丰汇煤矿一采西4#鉴定巷高压水力排渣方案山西昔阳丰汇煤业有限责任公司丰汇煤矿一采西4#鉴定巷高压水力排渣方案 编制单位：通防科施工单位：通防工区编制日期：二一七年八月二十日 矿审批意见 会审单位及人员签字 通防工区： 年 月 日通 防 科： 年 月 日安 监 科： 年 月 日技 术 科： 年 月 日地 测 科： 年 月 日机 电 科： 年 月 日调 度 室： 年 月 日地测副总： 年 月 日 通防副总： 年 月 日 机电矿长： 年 月 日 生产矿长： 年 月 日 通防矿长： 年 月 日 安全矿长： 年 月 日 总工程师： 年 月 日 贯彻人： 贯彻时间： 序号学习签字序号学习签字122223324425526627728829930103111321233133414351536163717381839194020412142目 录一、实施背景1二、作用机理1三、工艺流程3四、技术要求6五、效果指标8六、安全措施9七、防治瓦斯超限措施12八、其他14附表：141一采西4#鉴定巷高压水力排渣方案一、实施背景一采西4#鉴定巷位于矿井西南部，揭煤地点北靠近马家沟向斜轴部，加之煤层埋深大，地应力大，瓦斯压力大，瓦斯含量高，煤层透气性差，难以抽采。若采取单一的预抽煤层瓦斯区域防突措施，抽采周期长，预抽效果差。高压水力排渣增透抽采瓦斯防突措施是一种行之有效的防突措施。参照外矿经验，结合本矿条件，拟在揭煤工作面底板距煤层顶板的最小法向距离5m以前，在实施预抽煤层瓦斯区域防突措施的同时，实施高压水力排渣局部防突措施，边打边抽，边排边抽，从而达到快速消突安全揭煤之目的。另一方面，我矿转为深部开采后，煤巷月进尺不足50m，回采工作面接替面临脱节的局面。在调整优化采掘部署的基础上，如水力排渣防突措施在煤巷掘进工作面能够得以成功推广应用，将对矿井实现安全高效稳产高产具有十分重要的意义。二、作用机理瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等多种因素的共同作用导致煤与瓦斯突出，突出的动力是煤岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能。水力排渣过程就是煤体破坏剥落，应力状态改变，煤体空隙、裂隙增加，透气性增加，瓦斯大量释放的过程。水力排渣用于石门揭煤是以留设5m岩柱作为安全屏障，向突出煤层打钻，见煤后利用高压水射流冲击煤体，使煤层突出能量在可控的条件下缓慢释放，逐渐形成若干直径较大的孔洞。排渣过程中孔洞周围煤体向钻孔轴向移动，引起煤体的膨胀变形和煤层顶、底板岩石的显著变形，顶、底板间向孔道方向出现相向位移，从而破坏煤体原应力平衡状态，促使应力状态重新分布，集中应力带前移，孔洞周围地应力减低。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，瓦斯解吸和排放速度加快，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。水力排渣过程排出了大量的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，水力排渣既消除了突出的动力，又改变了突出煤层的性质，因而破坏了突出发生的基础条件，起到了有效的防治突出效果。水力排渣本孔与邻孔Q-t关系图见图一。图一：水力排渣本孔与邻孔Q-t关系图三、工艺流程1、设备及管路选型（1）钻机选用ZDY4000S型煤矿用全液压坑道钻机，钻杆直径73mm，扩孔钻孔钻头直径113mm，透孔钻头直径94mm，套管直径108mm。（2）钻冲一体化装置（矿用水力排渣装置）选用KSC130-12高低压自动转换水力冲孔装置，泵压分12MPa和19MPa高低两档，钻头为自动转换钻头，成孔、扩孔一次成型。（3）高压水表选用SGS双功能高压水表，压力025MPa，流量02.5m3。供水管路选取32mm高压胶管。（4）排渣三通、密封防喷装置、气水煤分离器、集气箱、积水箱，自制。2、布孔方法水力孔利用预抽钻孔或在预抽钻孔之间相间品字形布孔，同排（行）相隔2个孔布置一个。邻孔采取加密观测，通过观测邻孔瓦斯浓度、流量变化情况，验证排渣效果，从而确定水力排渣的有效影响半径，以进一步优化布孔和排渣参数。3、施工工艺孔口安设三通套管，岩柱初始段下2m长固结套管，并外露0.4m以便安设孔口三通和孔口防喷装置，套管与钻孔之间采用AB料固孔。固结套管管口与钻杆之间的空隙采用组合法兰盘密封防喷。通过孔口三通90mm支管将瓦斯、水、煤渣引入水封式气水煤分离器中。气水煤分离器分离的瓦斯含有大量水汽，经过集气筒上的90集气管进入密闭式集气箱进行水气分离，密闭式集气箱上的90mm集气管与325mm抽采管联通，集气箱底部收集的冷凝水通过108mm管路流入积水箱内。积水箱底部设放水阀。