3206軌道順槽

水射流瓦斯增透試驗方案及安全技術措施

*******煤業有限公司

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編制時間：**年9月14日

1、基本概況

為提升本煤層瓦斯抽采效果，計劃近期開展水射流瓦斯增透技術試驗。結合礦井實際情況，計劃在3206軌道順槽1730—1790m段實體煤處進行水射流瓦斯增透技術試驗。

2、水射流瓦斯增透技術原理

高壓水射流切縫技術，是在已經施工的鉆孔中，利用噴出的高壓水射流對鉆孔進行旋轉切割，高壓水射流壓力很大，能在很小的范圍內聚集很大的能量。當高壓水射流作用于物體表面，引起材料結構破壞的主要作用有：射流打擊力、水楔作用、射流脈沖負荷引起的疲勞破壞作用、氣蝕破壞作用等，這些作用在材料破壞中同時得到發揮。煤巖的破壞是脆性材料在拉應力或應力波作用下的脆性破壞。射流作用于煤巖表面時，極大的力施加在表面很小的區域內并使其變形，其內部應力隨射流壓力增加而增大，在打擊區域正下方某一深處將產生最大切應力，打擊接觸區邊界周圍產生拉應力。當拉應力與切應力分別超過了煤巖抗拉和抗剪極限強度時，形成裂隙，高壓射流隨即侵入裂隙空間，在水楔作用下，裂隙不斷發展擴大，裂隙的發展和擴大使其內部及延伸到表面的裂縫數量增加，最終導致煤巖的失效破壞。高壓水射流破壞煤巖的過程中，流體對煤巖的穿透能力也是一個重要影響因素，流體滲入微小裂縫、微小孔隙和細小通道及其它缺陷處，降低了煤巖強度，有效的參與了煤巖的失效過程。

不僅水射流沖孔期間能排放部分瓦斯，另外，水射流使得鉆孔內形成很多垂直于鉆孔的“圓盤型”裂隙，增大了鉆孔與煤體的接觸面積與煤層的透氣性，擴大了瓦斯抽采半徑，提高了抽排效率，有效的降低了煤層內瓦斯含量。

3、射流切縫瓦斯增透方案

經過井下實地勘察并結合設備安裝要求等實際情況，3206軌道順槽末端巷道（1730—1790m）符合試驗條件。在較平區域安裝高壓注水泵，試驗共施工四組鉆孔（組與組之間距離為6m），每組4個孔，鉆孔間距3m，開孔高度距離底板1.5m（可根據現場實際適當調整鉆孔高度），孔徑113mm，孔深42m，第一組鉆孔直接進行瓦斯抽放，第二組鉆孔內2m間距進行高壓水射流切縫，第三組鉆孔內3m間距進行高壓水射流切縫，第四組鉆孔內4m間距進行高壓水射流切縫，切縫完畢之后進行瓦斯抽放，鉆孔布置圖如圖1所示。

圖1

鉆孔布置示意圖

具體工藝流程如下：

（1）

由瓦斯抽采隊按設計用ZDY1900S鉆機打完四組合計16個鉆孔，每組4個鉆孔，組與組間距6m，每一組內的兩個鉆孔間距3m；

（2）

第一組鉆孔不射流，第二組鉆孔內每隔2m射流一條縫、第三組鉆孔內每隔3m射流一條縫、第四組鉆孔內每隔4m射流一條縫，水射流系統圖如圖2所示（水射流系統高壓泵由煤科院人員操作）：

圖2

高壓水射流切縫示意圖

水射流切縫工藝流程如下：

將鋼球放入鉆桿中，將水尾與鉆桿和高壓膠管相連，開啟注水泵，此時注水泵提供較小水壓，開啟鉆機使得鉆孔內鉆桿旋轉，將注水泵調至最高壓進行射流，單次射流時間15min，然后按照4m/min速度退鉆4m（第三組6m、第四組8m）后再次射流15min....，如此循環，直至完成孔內12m~42m之間裂縫的切割（第二組設計單孔射流時間為120min，射流段裂縫間距為2m；第三組設計單孔射流時間為75min，射流段裂縫間距為3m；第二組設計單孔射流時間為60min，射流段裂縫間距為4m）。

