近日,阳泉市上社煤炭有限责任公司“超高压水力割缝增透技术”项目荣获山西省煤炭学会第四届煤炭清洁高效利用委员会暨“双碳杯”科技成果大赛优秀奖。该技术在低透气性煤层瓦斯抽采作业中成功应用,大幅提升了瓦斯抽采效率,为矿井安全开采提供了坚实的技术支撑。
该技术是依托60-100MPa超高压水流对煤壁进行快速切割,形成规则缝槽并排出煤屑。此举可在钻孔周围形成卸压保护层,促使缝槽上下煤体有效卸压,显著提升煤层渗透能力。同时,缝槽四周煤体发生位移与膨胀变形,新生裂隙与原有孔裂隙贯通形成网状结构,进一步扩大卸压增透范围,从而强化瓦斯抽采效果,缩短抽采达标周期。
在核心装备与施工工艺层面,项目采用GF-100型超高压水力割缝装置,这套由金刚石水力割缝钻头、水力割缝浅螺旋钻杆、超高压旋转接头、超高压清水泵、高低压转换器及超高压橡胶管等组成的设备,具备性能稳定、结构简洁、操作便捷的优势,可实现钻进与切割一体化作业。施工过程严格遵循标准化流程,选用φ113mm金刚石复合片钻头施工至设计深度,按照煤孔段长度确定割缝刀数。随后关闭静压水,撤出钻杆并连接高压水管路,逐步调节压力,通过喷嘴射出高压水流,配合钻机旋转切割周边煤体,单刀割缝时长不小于10分钟。施工人员依据孔口返水返渣情况动态调整作业节奏,反复完成割缝、卸压、接杆等操作,直至完成预计割缝刀数,最后卸压撤杆、封孔,整套流程规范高效,易于现场推广应用。
为全面验证技术实效,公司选定150108工作面切巷底抽巷作为试验地点,选取多组穿层钻孔分别作为割缝试验组与不割缝对照组,严格把控开孔高度、孔间距、封孔长度等关键参数,通过对瓦斯抽采浓度、抽采纯量、抽采达标时间及残余瓦斯含量等核心指标的系统监测,开展全面对比分析。
试验数据显示,增透效果方面,超高压水力割缝钻孔单孔冲出煤粉量可观,有效拓宽了煤层卸压增透的范围。瓦斯抽采效率上,试验组平均抽采浓度达到对照组的1.31-1.51倍,抽采纯量更是达到对照组的2.46-3.28倍,且高浓度抽采状态稳定、衰减速度缓慢。试验组煤层残余瓦斯含量均低于对照组,充分印证了该技术在促进瓦斯解吸抽采方面的突出作用。(梁凤平)