穿层消突钻孔水力冲孔防喷孔装置的研制与应用
穿层钻孔水力冲孔消突技术研究与应用
１４０８ ． １４ ．９６ ２．８ ． ６ ２
ｌ 号 钻 场 ３
责任编辑 ： 潘勇
墙 内混凝 土 由内 向外 ， 由下向上一次浇注 。 若一次浇 注困难 时 ， 两次浇注时问间隔不大于 ８ 时。 小 为保证每段
混凝土浇筑为一体 ， 在下一段 混凝 土浇筑前 ， 应将 上一段
表面用 风镐或 手镐凿 毛 ， 用清水 冲洗干净 。 并 混凝 土浇注 前做好配 比试验 ，选择适 当的配 比，并保证标号 不低 于 ２ ０号。混凝土搅拌时 ， ０ 严格控制水灰 比 ， 所用水要 清洁 ， 入模 时须用插 入式震 捣棒 ， 边捣 边 注 ， 到水灰 分离 ， 直 混 凝土最上部采用喷浆封 闭 混凝土墙体完工一周后进行注浆 。注浆终压不低 于
术手册》 规定 ， 穿层水力 冲孔 钻孑终 孔位置位 于巷道轮廓 Ｌ 线外 ３ ｍ处 ，因此在底 抽巷 相对机 巷每 ５ ｍ布置 一组钻 孑， Ｌ 每组钻孔沿煤层层 面布置扇形孑 个 ，Ｌ 间距 ５ Ｌ ３ 孑底 ｍ， 终孔位置位于巷道轮廓线外 ３ ｍ处 。
在钻孔过煤段 ，钻进及提钻时钻杆在旋 转过程 中用
煤 层顶板 ０ ｍ后 ， ． ５ 开始提钻 ， 在钻 具过煤 段开始 用高压
因 Ⅱ６ ３ ５ 轨道巷 和 Ⅱ６ ６轨道巷现有水 流出 ， ５ 要求两
设计承压 ，但是也 不得大于设计承压的 １％。注浆结束 ０
ｌ ５天后 ， 防水 闸墙 疏水 钻孑 关 闭进 行耐 压试验 ， 对 Ｌ 在墙
墙体下部预埋无缝钢管作为放水管 ，以保 证正常水流畅 通 。放水管安装 阀门 ， 且距 巷道底板 《３ ０ ｍ， ０ ｒ 以尽可能 ａ
出主要是地应力 和瓦斯压力 的联合作 用 ，地应力作 用为 主 ，重力不起决定作用 。并且我 国始 突深度特点一般 在
穿层钻孔水力割缝防突技术应用
穿层钻孔水力割缝防突技术的应用随着矿井开采深度的不断增加，瓦斯涌出量和煤与瓦斯突出危险性也越来越大，煤与瓦斯突出已严重制约着矿井的安全生产和高产高效，防治煤与瓦斯突出事故，已成为当前煤矿安全生产的首要任务。
一、连续射流对物体表面的作用力射流冲击物体表面时，由于它改变了方向，在其原来的喷射方向上就失去了一部分动量。
这部分动量就将以作用力的形式传递到物体表面上。
连续水射流对物体表面的作用力，是指射流对物体冲击时的稳定冲击力--总压力。
射流最大作用力位置不是在喷嘴出口而是在离喷嘴一定距离的地方，以及喷嘴出口附近的打击力远低于理论值。
通常认为，这是由于射流自身的结构决定的。
在喷嘴的出口处，射流较为密实，冲击物体后水沿物体表面流出；而靶距增大时射流呈扩散状态，冲击物体后引起大量的流体反溅，从而增大了打击力。
当然随着靶距的继续增大，射流的速度将减低，对物体的打击力也就不断减小。
二、射流冲击物体表面的压力分布连续水射流垂直冲击物体表面时，流体将以射流冲击中心成辐射状均匀地向四周流出。
在冲击中心处，压力为滞压力，即射流的轴心动压。
随着距中心径向距离的增大，射流对物体的作用压力逐步减小至环境压力，通常可认为是零。
显然射流冲击物体时存在一个作用范围，对垂直冲击而言就是在某一个半径范围之外，射流的冲击压力为零。
理想状态下不考虑射流结构的扩散，那么冲击作用半径r与射流半径r成正比。
