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[研究生课题] 机械水力联合破煤造穴技术

开始时间:2019.6.1

课题承担人:卢彦飞 (点击查看


研究背景

瓦斯是煤形成过程中的伴生物,也是煤矿生产中的重大危险源。根据国家煤矿安全监察局事故调查资料统计,2018年中国煤矿共发生事故224起,死亡人数333人。其中包扩瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、瓦斯窒息等类型的多起瓦斯事故。虽然瓦斯灾害治理技术不断进步,瓦斯灾害防治工作也取得了一定的成效,但矿井瓦斯仍然是煤矿安全生产的第一杀手,造成大量的人员伤亡和财产损失。

瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施,然而在我国高瓦斯和突出煤层中有95%以上的开采煤层属于低渗透率松软煤层。松软煤体煤质松软破碎,在应力条件下具有蠕变流变特性,透气性差,瓦斯含量高压力大,突出危险性大。此外,松软煤体成孔难度大,打钻施工过程中易发生喷孔、顶钻、抱钻等事故,甚至在钻杆连接性差时出现钻杆掉落现象,钻孔成形后稳定性差,易发生孔壁坍塌堵孔现象,瓦斯抽采效率低,抽采效果差。若采用大面积密集钻孔,施工过程中排出大量煤粉可起到卸荷煤体的作用,可以降低地应力和瓦斯压力,但是施工工程量大工期长,采掘接替紧张。若采用地面或井下水力压裂、水力割缝、深孔爆破等措施,受煤体松软破碎影响所形成裂隙较难维持,而且难以从根本上降低煤体地应力,甚至存在造成煤体内局部应力集中可能。

水力冲孔造穴作为一种新兴卸压增透技术被广泛应用。其借助顺层钻孔或穿层钻孔深入煤体内部,采用高压水射流冲出大量煤体及瓦斯,形成若干直径较大的洞室,在煤体中形成一定卸压排放瓦斯区域,配合瓦斯抽采措施从而降低煤体地应力及瓦斯压力,从而消除煤体突出危险性。该措施一方面在水力造穴过程中将大量松软煤体破碎并冲出,起到了降低煤体地应力的作用;另一方面在煤层中形成的洞穴增大煤层裸露面积并且在洞室周围形成巨大的裂隙网络,为瓦斯运移及抽采提供了广阔的空间,改善了煤层渗透性。可以有效提高瓦斯抽采效率和瓦斯抽采量,消除矿井瓦斯灾害隐患,为松软高突煤层瓦斯治理提供了新途径。

但是,由于煤层存在地应力不均、构造煤与原煤同时存在等,导致水力冲孔卸压不均,又缺乏有效的钻孔形状监测手段,可能造成事故的发生。机械水力联合破煤造穴技术借助机械手段和高压水射流,能有效保证卸压范围,均匀卸压。通过数值模拟结合平煤八矿现场数据分析证明相比传统水力冲孔方法更可靠,卸压效果更好。


课题进展

  • 6.1-6.10:查阅文献了解国内外瓦斯抽采卸压增透技术研究现状
  • 6.11-6.25:学习Flac3d数值模拟软件
  • 6.25-6.30:学习掌握煤层卸压增透原理、修改模型参数
  • 下一步工作计划:现场数据收集、撰写论文前两章