“三软”煤层水力冲孔卸压增透关键技术及应用

摘要

“三软”单一突出煤层无法通过开采保护层卸压增透，由于其顶底板岩体质软破碎、煤体结构破坏严重，无法进行水力压裂，只能采用水力冲孔出煤、卸压增透，实现快速抽采达标。本文在对以往水力冲孔技术系统分析的基础上，采用一系列新型冲孔装备，通过实验室实验、现场试验、理论分析和数值模拟，提出一套适合于“三软”煤层的快速卸压增透技术。
　　首先，利用Hoek-Brown破坏准则，以高压水射流破煤机理为基础，建立水力冲孔前后钻孔周围应力分布的数学模型，计算钻孔周围卸压区域，确定水力冲孔卸压影响范围。其次，针对水力冲孔后出现的应力拱现象，引入散体力学理论分析钻孔成拱的极限跨度；并通过直剪试验，研究含水率对钻孔成拱的影响，为冲孔前后钻孔是否成拱稳定提供依据。据此，系统探讨了“三软”煤层水力冲孔卸压增透机理。最后，采用钻冲一体化系统装置和瓦斯抽采孔水力作业机等装备，在郑州煤炭工业（集团）有限责任公司大平煤矿和告成煤矿“三软”煤层进行了工业性试验，初步提出了一套多阶段、多途径增透技术：第一阶段的中风压快速钻进和退钻过程中的高压水射流冲孔的钻冲一体化技术，联抽阶段的老孔多次修复增透技术和裸孔螺杆钻具透孔、高压水射流增透技术。
　　现场应用结果表明：穿层钻孔采用钻冲一体化技术后瓦斯抽采半径增加1.5倍，煤层透气性系数提高2倍；对临时封孔的裸孔多阶段增透后，测试钻孔的瓦斯抽采量提高2～2.5倍；老孔修复增透后，瓦斯抽采纯量增加0.4～4.2倍。

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1. 绪论

1.1 引言

1.2 文献综述

1.3 存在的问题

1.4 研究内容

1.5 技术路线

2. 水力冲孔卸压增透理论基础

2.1 高压水射流破煤机理

2.2 基于H-B准则的水力冲孔卸压增透机理

2.3 钻孔抽采瓦斯流固耦合模型

2.4 钻孔“散体拱”的形成与破坏

2.5 本章小结

3. 钻冲一体化技术

3.1 钻冲一体化系统装备

3.2 钻冲一体化技术

3.3 钻冲一体化技术应用

3.4 本章小结

4. 瓦斯抽采孔修复增透技术

4.1 钻孔修复增透装备

4.2 瓦斯抽采钻孔修复增透技术

4.3 钻孔修复增透技术应用

4.4 本章小结

5. 裸孔多阶段增透技术

5.1 裸孔多阶段增透装备

5.2 裸孔多阶段增透技术

5.3 裸孔多阶段修复增透技术应用

5.4 抽采负压与抽采流量关系

6. 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

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