三、水射流冲击物体破坏作用高压水射流或高速水滴冲击下物体的破坏大体上是由以下几种作用引起的。
（1）气蚀破坏作用；（2）水射流的冲击作用；（3）水射流的动压力作用；（4）水射流脉冲负荷引起的疲劳破坏作用；（5）水楔作用等。
在高压水射流冲击下，物料破碎过程中，虽然上述作用都将起作用，但是，在不同的切割条件下或对不同种类的物料来说，上述几种作用中的某两项，可以显得特别突出而起主导作用，其他将处于次要地位。
人们熟悉的材料本身性质是在常态下的，然而高速水射流的冲击将对材料性质产生以下的影响：(1)射流的初始冲击脉冲造成的弹性拉力波在材料中的冲撞、反射和干扰，破坏了材料的分子结构；（2）由于水滴长时间冲击材料表面而是材料软化；（3）水射流穿透渗入，促进了裂纹的扩展，加速了材料的破碎；（4）高压水射流的冲击，使材料局部容易产生流变和裂带等；（5）高压水射流的剪切作用，使材料容易破碎。
底板穿层水力冲孔防喷孔
底板穿层水力冲孔防喷孔日期:汇报人：contents•底板穿层水力冲孔防喷孔技术介绍目录•底板穿层水力冲孔防喷孔技术实施流程•底板穿层水力冲孔防喷孔技术效果评估contents•底板穿层水力冲孔防喷孔技术改进方向与展望目录•底板穿层水力冲孔防喷孔技术案例分析•总结与致谢01底板穿层水力冲孔防喷孔技术介绍CHAPTER在复杂地质条件下，井下采矿过程中经常遇到突发状况，其中喷孔与瓦斯突出是常见的安全事故。
针对这些问题，开发出一套有效的防喷孔技术对于提高矿产资源开采效率、保障采矿作业安全具有重要意义。
煤炭、石油等矿产资源在我国能源结构中占据重要地位，而此类资源大多存储在复杂地质构造的区域，开采难度较大。
技术背景和意义通过底板穿层水力冲孔防喷孔技术，能够有效地控制和减缓采场应力变化导致的喷孔、瓦斯突出等事故。
该技术主要利用水力冲孔的方式，在采场底板钻取直径较大的钻孔，以释放采场底部的应力，降低发生喷孔的风险。
与传统防喷孔方法相比，该技术具有操作简便、适用范围广、效果显著等特点。
技术原理和特点技术应用范围和限制02底板穿层水力冲孔防喷孔技术实施流程CHAPTER准备工具和材料确定穿层水力冲孔方案确定防喷孔规格防喷孔加工清理现场安全操作防止喷孔堵塞防止环境污染030201技术实施注意事项03底板穿层水力冲孔防喷孔技术效果评估CHAPTER实验法数值模拟法综合分析法03降低了能耗和材料消耗01提高了防喷孔效果02提高了成孔质量04底板穿层水力冲孔防喷孔技术改进方向与展望CHAPTER通过改进冲孔设备、优化冲孔程序和算法，提高冲孔的精度和一提高冲孔精度注重环保和节能方面的技术改进，例如研究低能耗的冲孔方法和材料回收利用技术，降低生产过程环保与节能增强防喷能力自动化与智能化技术改进方向技术发展展望1 2 3加强技术推广和培训建立行业标准与规范拓展应用领域和市场技术推广应用建议05底板穿层水力冲孔防喷孔技术案例分析CHAPTER背景介绍采用水力冲孔方法，在底板打出一系列钻孔，通过高压水射流切割、破碎底板，并利用喷孔效应将破碎的岩块和涌水迅速排出。
穿层钻孔水力冲孔防喷孔装置在强突煤层中应用
现 场应 用 结果 表 明 ，采 用 防喷 孔装 置后 ，１ —
１ ４ 钻孔水力 冲孔作业时传感器累计报警 ９ 次； 共 有 ６个 钻孔 在作 业 时 局部 瓦斯 浓 度超 过 了０ ． ５ ％，