（3）

封孔長度為12m，采用“兩堵一注”

封孔工藝，每個鉆孔施工結束后于下一班及時進行封孔。每一組（4孔）同時進行接抽，接抽后立即進行單孔參數測量，每4個小時測量一次各個鉆孔內的瓦斯流量、甲烷濃度、負壓參數，每孔持續測量15天，得出單孔瓦斯抽放量隨時間的變化情況。

（4）

對比這四組鉆孔的瓦斯抽放參數，檢驗水射流切縫對提高瓦斯抽放量的效果。

試驗設備、儀器儀表

名

稱

規格/型號

數

量

備

注

全液壓坑道鉆機

ZDY1900S

1臺

高壓密封鉆桿

φ50mm

42根

1m/根

鉆頭

φ113mm

1個

煤層注水泵

3BZ7.1/66—160

1臺

電機功率160KW

水箱

1m3

1個

高壓膠管

φ32mm

150m

最高耐壓90MPa

射流器

——

2個

CJZ快插式導流管

2寸

16個

瓦斯抽放綜合參數測定儀

CJZ70

1臺

供電系統

煤層注水泵電源取自二采區2#變電所800

KVA干式變壓器（原綜掘一隊綜掘機電源），電纜選用φ3×50+1×25mm2橡套電纜；ZDY1900S型鉆機電源取自3207皮帶順槽900m處800KVA移變。

3206軌道順槽煤層注水電壓損失及靈敏度校驗計算

3206軌道順槽末端煤層注水泵電源來自3206軌道順槽口處800KVA干式變壓器，最遠點短路點短路電流及電壓損失計算：

（一）變壓器二次側電壓1140V，容量800KVA,供電負荷：注水泵：160KW，供電電纜采用MYP3×50+1×25、1600米、MYP3×70+1×25、200米。

容量計算：

視載功率

式中：

視載功率

變壓器供電設備額定功率之和

電動機的平均功率因數

取0.85

需用系數

負荷系數

（二）電力負荷計算

800KVA變壓器負荷：310KW.（三）低壓電纜選擇計算及校驗

1、按長時工作電流選擇電纜截面。

2、按正常運行時電纜網絡末端電壓不低于額定電壓95%的原則,對于660(1140V)電網用下式計算網絡中允許的最大電壓損失。

低壓電網各部分的電壓損失按下式計算

電纜支線電壓損失：

電纜干線電壓損失：

變壓器電纜損失：

上述公式中：

:

電動機的效率

取95%

銅導線的電導率

供電線路電壓等級

供電支線、干線電纜截面積

供電支線、干線電纜長度

網絡供電總負荷與分支負荷

變壓器電阻、電抗

（四）3206軌道順槽末端注水泵供電電纜電壓損失計算

供電負荷：40+2×55+160＝310（KW）

供電干線電壓損失：

（1）電纜采用MYP

3×70+1×25

長度200m

=1000×0.23×0.51×310×200/1140×53×70×0.95

=8V

供電支線電壓損失：

（2）電纜采用MYP

3×50+1×25

長度1600m

=1000×0.51×160×1600/1140×53×50×0.95

=

45.5V

（3）變壓器電壓損失：

800KVA移動變壓器電阻、電抗：，=184.7/1.14×0.51(0.0135×0.85+0.1072×0.53)

=6V

3206軌道順槽末端水泵電纜電壓損失滿足要求

（五）短路電流計算。

KBSG-800/10變壓器至3206注水泵采用MYP

3×50+1×25電纜1600m,MYP

3×70+1×25電纜200m。

高壓電纜電阻、電抗：

低壓電纜電阻、電抗

KBSG-800KVA移動變壓器的阻抗（=6000

Ud=6）

電抗

Xb

=

Ux

U2e2/S

％

電阻

低壓電氣設備保護整定計算

注水泵饋電開關保護整定

過負荷保護整定

取

短路保護整定

系統最遠端兩相短路電流

=779A

靈敏度校驗

靈敏度滿足要求

勞動組織

抽采隊負責打鉆、射流作業的具體施工以及數據的采集工作；天地科技股份有限公司技術人員現場負責注水泵的操作以及射流操作的技術指導。

每天一班（8點班）施工打鉆、射流，當班封孔或者次班封孔。第一組鉆孔施工時每班施工兩孔；其余三組每班施工一孔并射流。預計整個試驗時間為1個月（打鉆及射流時間為16天，數據采集時間為15天）。

