• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
松软煤层液压芯杆瓦斯增透机械造穴装备研发与应用
  • 作者

    王海峰王海瑞刘垒王刚邱立新乔占义

  • 单位

    山东益矿钻采科技有限公司

  • 摘要

    在突出煤层中施工钻孔预抽煤体中的瓦斯是降低煤体瓦斯含量、瓦斯压力的有效措施,对煤矿安全生产至关重要,钻孔周围煤体的透气性系数是影响瓦斯抽放效果的重要因素。我国煤层地质条件复杂,煤体的透气性普遍较低,透气性系数为0.004~0.040 m2/( MPa2·d),导致钻孔抽采影响范围小、抽采效果差、瓦斯治理周期长,严重影响矿井的安全生产。近年来,国内众多研究人员围绕煤矿井下瓦斯抽采钻孔增透问题开展了大量研究,不仅丰富了瓦斯抽采理论,在工程实践中也取得了有益效果。大量研究和实践表明,对煤矿井下瓦斯抽采钻孔造穴增透可大幅提高瓦斯抽采效果,有助于扩大钻孔抽采影响范围,缩短瓦斯治理周期,具有显著的安全效益和经济效益。目前,国内矿井为了提高瓦斯抽采钻孔周围煤体的透气性,常采用水力化增透、孔内高压机械造穴等技术来实现煤体卸压增透。水力化增透如水力割缝、水力冲孔造穴等是种有效的煤层增透技术,使用高压水射流冲击破碎钻孔周围煤体,使钻孔周围形成空洞,实现煤体卸压,释放大量瓦斯。孔内高压机械造穴是利用高压泵和高压密封钻杆向扩孔装置提供高压液体驱动机械扩孔装置张开来进行造穴。水力化增透和孔内高压机械造穴技术在提高煤层透气性方面取得了一定的效果,但使用中也存在诸多问题,主要表现在:①上述2种造穴增透工艺均需通过高压泵和高压密封钻杆向钻孔内输送高压流体作为动力,其施工过程全程处于高压状态,作业危险系数高,钻杆接头密封圈易损坏,频繁更换影响施工效率,且一旦出现泄漏,孔内流体将不能形成高压,无法实施水力化增透或机械扩孔施工;②需要结构复杂的高低压转换阀来实现正常钻进和扩孔2个过程的供液问题,高低压转换阀主要通过弹簧调节转换压力,容易出现压力控制不精准、压力流体流失、可靠性低等问题;③高压水射流冲孔造穴期间产渣量和瓦斯涌出量不可控,钻孔局部垮落导致排渣通道堵塞时,钻孔内将积聚大量瓦斯和高压流体,钻孔突然疏通时,较易发生喷孔瓦斯超限事故。因此,针对水力化增透和孔内高压机械造穴技术存在的问题,需对突出煤层气抽采钻孔造穴增透装备进行创新,研发性能可靠、施工效率高、造穴过程可控的瓦斯增透机械装备并进行现场效果检验。

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