其 中， 有３ 个钻孔作业时分别 ２ 次报警 ， 有 ３ 个 钻孔作业时分别 １ 次报警 ，其它钻孔施工时未报 警。 不采用防喷孔装置时 ， ｌ ５ — ２ ８ 钻孔冲孔作业时
煤一 水混合物 ， 甚至抛 出钻杆、 推倒钻机 ， 极易造成
伤人事故和局部瓦斯积聚。 为遏制这一状况 ， 在理 论研究与结合现场实际的基础上研制 了一种防喷 孔 装置 ， 现 场应 用结 果表 明 ， 该 装置 防 喷孑 Ｌ 及 防局 部瓦斯积聚效果 显著［ ５ １ 。
１ ． 气一 煤一 水分离器 ； ２ ． 弹簧管接入 口； ３ ． １ 抽采管接入 口； ４ ． 钢板斜 面； ５ ． 放煤 Ｅ ｌ ； ６ ． 排水 口
。 。
。
１ 概
况
义煤集团公 司孟津煤矿开采 的二 。 煤层为强 煤与 瓦斯突出煤层 ， 煤层最 大瓦斯压力 ３１ ＭＰ ａ ．
．
最 大 瓦斯 含 量 １ ６ ． ３ ７ ｍ ３ ／ ｔ ，瓦斯放 散 初 速度 在 １ ２ ． ５ ～ １ ８ ． ９ 之间 ， 煤 的坚 固性 系数 ０ ． ３ 左右、 渗透 率
２ ０ １ ４ 年第 ３ ９ 卷第 ４ 期
Ｖ ｏ ｌ ， ３ ９ Ⅳ ０ ． ４
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ — ９ ９ ４ ３ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ４ ． ０ １ ７
能 源 技 术 与 管 理
Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ４ ３
钻探工程防喷、降尘装置研制及应用
起煤 尘爆炸事 故 ； 同时也对孔 内释放 出 的瓦斯 起到 稀释作 用。 ３ 降尘 、 ＿ ３ 防喷装置 的应用 我 矿在 井下 ７５０底抽 巷 施 工穿 层钻 孑 ２１ Ｌ
时， 采用干式钻孑 工艺配合此套降尘 、 Ｌ 防喷装 置， 取得良好的效果。１ 高了综合降尘率。 （ 艉 巷 道 内不 需要 使用 喷 雾 ，有效 的控 制 了煤 尘 飞 扬 ， 化 了作 业场所 ， 净 降尘率 可达 ９％。 ０ 能极 大 限度 地改 善钻孔作业 现场 的空气 环境 ， 了 减少 对 工人 的身体危 害 ，保证 了工人 的身 心健康 。 （艉 高 了工作效 率。 ２ 采用压风施 工配 此装置 杜
中图 分类 号 ： ８ ＴＤ ２ 文献 标识 码： Ａ １ 言 引 间涌 出的高浓度 瓦斯 ， 造成 瓦斯超 限事故 。 易 任 楼 矿地 质 条 件 复 杂 ，煤 层透 气 性 低 ， 因此 ， 防止抽放 钻孑施 工过程 中喷孔 造成 Ｌ ２０ ０９年 ６ 正 式升 级 为 煤 与 瓦斯 突 出矿 井 ， 瓦斯超限及煤尘危害职工身体健康 ， 月 提高钻机 及最 根据 《 煤与 瓦斯 防治 突 出细则 》 规定 ， 必须进 行 施工 中的安全 系数 ， 大 限度 的降低煤 尘对 区域 瓦斯 治 理 。在钻 孔 施 工过 程 中穿 层次 数 巷道 的污染 ， 是 问题 存在 的关键 。 这 ３ 具体应 用 多 ， 放钻孔 施工难 度较 大 ， 钻过 程 中顶 钻 、 抽 打 ３ ． 构组成 １结 卡钻 、 孔 现象 时 有发 生 ， 喷 严重 影 响抽 放钻 孑 Ｌ 该装 置由两部 分组 成 ，下部 分为 出料 、 降 的施 工 ，有 时孔 内喷孔 瞬 间涌 出的高 浓度 瓦 上部 为下钻 、 防喷部装 置 。 