高壓小射流掏槽防突技術(shù)研究.pdf

1、煤與瓦斯突出是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的災(zāi)害事故,不僅給國家和人民生命財產(chǎn)造成重大損失,而且嚴(yán)重制約了突出煤層的掘進(jìn)速度,影響礦井采掘接替計劃,制約煤礦安全高效生產(chǎn)。
　　通過對煤與瓦斯突出的影響因素、煤與瓦斯突出機(jī)理和目前防治突出措施的綜合分析,提出了高壓小射流掏槽防突機(jī)理:煤體瓦斯釋放,瓦斯壓力梯度降低;應(yīng)力集中帶前移,應(yīng)力梯度降低;煤體收縮變形,強(qiáng)度增加。研制了高壓小射流防突裝置及其配套設(shè)施:液壓控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和掏槽系統(tǒng)

2、,通過實(shí)驗室加壓試驗和行走實(shí)驗,提高了裝置的可靠性。制定了高壓小射流防突技術(shù)工藝和安全防護(hù)措施,降低災(zāi)害事故的發(fā)生幾率,加快突出煤層掘進(jìn)速度,緩解突出煤層采掘接替緊張的局面。
　　運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件,對高壓小射流沖擊煤體破碎效果和巷道圍巖變形數(shù)值模擬分析,驗證了高壓小射流在煤體掏槽過程中,促使沖孔內(nèi)煤體暴露面積的增加,為深部煤體泄壓和瓦斯?jié)B流提供有利條件。同時槽孔周邊一定區(qū)域的煤體發(fā)生變形移動,促進(jìn)煤體內(nèi)部裂隙的發(fā)育,增

3、大煤層的透氣性,擴(kuò)大了槽孔周邊煤層瓦斯的釋放范圍;另外高壓小射流動力作用下,槽孔孔壁煤體產(chǎn)生較大的膨脹變形,促進(jìn)裂隙的溝通和發(fā)育,增加了深部煤體瓦斯釋放幾率;沖孔區(qū)域煤體的破碎和變形,促使集中應(yīng)力向煤層深部轉(zhuǎn)移,煤體受力降低,煤體彈性能釋放,裂隙充分發(fā)育,大量吸附狀態(tài)的瓦斯演變?yōu)橛坞x狀態(tài)的瓦斯,經(jīng)溝通裂隙充分釋放,降低了突出煤層瓦斯壓力梯度,消除了突出的危險性。綜合分析不同巷道模型掏槽后的圍巖應(yīng)力和煤體位移變化情況,確定了高壓小射流掏槽

4、位置應(yīng)距離巷道底板2/7處左右,掏槽孔徑的大小為巷道底板長度的4/15左右,這樣巷道圍巖裂隙發(fā)育充分,且保持了圍巖的完整性,有利于加快工作面的掘進(jìn)速度。
　　高壓小射流沖孔試驗表明在相同壓力和流量下,同強(qiáng)度試樣中沖出相同孔徑的時間隨著流量的增加而減小。當(dāng)射流壓力超過試樣強(qiáng)度極限時,增大流量更有利提高射流的擴(kuò)孔效果,因為在保持射流壓力一定的情況下,提高槍嘴的射流流量,水流的搬運(yùn)能力增強(qiáng),促使更多孔底殘留的煤塊排出孔外,提高了沖孔速度

5、。沖孔后試樣加壓試驗表明試樣沖孔孔徑的增加,試樣的抗壓強(qiáng)度越來越小,試樣強(qiáng)度損失比呈增大趨勢,這表明大孔徑對試樣的泄壓效果明顯。而強(qiáng)度較大的試樣在相同的沖孔孔徑下,試樣的破壞時間較長,強(qiáng)度損失比較小,因此,強(qiáng)度較大試樣中需增大孔徑才能達(dá)到較好的泄壓效果。
　　確定了高壓小射流掏槽施工工藝,為設(shè)備現(xiàn)場應(yīng)用提供技術(shù)支持。制定了掘進(jìn)施工的安全防護(hù)措施,人員在距離施工端頭200～300m的臨時避難所內(nèi)操作控制柜的流量閥門,控制液壓馬達(dá)進(jìn)行