穿层水力冲孔技术的应用及分析
【摘要】：水力冲孔过程就是煤体破坏剥落，应力状态改变，瓦斯大量释放的过程。水力冲孔的实质就是：首先利用高压水射流破碎煤体在一定时间内冲出大量煤体，形成较大直径的孔洞，从而破坏煤体原应力平衡状态，孔洞周围煤体向孔洞方向发生大幅度位移，促使应力状态重新分布，集中应力带前移，有效应力降低；
【关键词】：穿层水力冲孔技术的应用及分析 一、贺驼煤矿矿井概况
安阳永安贺驼煤矿矿井相对瓦斯涌出量为33.76m/t，绝对瓦斯涌出量为28.13m/min，为煤与瓦斯突出矿井；开拓方式为立井开拓,分为11、21两个采区，其中11采区为生产采区，生产水平为-300m；抽采系统已建有地面瓦斯抽放泵站，泵站内安设2台2BE3-400型水环式真空泵，抽放泵最大抽气量为85 m/min，井下建有移动瓦斯抽放泵站，泵站内安设2台ZWY-40/75-G型水环式真空泵，瓦斯抽放泵最大抽气量为40m/min，主要担负采空区抽放，主抽放管路使用φ377mm的无缝钢管和φ350mm聚乙烯螺旋波纹钢管，采掘工作面上、下巷的抽放管路均使用φ300mm的抗静电聚乙烯管或无缝钢管，单孔使用φ50mm的软管与工作面主管路连接，在管路低洼处安设有自动放水器或人工放水器。
二、穿层钻孔工作面概况
11121底板抽放巷为11采区11121工作面预抽煤层瓦斯巷道，瓦斯压力0.9-1.14Mpa，瓦斯放散初速度△p=8-10,煤层透气性系数0.6284-0.6831m/MPa2.d，坚固性系数0.35-0.45，孔隙率4.55m/t，钻孔衰减系数0.0971d-1，瓦斯相对涌出量为33.76m/t。该地区煤层透气性差，钻孔衰减快。为增加煤层透气性，提高钻孔浓度及抽采量，在11121底板抽放巷7号钻场进行水力冲孔实验。 三、水力冲孔防突机理分析
水力冲孔过程就是煤体破坏剥落，应力状态改变，瓦斯大量释放的过程。水力冲孔的实质就是：首先利用高压水射流破碎煤体在一定时间内冲出大量煤体，形成较大直径的孔洞，
3
3
23
3
3
3
从而破坏煤体原应力平衡状态，孔洞周围煤体向孔洞方向发生大幅度位移，促使应力状态重新分布，集中应力带前移，有效应力降低；其次煤层中新裂缝的产生和应力水平的降低打破了瓦斯吸附与解吸的动态平衡，使部分吸附瓦斯转化成游离瓦斯，而游离瓦斯则通过裂隙运移得以排放，大幅度地释放了煤体及围岩中的弹性潜能和瓦斯膨胀能，煤层瓦斯透气性显著提高；最后，高压水润湿了煤体，煤体的塑性增加，脆性减小，可降低煤体中残存瓦斯的解吸速度。水力冲孔过程冲出了大量瓦斯和一定数量的煤炭，因此在煤体中形成一定的卸压、排放瓦斯区域，在这个安全区域内，破坏了突出发生的基础条件，起到了有效的防治突出效果。
四、水力冲孔安全技术措施
1、必须按冲孔钻孔设计要求施工，严格掌握钻孔角度和开孔位置。
2、开钻机前，首先检查钻机是否运转正常，检查高压水管路是还连接紧密牢固，保证高压水管路每个连接处都有管卡子。
3、要求冲孔打钻人员必须衣扣整齐，所有入井人员不得穿化纤衣服，工作时两金属物不准互相撞击，灯带系好，开钻后人与钻机保持一定距离，以保人身安全，钻机、水泵安设必须牢固防止翻倒及下滑伤人。在人工取下钻杆及加钻杆时，钻机的控制开关必须打到停止位置，不得违章作业。
4、在操作冲孔过程中严格控制钻机加压量，保证不因压力过大导致钻孔偏斜、钻杆夹死。在冲钻过程中出现动力现象（如顶钻、夹钻、喷孔等），必须停止冲孔。
5、冲孔过程中必须随时对孔口的瓦斯浓度进行检查，以钻孔为圆心，半径0.4m，距岩壁0.6m以外，瓦斯浓度不得超过0.8%，距岩壁0.2~0.6m以内，瓦斯浓度不得超过2%（距岩壁0.2m以内不做），否则必须停止打钻，撤出人员。