如图所示 ） （ 斯， 易造成 瓦斯超 限事故 。特别 是底 抽巷施 工 尘装 置 ， Ｆｉｕ ｅ ．ｓ ｈ ｍｅ ｇ ｒ１ ｃ ｅ ｓ 穿层 钻孔 中 ， 由于开孔点 一般 都处 于 ８ 煤底 板 下 ２ 米 左右 ，在施 工 钻孑 过程 中要 穿过 ３４ 防 尘 装 置 示 意 图 ０ Ｌ － 层煤 和煤 线 （２７ 、２ ８ 、３７ 煤及煤 线 ）用清 水钻进 ， 易导致后 路煤层 段塌 孔 ，造 成煤渣 堵塞 后路 ， 从 而 导致 抱钻 现 象 ， 孔 施工 难度 大 ， 重影 钻 严 响钻 探 进 尺 ； 用 压 风 钻进 时 ， 尘 大 ， 喷 采 煤 易 孔， 为有 效预 防钻孑施 工 时防喷 、 Ｌ 降尘 问题 ， 防
穿层钻孔抽采消突技术研究与应用
（ 一 ２ ８ ０ —． ３ ５ ５ ｍ标高） Ｆ １ 断层 Ｅ 盘南部区。南北走向长约 １ ６ ０ ０ ｍ， 平均１ 顷 斜宽约 １ ４ ４ ｍ， １ ７ — １ 煤层平均厚度 ６ 米、 １ ７ — ２煤层平均厚度 ５ 米， 本 区煤 炭储量为 ３ ５ ５ 万吨。该煤层上覆 １ １ 号煤层三水平均已采完， 层间距］ 匕 小 南大， 约８ ０ ２ ０ ０ ｍ 。该煤层下伏 １ ８ 号煤层， 尚未开采， 层间距南小北大， 约３ ０ ～ ６ ０ ｍ 。经测算 １ ７ 层煤层瓦斯含量为 ｌ ｆ １ ２ ｍ ， 四水平南 １ ７ 层一 四区一段地 睹量 １ ６ ０ 万吨， 本区瓦斯锗量为 １ ６ １ ９万 ｍ 。四水平南 １ ７ 层一四区一段标高（ 一 ２ ８ ０ — ３ ５ ５ ） 位于兴安矿始突一３ ｌ Ｏ ｍ标高以下 ， 具有 突出危险陛。 兴安矿突出危险日 捌 则 主要是 ０ 定煤层压力。 经测定， 三水 平南二石门以北至南一石门 ５ ８ ０ 米范围内四水平 １ ７ 层一段煤层具有突 图 １ 出危险ｆ 生 兴安矿突出危险陛预测主要是测定煤层压力， 经测定 ， 三水平南 二石门以北至南一石门５ ８ ０ 米范围内四水平 １ ７ 层一段煤层具有突出危 ｌ ｏ ｅ一 ｒ １ ５ ｍ布置～个预测钻孔 ，孑 Ｌ 深根据工作面条件选定 ，一般为 ５ 险性， 兴安矿突出危险性预测主要是测定煤层压力经 测定， 三水平南二石 ｍ— ｌ Ｏ ｍ 。当预测为无突出危险工作面时 ，每预测循环应留 ２ ｍ预测超前 门以北至南—石 门 ５ ８ ０米范围内四水平 １ ７ 层— 层具有 突出危险Ｉ 生。 距。 ２区域消突方案和作法 ３ ３工作面防突措施。 采用超前排放 占 孑 Ｌ 和浅孔抽放瓦玮 作 为采堞工 在四水平南 １ ７ 层１ － ４区一段 总机道内由设计停采线向设计切眼方 作面的防突措施时， 钻孔直径一般为 ７ ５ ～ １ ２ ０ ｍ ｍ， 钻孔在控制范围内应 向向四水平南 １ ７ 层Ｉ 一 ４ 区一段 道两倾 施 工预抽穿层钻孔 ， Ｉ 共施工抽 均匀布置 ， 在煤层的软分层中可适当增加钻孔数； 超前排放钻孔和预抽钻 放钻场 １ ３ 个， 预抽钻孔 ４ ６ ２ 个， 钻孔落点控制在一段机道上帮轮廓线以 孔的孑 【 ． 数、 孑 间距等直根据钻孔的有效抽放或 定。 外２ ０ ｍ， 下帮轮廓线以外 ５ － ７ ５ ｍ， 钻孔长度 ４ ０ 一 ｔ ２ ０ ｍ ， ￣ ｋ 角度 ８ —３ ８ 度。 ３ ４采煤工作面防突效果检验。 采煤工 条带中空白区域未覆盖钻孔的， 因其测试瓦斯初始压力时均低于 ０ ． ５ Ｍｐ ａ ， 工作面突出危险陛预测的方法和指标实施。沿采煤工作面每隔 １ ０ ～ １ ５ ｍ 所以没有进行瓦斯抽放， 直离 茳＾区域效果验证。 预抽范围见 ． 整体分布详 布置—个检验钻孔 ， 深度小于或等于防突措施 占 孑 Ｌ 。 如果采煤工作面检验 细图如图 １ 。 在机道、 切服和轨道施工完毕后， 施 咧 钻孔沿回采工作面 指标均 小于指橱 界值 ， 且 未发现其它异 常 隋况 ， 则措施有效 ； 否则 ， 判定 机道由设汁切眼向设汁睁果 向平行切眼布置。 钻孔间距 ｌ Ｏ ｍ， 钻孔水 为措施无效。 平落 勒道往下 ２ ０ ｍ。 钻孔长度 ８ ０ 蝴 Ｌ 角度 ３ ５ 度。 预抽瓦斯钻孔及抽 ３ ５安全防护措施。 井巷揭穿 １ ７ 煤层或在煤层中进行采掘作业时， 都 放瓦斯工程量：施工钻孔量： ４ ６ ７ ６ ４ 米／ ４ ６ ２ 个， ２ ０ ０ ７ 年７ 月至 ２ ０ １ ０ 年８ 必须采取安全防护措施。安全防护措施包括远距离爆破 、 反向风门、 避难 月三年累｛ 寸 抽放瓦斯 ４ ０ ９ ． ２ 万米 ３ ， 预抽放瓦斯 占本区瓦斯总量的 ２ ５ ２ ％， 峒室、 压风自 救系统和隔离式 自 救器等安全防护措施。 达到了预抽煤层瓦斯实现消突效果。 ４区域消突检验及 区域 验证 ３局部 消突和石门安全揭煤 消突检 验 ： 在 四水平南 １ ７ 层一段总 机道向机道 施工穿层钻孔进 行效 ３ ． １石门揭煤工作面。 （ １ ） 石门概况 ： 本区设计走向长度 ８ ４ ０ 米， 开拓布 果检验， 共布置六组 ２ １ 个钻孔 ， 每隔５ ０ ｍ布置—个检验孔。 钻孔呈扇形布 置方式采取 南部边界上 山 、 中部轨道 匕 山、 一 段总轨道 、 — 段总机道 岩巷 ， 置， 钻孔落点控制在一段机道上帮轮廓线、 下帮轮廓线以外各 １ ５ ｍ范围以 其中 道布置 ４ 个胡道石门走向反上， 石门间距 １ ７ ０ — ２ ５ ０ 米、 营 勃道布 内， 钻孔长度 ３ ０ ～ ６ ０ ｍ， 钻孔角度 ｌ ５ —３ ８ 度。 顺层钻孔在谤 剐期道 内， 由设 置３ 个轨道石门走向反上， 石门间距 ３ ０ ０ 米。 （ ２ ） 石门揭煤工作面突出危险 计切眼向设计停采线方向沿走向每隔 ５ ０ ｍ范围内施工一个检验孔 ， 钻孔 性预测：石门揭煤工作面的突出危险 ０ 选用综合指标法和钻屑瓦斯 平行切眼布置， 钻孔落 中， 钻孔长度 ２ ０ — ６ ０ ｍ， 钻孔角度 ３ ５ 度。 区域 解吸指标法。在机道石门施工 ３ ０ 米停工施工抽放硐室 ， 倾斜反上在石门 验证：在工作商 羞人 该区域时， 进行至少两次区域验证；工作面每推进 钻场 平行方向打钻施工拐 钻孔 ，若＿ 是 走向反— 匕 则在石 门钻场按 ５ ０ ｍ至 ！ ｆ 钢 次区域验证； 在构造破朔滞 连续谜彳 亍 区蚓 佥 证； 钻孔每施 煤层走向方向施］ 钻孔 ，作为测定煤层原始瓦斯压力和措施效果检 工 １ ． ０ 米测定 Ｌ 咕屑量撸际Ｓ —次，每间隔 ２ ０米即 ２ ０ 米、 ４ ０ 米、 ６ ． ０ 米、 ８ Ｄ 验孔。（ ３ 肪 突措施 ： 每个石门布置施工至少 ３ ３ 个钻孔 ， 钻孔呈扇形布置， 米 渡 样本。