博安科技针对高瓦斯、低透气突出煤层区域,瓦斯抽采难度大、单孔有效影响范围小等技术难题,开发了新型钻孔高压水力射流煤层割缝一体化卸压增透成套技术及装备,适用于快速消突石门揭煤、穿层钻孔预抽区域(回采区、煤巷条带)瓦斯、顺层钻孔预抽工作面瓦斯、强矿压煤层卸压等作业。
该技术获得十余项发明专利及实用新型专利认证,荣膺国家科技进步奖二等奖、中国专利优秀奖、教育部科学技术进步奖、中国煤炭工业科学技术奖、安全生产科技成果奖、江苏省科学技术奖等重磅奖项。该产品的产品性能和技术先进性经中国煤炭工业协会鉴定达到国际领先水平,并取得国家安标中心认证的矿用安标证书。
该技术以高压水为动力源,经喷嘴加速后的高速射流水作用于煤体,对煤体进行切割、剥离,形成各种缝槽、孔洞等人为空间,直接增大单个钻孔的扰动半径和暴露空间,在应力的作用下使煤体进一步破裂、流动,进而增大单孔内煤体的暴露面积,改善煤层中瓦斯流动状态;同时煤体的流动使得煤体的原应力得到释放和转移,使煤体充分卸压的区域变大,提高煤层的透气性和瓦斯解吸、释放能力,提高抽采效率。该技术既可削弱或消除灾害的能量动力,又可以增加煤层透气性、降低瓦斯抽采难度,同时可改变煤岩的物理力学性质,实现煤层卸压与增透的双重效果。因为能够同时解决造成矿井瓦斯动力灾害的“瓦斯”“地应力”两个问题,实现地应力整体转移卸载效果,从而保障煤矿井下瓦斯的安全、高效、均匀抽采,将高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层。
该技术所应用的成套装备包含履带式液压钻机、履带式注水泵站、高压射流安全控制装置、高压密封旋转切换器、高压密封钻杆、水控防反吸射流控制器、履带式固液分离机、孔口防喷装置、钻头等。该系统最大工作压力31.5MPa,最大流量400L/min,单刀切割时间3min~5min、射流直径达2.0m~2.5m,割出煤量0.3~0.8t,顺层钻孔割缝孔深80m~120m,穿层钻孔割缝孔深80m~140m。该套装备具备履带自行走转场能力,实现了钻-冲(割)一体化功能。
功能一:穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯
工作原理:在石门中布置割缝钻孔,通过割缝措施的实施,对目的煤层卸压增透→增大单孔有效影响半径→提高瓦斯释放速度和排放效率,同时减少工程量→缩短揭煤时间。
施工方式:大流量高压水对前面煤体进行割缝冲孔,使前面煤体被大量掏空,为瓦斯释放和地应力消除提供条件。特点:安全、快速揭煤。在停掘工作面位置,向目的煤层施工穿层钻孔,穿过煤层进入岩石0.5m位置,利用高压水对钻孔煤层段进行水力割缝作业,提高单孔煤体排放量和瓦斯释放量,降低目的煤层位置的地应力和瓦斯压力值,快速达到规程及规定要求的揭煤指标值以下。
功能二:穿层钻孔预抽区段(回采区、煤巷条带)煤层瓦斯
工作原理:穿岩石层对目的煤层进行割缝措施实施,对目的煤层卸压增透→提高单孔有效影响半径→实现区域性整体卸压增透→提高抽采效果及抽采率。
施工方式:在底板巷对上方煤巷条带煤层进行穿层钻进并割缝。
特 点:预抽瓦斯率高,消突效果好,另外减少钻孔施工量。
功能三:强矿压灾害治理
工作原理:对深部煤体进行水力射流割缝作业,破坏煤体整体性,使顶板矿压得到释放。
施工方式:施工一定数量的高压水力射流钻孔。
现场工业性试验在河南一煤矿A底抽巷,服务煤层为高瓦斯突出煤层。埋深630~806m。煤厚在3.4~3.85m,平均3.6m,在构造区域有变薄情况。煤层倾角17~28°,平均22°,煤层瓦斯压力为1.8Mpa,瓦斯含量(22m3/t)。
对曲线进行积分,在同样的12天时间里,受水力射流割缝影响的4号、6号钻孔流量达分别873、757,而在未进行水力射流割缝的组同样钻孔前其流量为50、301,则受水力射流割缝影响的钻孔是未受水力射流割缝影响的钻孔流量的2.51~17.4倍。
为了准确的考察整个A底抽巷水力射流割缝的效果,进行了整个巷道的总管路瓦斯监测,取两个巷道同期瓦斯情况对比值,A采用水力射流割缝技术,B巷采用高位巷松爆+本煤层钻孔抽采技术。对比可知:相对于B巷道,水力射流整体抽采效果提高6~8倍。

水力冲孔设备



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