汽水煤分离器分离的渣水靠自重分离到铁桶内，铁桶桶壁0.8m高度位置焊接108溢流管。溢流时水通过管路依次流入1#沉淀池、2#沉淀池、水仓内。气水煤分离器的集气筒底部焊接3个支腿，支腿底部用螺栓固定在铁桶桶底。掘进迎头6m留设1m高台阶，台阶底板并排铺设3m长坑木4根，间距1m，硬化0.2m厚，向外有一5%流水坡度。紧邻台阶砌筑沉淀池，规格长5.0m宽2m深0.5m。沉淀池四周应用砌块砌墙并用水泥砂浆进行粉刷，底板浇筑混凝土0.1m厚，中间隔墙0.5m高，外墙高0.65m，两道墙上靠帮留出水口，规格宽0.2m，高0.1m。沉淀池上并排铺设5cm厚木板2块，用钢管做拦杆防止人员失足落水。外墙外砌筑梯道，方便人员上下。水仓利用一采西迎头已做水仓，规格长4.2m宽4m深1.5m。沉淀池和水仓之间靠帮挖毛水沟，规格宽0.3m高0.2m。f0.5时，泵压取12MPa，流量取125L/min；f0.5时，泵压取19MPa，流量取200L/min。水力排渣后，采用临时封孔器封孔进行瓦斯抽采，抽采时间不少于24h，然后再用封孔材料进行永久封孔。4、排渣顺序水力排渣钻孔终孔位置位于巷道轮廓线外35m处，根据影响范围可布置排渣钻孔610个，在石门工作面的中央布置一个检查孔。为避免各孔之间的卸压干扰，应先排巷道断面外的对角孔，再排中间孔，最后排断面内的钻孔。水力排渣设备及管路布置示意图见图二。5、水力排渣消突有效影响半径测定（1）流量测定法根据瓦斯径向流动理论，瓦斯将由压力大的地方向压力小的地方运移，由于空洞周围卸压范围煤体内的裂隙进一步扩大，煤层透气性系数提高，瓦斯抽放量大幅提高。故可以对比分析排渣前后钻孔瓦斯抽放浓度的大小来判别高压水射流的影响范围，即排渣有效半径的距离。以此为依据，将水力排渣的钻孔作为被考察孔布置在中央，其他考察孔布置在四周，其中相临抽放孔1个，隔一个抽放孔2个，隔2个抽放孔1个。先施工考察孔，每完成一个钻孔立刻进行连抽，测定钻孔瓦斯的浓度和流量。最后施工被考察孔，进行水力排渣。开始排渣时每隔5min测定一次考察孔的钻孔流量，共测定至少5次。（2）压力测定法在流量法测定排渣有效影响半径的基础上，选定周边2个抽放孔作为考察孔，采用压力测定法对流量法测定的有效影响半径进行验证。测定方法及频次同流量测定法。四、技术要求1、影响排渣效果的要素：水量、水压、排渣钻头孔眼设计、钻杆直径与孔径差、煤的坚固性系数等。供水量不变时，孔眼个数越少、孔眼直径越小，水压越大，排渣越多，如果钻杆直径与孔径差过小，容易堵塞钻孔，造成喷孔或埋钻；反之，供水量不变时，孔眼个数越多、孔眼直径越大，水压越小，排渣越少，甚至排不出渣。煤越硬，需要的水量越大、水压越高、钻杆直径与孔径差越大。2、高压水管、高压压力表、高压闸阀、高压水辫、钻杆承压能力应与高压水泵的压力相匹配，且不低于高压水泵的压力。3、高压管、水辫、钻杆等接头必须加装密封装置，减少漏水，确保高压泵压力不小于18 MPa。4、排渣地点20m范围内应安设高压抗震压力表和卸压阀，合理控制排渣压力，并满足快速卸压需要。5、利用穿层钻孔高压水力排渣，可根据单孔排出煤量等效果判断，确定排渣间隔一个孔或两个孔，但应保证钻孔间不存在空白带。6、孔口防喷装置和气水煤分离器完善可靠，避免瓦斯泄漏超限。7、施工后喷孔严重的应进行临时封孔预抽，再次启封排渣前应重新透孔，然后实施高压水力排渣。8、高压水力排渣后的穿层钻孔应严格按照“两堵一注”封孔的方式实施带压封孔。9、高压水力排渣过程中出现相邻钻孔冲透串孔时，本钻孔停止排渣，下一排渣钻孔应间隔一定距离。10、气水煤分离器的煤应由专人随时捞出装入编织袋内，装满后及时扎口并计数。一级沉淀池和二级沉淀池挖出的煤泥也要装袋计数。一个沉淀池清挖时必须使用另一个沉淀池。11、应建立高压水力排渣管理台账，详细记录钻孔孔号、班次、见煤深度、穿煤长度、排渣压力、排渣时间、排出煤量等参数以及排渣操作人员等内容。12、高压水力排渣钻孔单列或单组总排出煤量应在钻孔竣工图上详细标注。五、效果指标1、倾角在0及以上的穿层钻孔，排出煤量应达到平均控制煤体煤量的610。2、倾角在0以下的穿层钻孔，排出煤量应不小于平均控制煤体煤量的3。3、按照每个孔排出煤量累计相加，计算排出煤量与措施控制范围内的煤储量的比值，作为排出煤量考核指标。4、严禁以排代抽，排渣指标不得作为消突指标，排渣地点必须严格按照规定进行抽采达标评判。六、安全措施1、高压泵站距离排渣地点不小于50m，附近5m范围内必须安设甲烷传感器。高压泵站以及其他所有电气设备必须实现甲烷电、风电闭锁。2、工作地点附近安设直通调度室的电话，确保通讯畅通，供水、供电、通风以及瓦斯监测等方面一切正常。3、排渣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。4、排渣前检查钻场工作面围岩及顶板支护情况，随时进行敲帮问顶。钻机、水泵摆放平稳，打牢压紧。各类电气设备、管线、钻杆、