当连续进行两次突出危险陛验证， 各指标者 、 于临 同一方位布置 ３ 个钻孔（ 上、 中、 下） ， 钻孔间距 ０ ５ ｍ， 钻孔落点煤层顶板 ， 界 值ｌ ￣ Ｐ Ａｈ ２ ＜２ Ｏ Ｏ Ｐ ａ ， Ｓ ＜６ ｋ ｇ ／ ｍ时 ， 工 作面预测为无突 出危险工作面 。 正常 钻孔 平间距 ５ ｍ， 终孔孔 底水 平间距 １ ５ ｍ， 钻孔长度 ５ ５ — ２ ０ ０ ｍ 。 钻 孔 采掘作业 时 ， 每掘进 ２ ５ ｍ进行 两次 突出危 险 ｝ 验 证（ 验征 去 如上 ） 。 施工完毕后全湘 己 孑 Ｌ 抽放 ，抽放直到测压ｆ Ｌ 压力表窝牧 小于突出危险 ｌ 生 ５结论 临界值 ０ ． ７ ４ Ｍｐ ａ 方可采取局部防突措施安全揭煤 ， 预抽瓦斯在揭穿煤层 对－ －２ ９ ０ 标高以下机道石门揭煤 ， 进行局部消突措施后， 实现安全揭 之前应当保持抽采状态。 （ ４ ） 工作面防突揩泡 目 检验： 石门防治突出措施 煤 ； 通过打澳 ０ 压钻孔， 对煤层残余瓦斯压力测定， 压力均小于 ０ ． ７ ４ Ｍ ｐ ａ 以 执行后， 采取钻屑指标方法检验措施效果 ， 即测定钻屑瓦斯解吸指标Ｇｈ ２ 下； 采取钻屑解吸指标法进行突出危险Ｉ 生 ｉ 则 定， 本区域实现消突。综上述 或残余 爹 班功 Ｐ 。检验孔数为 ５ 个， 分别位于石门的上部 、 中部 、 下部和 兴安矿四水平 １ ７ 层一四区—段实现区域和局部消突。 两侧，终孔位置直位于措施控制范围的边缘线上。经措施效果检验有效 参考文献 后， 方可采取安全措施施工。 ｆ １ １ 张振普． 煤矿安全生产管理与技术 呻 北京 ：中国矿业大学出版社， ３ ２采煤工作面突出危险性预测。 采煤工作面突出危险性预测使用煤 ２ ０ ０８ ， ５ ． 巷掘进工作面 的煤钻 屑解吸指标突 出预测方法 ，沿采煤工作面每隔 ［ ２ １ 赵铁锤 防治煤 与瓦斯 突出规定 北京 ： 煤炭工业 出版社２ ０ ０
底板穿层水力冲孔防喷孔
通过底板穿层水力冲孔技术施工的 钻孔，可以准确探测煤层厚度、瓦 斯压力等信息，为煤矿安全生产提 供有力支持。
03
防喷孔技术原理及实践应用
防喷孔技术定义及原理介绍
防喷孔技术定义
防喷孔技术是一种在钻井过程中，通过采取一系列措施，防止钻屑、钻井液或其 他物质从井口喷出，从而保护井口周围环境、设备和人员安全的技术。
防喷孔技术原理
防喷孔技术主要基于压力控制原理，通过调节钻井液密度、粘度、切力等参数， 控制井内液柱压力与地层压力和环空压力之和相平衡，从而防止井喷事故的发生 。
防喷孔技术在底板穿层水力冲孔中的应用
底板穿层水力冲孔介绍
底板穿层水力冲孔是一种在地下矿山开采过程中，通过高压水射流冲击底板岩石，实现穿层切割、破 碎和排渣的工艺方法。
底板穿层水力冲孔防喷孔
汇报人： 2023-12-19
目录
• 引言 • 底板穿层水力冲孔技术原理 • 防喷孔技术原理及实践应用 • 底板穿层水力冲孔防喷孔技术
难点及解决方案 • 底板穿层水力冲孔防喷孔技术
发展趋势与展望 • 总结与建议
01
引言
目的和背景
目的
介绍底板穿层水力冲孔防喷孔技术的原理、应用和发展现状，为相关领域的研 究和实践提供参考。
高效化发展
为了提高施工效率，底板穿层水 力冲孔防喷孔技术将不断优化施 工工艺，采用更加高效的施工设 备和技术，缩短施工周期。
技术发展前景展望
