高压水射流扩孔技术在丁集煤矿的瓦斯抽放效果分析

之前我们进行了《丁集煤矿高压水射流扩孔试验》，其高压水射流扩孔施工工艺为，首先在钻场施工Φ75 mm或Φ89 mm的小孔径普通钻孔，穿透全煤层后撤钻，将高压水射流装置送入钻孔煤层位置进行高压水射流扩孔切割，高压水会在高速旋转中将媒体逐层切割下来，煤屑通过排渣喷嘴从钻孔内排出，几乎没有煤屑排出时即可停止扩孔。以下我们主要介绍高压水射流扩孔技术在丁集煤矿的瓦斯抽放效果。

一、瓦斯含量压力及透气性系数测定

各钻孔在施工时进入煤层后我们取煤样通过现场解吸、回归计算、实验室解吸测得其解吸量、损失量、残存量，从而得到煤样的原始瓦斯含量。测定结果见下表。
 

各钻孔煤样瓦斯含量测定结果
钻孔号	煤样质量/g		解吸量/m³•(t•r)－1	损失量/m³•(t•r)－1	残存量/m³•(t•r)－1	瓦斯含量
	原煤	可燃质				/m³•(t•r)－1	/m³•t－1
1#	198.00	165.14	3.04	1.28	6.81	11.12	9.28
2#	188.00	156.26	2.68	1.56	7.24	11.48	9.54
3#	192.00	160.23	3.00	1.21	7.06	11.67	9.41
4#	190.00	159.76	2.98	0.99	7.01	10.98	9.23

从上表可以看出，在考察研究之前测定的实验区各钻孔内11－2煤层瓦斯含量基本相等。表明实验区11－2煤层瓦斯含量分布均匀。

3#、4#钻孔扩孔后将4个钻孔均并列插入20m长和2m长2根Φ159mm镀锌铁管，分别作为测压管和注浆管，用快干水泥、木楔将2根镀锌管密实固定在钻孔孔口位置，通过注浆管向钻孔内注水泥浆，直到水泥浆从测压管管口流出后，即停止注浆。等48小时水泥硬化后，在测压管外口处接入压力表，进行被动测压。经过21天的测压周期，我们发现各钻孔瓦斯压力稳定不再上升，最终测得1#、2#钻孔瓦斯压力为0.9 MPa，3#钻孔瓦斯压力为0.8 MPa，4#钻孔瓦斯压力为0.85 MPa。据此可以判断，试验区域11－2煤层瓦斯压力分布基本均匀。

压力稳定后将压力表拆下，利用ZLD－2多级流量计连续9天测定各钻孔瓦斯流量，并计算得到各钻孔处煤层的透气性系数，1#、2#、3#、4#钻孔所测得结果分别为0.301、0.397、2.055、1.961 m²/(MPa²•d)。

高压水射流扩孔前11－2煤层平均透气性系数为0.349 m²/(MPa²•d)；扩孔后11－2煤层平均透气性系数为2.008 m²/(MPa²•d)。扩孔后是扩孔前的5.75倍。这表明高压水射流扩孔可有效提高煤层透气性。

二、抽放效果检测

流量测定结束后，1#、2# 钻孔为第一组，3#、4# 钻孔为第二组分别通过高压胶管接入抽放管路进行抽放。
 
在2组抽放钻孔接入抽放管路的位置各留测量孔接入温度传感器、流量传感器、负压传感器、甲烷浓度传感器连续15天监测抽放参数，由监测结果可以看到，第二组钻孔抽放瓦斯浓度较第一组稍高，平均流量第二组是第一组的3.5倍，15天累计抽放标态下第二组瓦斯浓度是第一组钻孔的4.1倍。

三、残余瓦斯压力测定及残余瓦斯含量计算

抽放15天后，将抽放高压胶管拆下，重新在4个钻孔的测压管外口安装压力表，测定抽放15天后的残余瓦斯压力。

经过15天抽放后，1#、2#钻孔残余瓦斯压力均为0.8 MPa，较抽放前均下降了0.1 MPa；3# 钻孔残余瓦斯压力0.5 MPa，4 #钻孔残余瓦斯压力0.55 MPa，较抽放前均下降了0.3 MPa，且均低于了0.74 MPa。显然，抽放钻孔经高压水射流扩孔后抽放效果明显提高。

根据11－2煤层吸附曲线，由各钻孔瓦斯压力值计算煤层瓦斯含量，1#、2#钻孔处煤样残余瓦斯含量为8.92 m³/t，依然大于8 m³/t。3#钻孔处煤样残余瓦斯含量为6.83 m³/t，4#钻孔煤样残余瓦斯含量为7.24 m³/t，均低于8 m³/t。

据以上分析，我们可以看出在同样的基础条件下，经高压水射流扩孔的钻孔在抽放15天后，使其影响范围内的瓦斯压力、瓦斯含量均降低到突出指标以下。这说明高压水射流对于提高钻孔的瓦斯抽放效率、增加煤层的透气性、降低瓦斯压力和含量具有非常好的效果。