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水力割缝在石门揭煤预抽煤层瓦斯区域防突措施中的应用

文档作者：吕贵春文档来源：中煤科工集团重庆研究院瓦斯研究分院		点击数：	更新时间： 2022年08月30日
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第40卷第4期
2013年8月
矿业安全与环保
MINING SAFETY&amp;amp; ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vo1．40 No．4
Aug．2013
吕贵春．水力割缝在石门揭煤预抽煤层瓦斯区域防突措施中的应用[J]．矿业安全与环保，2013，40(4)：79—82
文章编号：1008—4495(2013)04—0079—04
水力割缝在石门揭煤预抽煤层瓦斯区域防突
措施中的应用
吕贵春
(中煤科工集团重庆研究院瓦斯研究分院，重庆400037)
摘要：通过在贵州某矿1114工作面回风石门揭煤施工瓦斯预抽钻孔过程中，对部分钻孔实施交叉
式水力割缝增透措施，大大增加了煤层的透气性，提高了抽放效果，不但有效地降低了煤层瓦斯含量，而
且缩短了石门揭煤时间，达到快速安全揭煤的目的。实践证明，在预抽时间相同的情况下，抽放效果提
高1倍多；在抽放效果相同的情况下，预抽时间缩短了3／4。
关键词：石门揭煤；预抽瓦斯；水力割缝；增透
中图分类号：TD712；TD713 文献标志码：B 网络出版时间：2013—07—22 11：15
网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／50．1062．TD．20130722．1115．023．html
Application of Hydraulic Cutting in Gas Pre-drainage
in Driving through Coal Seams in a Crosscut
L Guichun
(Chongqing Research Institute ofChina Coal Technology and Engineering Group，Chongqing 400037，China)
Abstract：In the drilling process of gas pre-drainage holes for exposing outburst coal seam in the return crosscut of 1 1 14
working face in a mine in Guizhou Province，cross hydraulic cutting was implemented to enhance the gas permeability of coal
seanl，which not only greatly enhanced the gas perm eability of the seam，improved gas drainage effect and effectively reduced the
gas content in the seam，but also shortened the time for exposing outburst seam in the crosscut and achieved the purpose of safely
and rapidly exposing outburst seam．The practice indicated that the drainage efficiency was raised by more than one times in the
case of the same gas pre—drainage time，and the gas pre—drainage time was shoaened by three fourths in the case of the same
drainage efficiency．
Key words：exposing outburst coal seam in crosscut；gas pre-drainage；hydraulic cutting；perm eability enhancement
石门揭煤在煤与瓦斯突出事故中不但事故率较
高，而且事故级别也较高 J，是一项危险性大、技术
难度高的工作，往往成为制约矿井合理采掘部署的
瓶颈 j。目前石门揭煤区域防突措施为预抽煤层
瓦斯，主要目的就是通过预抽来降低煤层瓦斯含量
和压力，使煤的坚固性系数增大、地应力下降，从而
消除煤层的突出危险性_3 J。瓦斯预抽有效抽放率是
防止突出的关键指标 J，在煤层透气性较差的情况
下，采用密集钻孔增加钻孔工程量或增加预抽瓦斯
时间的方法均不能实现快速揭煤的目的，严重影响
了矿井开拓开采进度。因此，对于低透气性煤层石
收稿日期：2012—12—25；2013—04—20修订
作者简介：吕贵春(1979一)，男，黑龙江齐齐哈尔人，硕
士，工程师，主要从事瓦斯防治方面的研究和技术咨询工作。
E-mail：147621079@qq．tom。
门揭煤，在不增加钻孔工程量的情况下实施增透措
施，不但可以缩短瓦斯预抽时间，而且可以有效降低
煤层瓦斯含量，达到快速安全揭煤的目的。水力割
缝技术可大幅度增加煤层透气性_5 J，是目前石门揭
煤过程中提高煤层透气性的较好办法，适用于较硬
煤体低透气性煤层增透。该方法在贵州某高突矿井
11采区1114工作面回风石门揭M 煤层过程中进行
了实践应用，有效提高了煤层透气性，缩短了瓦斯预
抽时间，实现了安全、快速揭煤。
1 水力割缝原理及方法
1．1 水力割缝原理
水力割缝是通过高压装置和专用钻头将高压水
送至孔底，通过钻头旋转，利用高压水来切割煤体，
从而在钻孔周围形成环状切割缝隙，增加钻孔周围
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矿业安全与环保
MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
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煤层裂隙，提高煤层透气性，最终达到增大瓦斯抽放
半径的目的。水力割缝增透措施原理如图1所示。
4 4
1一水力割缝影响半径；2一水力割缝半径；
3一钻孔；4一水力割缝后形成的缝隙。
图1 水力割缝增透措施原理示意图
1．2 水力割缝装备及方法 】
水力割缝主要装备包括高压钻头(带直径2 mm
喷嘴2个)、钻机、密封水尾、密封钻杆、储水箱、高压
泵、高压管等。
水力割缝方法：当钻孔施工完毕后，通过高压泵
将储水箱里的水经过高压管、密封水尾、密封钻杆压
到高压钻头处，高压水通过高压喷嘴射出，利用钻头
的旋转(钻头位置固定)将煤体切割出环形缝隙，切
割时间根据煤层硬度情况而定，一般不少于8～
10 min，切割完毕后，通过闸阀将高压管及钻杆内的
高压水回流至储水箱内。
水力割缝装备及方法如图2所示。
2 应用实例
利用水力割缝装备，在贵州某高突矿井11采
区1114工作面回风石门揭M。煤层过程中，对M
煤层实施水力割缝增透措施，取得了良好的瓦斯抽
放效果。
图2 水力割缝装备及方法示意图
2．1 试验工作面概况
1114工作面回风石门所要揭露的M 煤层厚度
为2．2 m，煤层硬度中等，软分层不明显，无夹矸，煤
层倾角25。，石门高度3．0 m、宽度3．4 m，断面积
10．2 1TI 。
在距离煤层法线10 m处时，利用前探钻孔测定
的煤层原始瓦斯压力为1．2 MPa，原始瓦斯含量为
13．441 9 m ／t。
该工作面运输石门揭煤前测定的原始瓦斯压
力为1．26 MPa，瓦斯含量为13．731 9 m。／t。采用
预抽煤层瓦斯区域防突措施，钻孔施工完毕并接抽
后，瓦斯抽放浓度衰减较快，预抽15 d后采用直接
法测定的残余瓦斯含量为10．857 2 m。／t，仍具有
突出危险性；继续抽采至63 d时，测定的残余瓦斯
· 80 ·
含量才降到8 m ／t以下，说明煤层的透气性较差。
因此，回风石门揭煤时通过水力割缝增透措施后，
再进行封孔并接抽。
2．2 瓦斯预抽钻子L(含水力割缝孔)布置
在石门掘进工作面距离煤层法线7 m处实施预
抽煤层瓦斯区域防突措施。钻孔呈4 rex4 in网格式
布置，顶部和底部控制巷道轮廓线外各12．5 m，两帮
控制巷道轮廓线外14．3 m，钻孔直径89 mm(钻杆直
径50 mm)，布置9排，每排9个钻孔，共81个钻孔。
水力割缝钻孑L呈交叉布置，实施水力割缝钻孔
25个。中下部钻孔割2道，中上部钻孔割1道，给水
压力不小于25 MPa，每道割缝时间不少于10 min。
全部钻孔施工完毕、水力割缝结束后，对所有钻孔立
即进行封孔并接抽。
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矿业安全与环保
MINING SAFETY &amp;amp; ENVIRONMENTAL PROTECTION
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瓦斯预抽钻孔(含水力割缝钻孔)布置如图3
所示。
(a)瓦斯预抽钻孔布置侧面图
O瓦斯抽放孔 ● 瓦斯抽放孔兼水力割缝孔
注：图中标注距离为沿煤层层面距离
(b)A—A剖面图
图3 瓦斯预抽钻孔布置图
2．3 瓦斯预抽效果检验
封孔接抽后，每天对抽放参数进行测定，并计算
了钻孔控制范围内的瓦斯抽放量，在抽放16 d后采
用直接法测定了煤层残余瓦斯含量，共布置瓦斯预
抽措施效果检验 钻孔5个，分别位于上部、两侧、
中部和下部。瓦斯预抽效果检验钻孔布置如图4
所示。
吕
寸
(a)瓦斯预抽效果检验钻孔布置侧面图
。瓦斯抽放孔 ●瓦斯抽放孔兼水力割缝孔
◎ 防突措施效果检验钻孔
注：图中标注距离为沿煤层层面距离
(b)A—A剖面图
图4 瓦斯预抽效果检验钻孔布置图
测定的残余瓦斯含量与原始瓦斯含量对比情况
如表1所示。
表1 残余瓦斯含量与原始瓦斯含量对比
2．4 应用效果分析
通过表1可以看出，实施水力割缝以后，只在抽
采16 d的情况下，残余瓦斯含量就降到了标准临界
值8 m ／t以下，剔除V号效检孔可能因为下向钻孔
取样时间较长存在一定误差以外，其余测定结果与
原始瓦斯含量相比，平均降低47．93％ ；而未实施水
力割缝的1114运输石门，在15 d时测定的残余瓦斯
含量降低20．93％ ，而在63 d时降低比例才达到
42．38％。在抽放时间相同的情况下，经过水力割
缝后再进行抽放与直接进行抽放相比，其抽放效果
提高1．3倍；反之，在抽放效果相同的情况下，经过
水力割缝后再进行抽放与直接进行抽放相比，其预
抽时间缩短了3／4；通过揭煤实际对比，1114回风
石门揭煤时间比1114运输石门揭煤时间缩短了
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通过上述分析表明，石门揭煤预抽煤层瓦斯措
施前，经水力割缝增透措施后，其抽放效果得到了显
著提高，大大缩短了揭煤时间。
3 结论
1)对于较硬高突煤层石门揭煤，水力割缝是提
高煤层透气性的有效措施。
2)采用水力割缝增透措施后，抽采效果提高
1．3倍，预抽时间缩短3／4。
3)在石门揭煤区域防突措施阶段执行水力割缝
增透措施后，使整体揭煤时间缩短40 d，大大提高了
石门揭煤速度。
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(责任编辑：吴自立)
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5)一定范围内增加尾排巷风量，增加了采空区
携有高瓦斯风流量，破坏了原有上隅角的瓦斯涡流
运动，从而使上隅角瓦斯浓度减小。
6)尾排巷风量增加，相当于又增加了一个上隅
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