广泛应用前景
国际化发展前景
随着底板穿层水力冲孔防喷孔技术的 不断发展，其将在更多领域得到广泛 应用，如水利水电、矿山开采等领域 。
随着全球化的不断发展，底板穿层水 力冲孔防喷孔技术将逐渐走向国际化 ，为全球范围内的工程建设提供技术 支持和服务。
底板岩巷穿层钻孔和水力冲孔消突技术试验研究
到有 效 阻碍煤 与 瓦斯 突 出发 生 的预期 效 果 。
２ １ 年第 ２ ０１ 期
ｄｉ１．９ ９ｊｓｎ１７ — ９ ３２ １．２０ ９ ｏ：０３ ６／．ｓ．６ ２ ９ ４ ．０ ０ ．１ ｉ １
能 源 技 术 与 管 理
４ ９
底 板 岩 巷 穿 层 钻 孔 和 水 力 冲 孔 消 突 技 术 试 验 研 究
朱 ［ 摘 振， 杜润魁 ， 兰发林
ｈ
上、 下顺槽及切 眼设计 位置 内错 ２ Ｉ ０Ｉ、 Ｔ 距煤层底 板垂距不少于 １ １提前掘底板岩巷 ， ５Ｔ Ｉ 沿底板抽放 巷掘 进方 向每隔 ２ 布置 一个 钻 场 ， ５ｍ 每个钻 场 布 置 ８排 、 列 共 ４ 孔 径 为 ９ ｍ 的钻 孑 ，正 前 ５ ０个 ０ｍ Ｌ
２ ８ Ｐ， ５ ａ ｋ 煤样的吸附常数 ａ ３． ３，＝． Ｐ～ ＝ ３ １ ／ｂ １ ０ ａ ， ２ｍｔ ３Ｍ 煤的孔隙率平均值为 ５ ４ ％。 ．３ ４
３ 底 板岩 巷 穿层 钻 孔 和水 力 冲孔 消 突技
术试 验
３１ 底 板岩 巷 穿层钻 孔 和水 力冲 孔试 验地 点 ． １ 区底板 岩 巷 穿层 钻 孔 如 图 １所示 ， １采 即沿
图 ２ 水力冲孑 钻孔施工设计 示意图 Ｌ
５ ０
朱
振， 等
底板岩巷穿层钻孑 和水力冲孔消突技术试验研究 Ｌ
２ １ 年第 ２ ０１ 期
表 １钻孔设计数据表
孔 号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９
倾 角 ，。 ７ ７ ７ ７ ７ ７ ７ ７ ７ （） ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０
１． ６８ｍ／ ４４～１． ３，平 均含 量 为 １．ｍ３，瓦斯 压 力 ｔ ５６ ／ ｔ １ ０ＭＰ ， 气 性 系数 ００～ ． ５ｍ２ ＭＰ２ ）瓦 ． ａ透 ４ ．２ ００ ／ ａｄ ， ３ （ ．
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穿层消突钻孔水力冲孔防喷孔装置的研制与应用【摘要】穿层钻孔水力冲孔卸压增透消突技术被广泛应用，但水力冲孔造成煤体局部卸压，裂隙发育，在高应力区域甚至造成深部煤体“塌方”，致使大量解吸瓦斯通过钻孔喷出。
如果不采取防喷孔措施，会引起钻场瓦斯超限，造成瓦斯事故的发生。
【关键词】穿层钻孔；水力冲孔；煤体塌方；瓦斯喷出；防喷孔装置
郑煤集团超化煤矿开采的二叠系山西组二1煤层属“三软”不稳定厚煤层，煤层的顶板、底板，均由硬度低的泥岩或砂质岩组成，顶板随开采活动随采随落，底板也易发生底鼓现象，煤层松软破碎。
随着煤炭资源开采量的进一步增加，煤矿的开采强度和开采深度都有所较大的变化，煤炭开采面临的难度和风险也随之增大，特别是瓦斯对煤矿开采的危害也越来越大。
煤炭企业对瓦斯治理能力的强弱不仅仅表现在技术高低上，瓦斯治理的装备能力也起到重要作用。