安全技術措施

7.1

高壓泵運轉安全技術措施

1）運行前檢查：

（1）新泵啟動前應先檢查各個部位上的螺栓，螺母，特別是泵頭上的螺母是否擰緊，嚴禁在有松動現象的情況下，開機運行。

（2）停車時間較長的泵，啟動前首先檢查各部分組件。清洗干凈箱體內的防銹油，檢查十字頭、連桿、主動軸、從動軸等零（部）件是否有水銹、劃痕，如果有可用細砂布打磨、并將用紗布打磨過的件用布擦干凈，否則會引起零（部）件間的相互研磨，導致機器損壞。如若發現有嚴重銹蝕現象，應立即更換零（部）件。最后檢查各部分螺紋連接是否擰緊，嚴禁在有松動現象的情況下，開機運行

（3）停車時間較長的泵，啟動前要檢查密封件，如有老化，損壞應予更換，否則會導致系統工作不正常。

（4）停車時間較長的泵，如若發現箱體內不干凈（由所處的使用環境污染而導致），應在徹底將動力端清洗干凈后，再注入新潤滑油，以防止動力端內部件被研壞。

（5）新泵或停車時間較長的泵，在啟動前應在聯軸器處盤車，檢查各運動部分是否靈活。特別注意動力端上的主動軸，其轉動方向一定與轉向指示牌指向一致，否則有研壞十字頭的危險！

（6）啟動前，應將泵的進液管路和輸出管路上的各種閥全部打開，為空載起動做準備。

（7）啟動前，檢查進液端和輸出端管路的接頭是否擰緊，以免泵吸入空氣，產生氣蝕。

（8）啟動前，應按照說明書中的規定選用潤滑油，并將潤滑油注入箱體，檢查油位。

2）啟動：

（1）啟動電機。

（2）空載起動，使液體從泵的輸出口噴出，這樣所有空氣可以從液力端排出，以避免氣蝕。

（3）經空載運轉正常的泵，方可以加壓運行。加壓過程要緩慢進行，加壓過程中應隨時注意有無異常的聲音及振動，如有應及時停車檢查。

（4）負載運轉時應檢查填料函、箱體等部位是否有溫度急劇上升的情況，一般油溫不得超過80℃。如若有此情況發生，應立即停車檢查。短時間停工可以不停車，間隔時間較長，就按照停車規定停車。

（5）在工作運行狀況下要隨時注意運轉情況，檢查柱塞密封。柱塞表面帶有水珠、填料函有微小的泄漏是正常的，泄漏過大影響系統壓力的正常建立則需要更換處理。

注意：泵在被啟動后，切勿站在泵頭正面，以免出現事故造成人身傷害。

3）停車：

停車時應首先將壓力調節閥打開——使泵壓降至零位，然后再停電機，卸下壓力接頭。如果泵較長時間擱置不用，趁箱體內潤滑油還熱時將油放空。打開箱體，用沖洗油將箱體沖洗干凈并涂以防銹油，在柱塞及中間桿上涂黃油以形成潤滑層。松開系統中全部封蓋，放松閥門，以便放掉泵內的液體，務必使得系統中的液體全部流出。因為進液閥和排液閥之間的腔室為密閉空間，所以按照以上步驟，無法將其內部的液體瀉空，可以在進液端和輸出端的水放凈后，再讓泵短時間內在沒有介質的情況下空載運行，使進液閥和排液閥之間的腔室內的水被徹底放掉，此時系統中的調壓閥、溢流閥、安全閥等應全部打開，以防止泵本身在沒有液體介質的情況下帶壓運行，從而對泵本身產生不良影響。