6、冲孔钻场地点设专职瓦检员，负责冲孔地点的瓦斯检查，必须在冲孔地点悬挂便携式瓦斯、一氧化碳、硫化氢报警仪，在每班检查瓦斯的同时，必须随时检查一氧化碳、硫化氢、二氧化硫等有毒有害气体，回风流中瓦斯浓度达到0.8％时立即停止作业，撤出人员并汇报调度室。
7、冲孔地点压风自救装置无风、风量不足、消防设施、灭火器材及安全设施不到位时，严禁开钻。
8、所有入井设备防爆率必须达到100％。
9、冲孔前要检查钻场工作面围岩及顶板支护情况，要做到敲帮问顶，按实际情况，钻机附近及时支护临时支柱，发现有活渣及时进行加固和清理，防止伤人。钻机要摆放平稳，打牢压紧。各类电气设备、管线、钻杆、工具要放在巷道的同一侧，并摆放、吊挂整齐。 10、打钻地点设监测探头，并按规定悬挂和调校，当瓦斯超限时能立即断电。冲孔地点上齐风电闭锁及瓦斯电闭锁保护。
12、每班冲孔情况由当班组长填好冲孔记录，做到详细准确。
13、冲孔过程中要注意观察钻孔的出水和煤情况，人员避开钻孔方向，防止喷孔伤人。 14、现场人员（包括瓦检员在内）必须熟知突出预兆，如瓦斯忽大忽小、顶板压力大、有煤炮声、严重喷孔、顶钻夹钻等，发现预兆及时断电撤人并及时汇报调度。 15、钻机下井前，机电部门负责防爆检查、不合格严禁入井。
16、冲孔过程中要设专人观察，发现异常情况，如钻孔停止排出水、煤、有毒有害气体涌出、喷孔等情况时，必须停止打钻，停电撤人，采取措施进行处理，并向处调度室汇报。 17、冲孔过程中，发生喷孔时，必须立即停止作业，进行瓦斯释放，1小时后方可重新开钻。
18、冲孔过程中要反复进退钻杆，尽可能多冲煤，并注意观察钻孔是否正常出水和煤，防止摩擦产生高温引燃瓦斯、煤尘。冲孔确实困难时，不准硬给压力，应继续进行反复冲孔。 19、冲孔地点附近必须安装直通处调度室的电话并确保完好，发生紧急情况，必须立即向处调度室汇报。
20、施工单位必须有管理人员现场跟班，现场指挥，确保生产任务的完成及安全的保障。
五、水力冲孔技术参数
1.调定泵压——调定泵压应大于等于破煤有效压力，通过试验考察，现泵压为平均f值的20倍。
2.流量——不低于200L/min。 3.冲孔压力——4-15Mpa
4.冲孔时间——钻孔到返清水时停止冲孔，冲孔时间根据现场情况而定，一般每米煤孔不大于20分钟
六、水力冲孔效果分析 1.钻孔数量比较
七号钻场冲孔施工钻孔52个，共冲孔22个，经过8次测量平均浓度为65%，钻场内其余钻孔平均浓度为48.5%，钻场总浓度为57%，负压78Kpa，流量为2.5m³/min。相邻六号钻场未冲孔，施工钻孔81个，首次测量钻场浓度为45.7%，负压78Kpa，1.8m³/min。 钻场号 7 6 施工钻场个数 浓度（%） 负压（Kpa） 52 81 57 45.7 78 78 流量 （m³/min） 2.5 1.8 备注 冲孔 未冲孔
2.钻孔瓦斯浓度比较
在负压相同的条件下，在同一钻场内瓦斯浓度高出非冲孔钻孔17%，水力冲孔在浓度上有绝对的优势，在钻场对比中七号钻场施工的钻孔少29个，但是浓度流量却明显高于六号钻场，说明水力冲孔提高了煤层的透气效果，明显提高了抽放范围，提高了抽采效果。 在钻孔封孔连抽后进行的每天测量中，坚持对水力冲孔钻孔进行十次测量，对测量数据进行汇总，对测量数据进行观察，观察数据无明显衰减。
6号、7号钻场各项参数对比图表
3.钻孔瓦斯抽采量、利用量比较
水力冲孔钻孔施工后，瓦斯抽采量，瓦斯利用量明显提高，现对水力冲孔以来发电量情况汇总
日期 抽采量 发电量
6月24日 4182.62 3535 7月4日 55.52 4700 7月14日 4256.63 5916 7月24日 4610.01 6110
4.努力方向
在水力冲孔后抽采量和利用量明显提高，但在工作中依然暴露出一些问题，例如：水力冲孔钻孔冲出煤量不均匀，忽大忽小，水力冲孔时瓦斯易升高，说明防喷孔管道作用不明显，还需要进一步改进，水力冲孔清煤效率低等问题，还需要我们进一步思考，实践、改进。
