mm 鉆桿施工的孔深明顯大于直徑94 mm 鉆桿,以鉆孔角度5~6°施工時(shí),孔深基本能達(dá)到70 m 以上。

        圖9 不同直徑鉆桿對(duì)應(yīng)的上幫孔深Fig.9 Borehole depth of upper side under different drill pipe diameters

        3.1.2 鉆孔間距

        為確定合適的鉆孔間距,需研究沖孔孔洞的等效半徑和影響半徑。沖孔等效半徑一般通過(guò)沖孔出煤量估計(jì)。記錄上下兩幫連續(xù)5 組鉆孔的沖孔出煤量,結(jié)果如圖10 所示,其中S-1-S-5 和T-1-T-5分別為上幫和下幫鉆孔??煽闯龀@孔S-1 施工至74 m,鉆孔S-2,T-4 施工至82 m 以外,其余鉆孔施工長(zhǎng)度均達(dá)到90 m。上幫鉆孔S-1,S-2,S-3 沖孔出煤量較低,中間位置的孔洞沖孔出煤量較高。下幫鉆孔T-1 和T-2 沖孔出煤量較低,其他鉆孔沖孔出煤量沒(méi)有明顯的分布特征。沖孔的單孔出煤量為0.7~1.8 t,沖出體積為3.76~11.3 m3。

        圖10 沖孔出煤量Fig.10 Coal output of hydraulic flushing

        假設(shè)煤體沖孔后形成圓柱形孔,通過(guò)體積換算可得沖孔等效半徑為0.38~0.6 m。最大沖孔直徑超過(guò)普通瓦斯抽采鉆孔直徑的10 倍。按照平均出煤量1.2 t 計(jì)算,可得沖孔等效半徑為0.5 m。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,沖孔間距應(yīng)大于1 m。

        采用流量法測(cè)定沖孔影響半徑。流量法是通過(guò)預(yù)先打好的抽放鉆孔作為考察鉆孔,抽放一定時(shí)間后,在預(yù)計(jì)考察鉆孔影響范圍內(nèi)實(shí)施水力沖孔作為被考察鉆孔。水力沖孔和抽放期間測(cè)定鉆孔瓦斯?jié)舛群土髁?,瓦斯?jié)舛群土髁棵黠@提高的距離為沖孔影響半徑。經(jīng)測(cè)定,首山一礦的水力沖孔影響半徑為4.2~5 m,因此鉆孔最大間距為8.4~10 m。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),鉆孔間距為1.6 m 時(shí)發(fā)生了鉆孔打穿現(xiàn)象,間距為7 m 時(shí)2 排沖孔鉆孔中間位置的瓦斯抽采鉆孔受影響較小,間距為3~6 m 時(shí)瓦斯抽采效果良好。

        通過(guò)不斷調(diào)整發(fā)現(xiàn),沖孔水壓為5~6 MPa、流量為120~160 L/min 時(shí),沖孔出煤效果較好。隨著工藝流程的不斷完善,每月成孔數(shù)達(dá)40 個(gè),成孔率可達(dá)80%。

        3.2 煤層沖孔瓦斯治理效果考察

        3.2.1 鉆孔瓦斯?jié)舛?/p>

        為了檢驗(yàn)水力沖孔鉆孔的瓦斯治理效果,對(duì)沖孔鉆孔和普通鉆孔的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行4 個(gè)月連續(xù)監(jiān)測(cè)。2 個(gè)沖孔鉆孔和1 個(gè)普通鉆孔的瓦斯?jié)舛茸兓鐖D11 所示??煽闯鰶_孔鉆孔和普通鉆孔的瓦斯?jié)舛人p存在較大差異。在瓦斯抽采10 d 內(nèi),瓦斯體積分?jǐn)?shù)達(dá)90%以上,鉆孔之間差異較小。隨著抽采時(shí)間增加,普通鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛人p較快。抽采50 d 左右時(shí),普通鉆孔內(nèi)的瓦斯體積分?jǐn)?shù)降至20%,水力沖孔鉆孔內(nèi)的瓦斯體積分?jǐn)?shù)為40%~60%,是普通鉆孔瓦斯體積分?jǐn)?shù)的2~3 倍。抽采120 d 后,普通鉆孔內(nèi)的瓦斯體積分?jǐn)?shù)降至10%左右,而沖孔鉆孔內(nèi)的瓦斯體積分?jǐn)?shù)仍有20%。結(jié)果表明水力沖孔鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采濃度高,衰減慢,有效提高了煤層瓦斯抽采效果,降低了煤層瓦斯含量。