穿层钻孔水力冲孔卸压增透消突技术被广泛应用，特别是在“三软”煤层中使用该技术措施进行消突得到普遍认可。
但水力冲孔造成煤体局部卸压，裂隙发育，在高应力区域甚至造成深部煤体“塌方”，致使大量解吸瓦斯通过钻孔喷出。
如果不采取防喷孔措施，会引起钻场瓦斯超限，造成瓦斯事故的发生。
超化煤矿目前开采二1煤，开采区域都处在煤与瓦斯突出危险区域，瓦斯含量高、压力大，在掘进工作面或石门揭煤消突方面主
要采用穿层钻孔水力冲孔卸压抽放瓦斯措施。
但在打钻或水力冲孔期间常见瓦斯喷孔现象，瓦斯喷孔易造成钻场内瓦斯超限，甚至出现伤人事故。
1、技术原理
为了防止瓦斯事故的发生，超化矿在原来箱式集尘箱的基础上，通过改进集尘箱和孔口捕尘器装置，研制防喷钻杆，最终形成了水力冲孔防喷孔整套装置。
经过多次现场试验，该装置具有结构简单、实用、密封、便于维护等特征，能有效解决喷孔造成的钻场瓦斯超限问题，采用的技术原理：
利用水—煤—气三相分离的原理，在钻孔内部排出的水、煤、气使其通过不同的路径，经过二次抽放首先把气体分离，然后利用沉淀方法把水—煤分离。
在防喷钻杆的研制方面采用单流凡尔原理，在钻杆顶端设置单流滚珠及防脱落筛，起到可很好的单流控制和反向密封效果。
2、工艺流程
抽气、放水和排渣的具体工艺流程为：当水、煤、气同时从钻孔涌出时，首先通过安装在孔口的抽放管路抽出部分瓦斯，剩余的混合物通过孔口防喷装置下端的大孔径管道输送到箱式水—煤—
气分离器里面，分离器体积较大，便于瓦斯在上方聚集和钻屑在箱底的沉淀。
上部聚集的瓦斯通过安装在箱顶部的抽放管道抽出，中部聚集的水通过安装在箱侧部一定高度的排水管排出，沉淀在下部的钻屑定时打开密封阀门取出。
当用风排煤屑时，孔口防喷装置使
用同上，分离器上端设计的两个连接高压水管的喷水嘴打开，关闭分离器侧面的排水管，然后定期打开密封阀门清理箱内煤泥。
3、关键技术
3.1改装钻孔孔口捕尘器，延长并密封埋管，孔口与钻杆结合处增加密封皮垫，外部利用编织袋填煤泥方法封堵钻屑和瓦斯，通过验证，能封堵97%以上的瓦斯；
3.2在水力冲孔期间，利用箱内外压差，在箱内始终保持高度超过排水口的水面，有效的增加箱子的密封性，防止瓦斯大量外泄；
3.3利用单流凡尔原理，研制防喷钻杆，无论是风排还是水排钻屑，都能实现单流控制和反向密封的效果。
4、应用效果
在水力冲孔条件下防瓦斯喷孔也是当前面临的技术难题，国内一些企业研制的防喷孔装置，并未考虑钻杆装杆退杆时从杆中间喷瓦斯的情况，且大多防喷孔装置因体积小对高压瓦斯起不到缓冲作用致使瓦斯捕捉率较低。
在石油、天然气和煤层气开采发面虽然采用了钻进放喷孔技术，但大都是采用的封堵措施，在井下穿层钻孔中并不适用。
本装置巧妙的利用了集尘箱和改进的孔口捕尘器捕尘原理和水—煤—气不相容的特性，通过多次的井下现场验证和平地改进，使其具备密封捕瓦斯的功能。
加上对钻杆进行防喷功能的改进，该套装置最终作为水力冲孔防喷装置应用于现场。
本装置具有技术可行、经济合理、安全可靠的特点，无论是风
排钻屑还是水排钻屑都适用；捕捉瓦斯率超过95%，有效的防止瓦斯喷孔造成的钻场瓦斯超限问题；能适用于井下狭小空间的特点，并已成功地应用于煤矿井下各个打钻地点，从而完善了防喷工艺并提高了打钻效率，为矿井高效安全生产提供了可靠的技术条件。
作者简介：
程洪亮（1972-），男，河南郾城市人。
河南理工大学采矿专业毕业，助理工程师，现从事防突技术管理工作。