注意：冬天由于環境溫度較低，切記按此方法運行，以免使泵頭上凍，影響使用。

7.2

高壓水射流安全技術措施

1）實施高壓水力割縫前，相關人員必須經過專門培訓，學習高壓泵、鉆機操作規程，現場由天地科技技術人員對高壓泵進行操作。

2）高壓管必須用不少于12#鉛絲（或游絲繩）固定于巷幫，以防擺動或脫節傷人。

3）高壓水力割縫的鉆機操作臺必須安設在施工點進風側4～5m處的安全位置，且能清楚觀察鉆機運轉、延接鉆桿和孔內返水情況。

4）高壓泵至鉆機之間供水管路必須采用高壓管（承載壓力≥60MPa）。

5）開啟高壓泵后必須觀察各聯接頭是否存在卸漏情況，否則，必須立即停止施工進行處理，特別是在高壓開啟之前人員嚴禁正對有可能卸漏的各聯接頭，防止高壓水傷人。

6）鉆桿必須使用完好無損的水力割縫專用鉆桿；連接鉆桿時，首先檢查鉆桿內及連接螺紋處是否有異物，如有必須清除，然后在鉆桿的外絲扣端加專用密封墊圈，以保證鉆桿連接處可靠密封。

7）鉆進過程中，鉆機操作工必須隨時觀察鉆孔內返水情況和鉆進有無異常，如出現返水量變小或有卡鉆現象時，必須立即停止鉆進，查找原因，處理好后才能繼續鉆進。

8）撤卸鉆桿時，嚴禁使用其它物件敲打水力割縫專用鉆桿，施工結束后鉆桿必須裝進工具箱進行上鎖管理。

9）施工現場必須將所有的工具、材料堆放整齊，撤退路線保持暢通無阻。

10）開鉆前，施鉆人員必須嚴格執行“敲幫問頂”制度。

11）高壓水力割縫期間，施工地點上風側5m范圍內必須安設甲烷傳感器，并每班由班(組)長帶一臺便攜式瓦檢儀懸掛于施工點下風側5m范圍內，當瓦斯濃度達到0.5%時必須立即停止施工，嚴禁瓦斯超限作業。

12）施工期間將施工地點供電開關等其它電器設備必須進行墊高保護。

13）施鉆過程中操作鉆機人員必須隨時觀察鉆進過程中鉆孔內動力現象，如出現堵孔、卡鉆、抱鉆等異常情況立即停止施工，并立即向相關專業技術人員匯報處理。

14）施鉆地點每班安排瓦斯員進行巡回檢查并做好記錄。

15）機電部門每周對該區域電器設備進行失爆檢查，杜絕電器失爆。

16）高壓泵調壓、并聯運行連接部件由天地科技技術人員負責檢查，壓力指示必須完好準確，水力割縫系統安裝完成后由天地科技技術人員驗收合格后才能投入實施。

17）每班實施高壓水力割縫前，天地科技技術人員必須對高壓管件進行認真檢查，確認無安全隱患后方能開始作業。

18）高壓水力割縫施工結束后，施工人員必須對割縫鉆頭進行清洗。

19）高壓水力割縫期間，通風科必須安排專人現場跟班，安監科負責安全措施的檢查落實。

20）水力割煤過程中，所有人員嚴禁站在鉆機和鉆桿正后方，以防高壓水傷人。

7.3其它安全措施

1、作業地點安排安全員現場跟班，監督措施執行情況。

2、施工過程中，嚴格執行“行車不施工，施工不行車”規定，車輛兌運時施工人員必須撤至準備隊警戒外。

3、人員需在高處作業時，必須設置平臺，并可靠固定。

4、瓦斯員對施鉆地點每班進行瓦斯巡回檢查。

5、施工過程中，發現噴孔、瓦斯涌出異常等特殊情況，必須立即停止作業，將人員撤至施工地點上風側，及時匯報調度室和通風科，采取措施進行處理。