        圖11 鉆孔瓦斯?jié)舛茸兓疐ig.11 Change of gas concentration in boreholes

        3.2.2 回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?/p>

        水力沖孔沖出了大量煤與瓦斯,同時(shí)也強(qiáng)化了瓦斯抽采效果。為了考察沖孔鉆孔瓦斯治理效果,記錄連續(xù)8 d 的風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸兓鐖D12 所示??煽闯鰶_孔作業(yè)后,風(fēng)流瓦斯?jié)舛让黠@降低,煤層瓦斯得到有效控制。1 d 中的回風(fēng)流平均瓦斯體積分?jǐn)?shù)維持在0.4%~0.5%,風(fēng)流瓦斯?jié)舛冉档停腋臃€(wěn)定。

        圖12 沖孔后風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸兓疐ig.12 Change of gas concentration in air flow after hydraulic flushing

        3.2.3 打鉆動(dòng)力現(xiàn)象變化

        在工作面未回采至沖孔區(qū)域時(shí),采煤工作面回風(fēng)流瓦斯含量較高,且動(dòng)力現(xiàn)象較嚴(yán)重。在補(bǔ)充局部瓦斯抽采鉆孔時(shí),鉆桿鉆進(jìn)煤幫6~10 m 易發(fā)生夾鉆、頂鉆、噴孔等現(xiàn)象,煤與瓦斯突出潛在危險(xiǎn)性較大。受瓦斯影響,采煤工作面日平均進(jìn)尺僅為2.4 m,生產(chǎn)進(jìn)度緩慢。經(jīng)過(guò)水力沖孔后,煤層滲透率有效提高,瓦斯抽采量增大。工作面打鉆過(guò)程中的動(dòng)力現(xiàn)象明顯減少,局部瓦斯效檢孔所測(cè)瓦斯參數(shù)均顯著降低。采煤工作面平均日進(jìn)尺由2.4 m 增加至3.2 m,提高了生產(chǎn)率。

        4 結(jié)論

        (1)水力沖孔能有效促進(jìn)煤體變形,降低煤層內(nèi)的水平應(yīng)力。水力沖孔后,不同水平方向的煤體變形相互補(bǔ)充,使得沖孔區(qū)域煤體朝向孔洞變形,促進(jìn)了煤體裂隙發(fā)育,進(jìn)而提高了煤體滲透率。同時(shí),沖孔孔洞周?chē)煌较虻乃綉?yīng)力在一定程度上得到釋放,各孔洞的應(yīng)力降低區(qū)域相互連通,沖孔區(qū)域內(nèi)煤體水平應(yīng)力整體降低,促進(jìn)了瓦斯運(yùn)移和抽采。

        (2)實(shí)際水力沖孔作業(yè)受眾多因素影響,如打鉆角度、鉆桿直徑、射流水壓和流量、鉆孔間距、沖孔間距等。合適的施工參數(shù)可有效降低打鉆過(guò)程中的動(dòng)力現(xiàn)象,同時(shí)提高施工速度和成孔率。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果并經(jīng)過(guò)不斷試驗(yàn)與摸索,12090 工作面確定的上幫鉆孔角度為5~6°,下幫鉆孔角度為-5~-4°,沖孔間距為7 m,鉆孔間距為4 m,沖孔長(zhǎng)度為1 m,沖孔水壓為5~6 MPa,流量為120~160 L/min。隨著工藝流程不斷完善,每月成孔數(shù)達(dá)40 個(gè),成孔率達(dá)80%。

        (3)水力沖孔鉆孔比普通鉆孔瓦斯抽采濃度高,衰減慢,能有效提高煤層瓦斯抽采效果,降低煤層瓦斯含量;風(fēng)流瓦斯?jié)舛群豌@孔施工過(guò)程中的動(dòng)力現(xiàn)象變化也表明,水力沖孔有效提高了瓦斯抽采效果,降低了煤層瓦斯含量。沖孔后回風(fēng)流瓦斯體積分?jǐn)?shù)降低至0.4%~0.5%。沖孔后,鉆孔施工作業(yè)過(guò)程中的夾鉆、頂鉆、瓦斯噴孔等現(xiàn)象明顯減少,瓦斯校檢參數(shù)有效降低;采煤工作面平均日進(jìn)尺由2.4 m 增加至3.2 m,提高了生產(chǎn)率。

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