3206軌道順槽

水射流瓦斯增透試驗(yàn)方案及安全技術(shù)措施

*******煤業(yè)有限公司

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編制時(shí)間：**年9月14日

1、基本概況

為提升本煤層瓦斯抽采效果，計(jì)劃近期開(kāi)展水射流瓦斯增透技術(shù)試驗(yàn)。結(jié)合礦井實(shí)際情況，計(jì)劃在3206軌道順槽1730—1790m段實(shí)體煤處進(jìn)行水射流瓦斯增透技術(shù)試驗(yàn)。

2、水射流瓦斯增透技術(shù)原理

高壓水射流切縫技術(shù)，是在已經(jīng)施工的鉆孔中，利用噴出的高壓水射流對(duì)鉆孔進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，高壓水射流壓力很大，能在很小的范圍內(nèi)聚集很大的能量。當(dāng)高壓水射流作用于物體表面，引起材料結(jié)構(gòu)破壞的主要作用有：射流打擊力、水楔作用、射流脈沖負(fù)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(shí)得到發(fā)揮。煤巖的破壞是脆性材料在拉應(yīng)力或應(yīng)力波作用下的脆性破壞。射流作用于煤巖表面時(shí)，極大的力施加在表面很小的區(qū)域內(nèi)并使其變形，其內(nèi)部應(yīng)力隨射流壓力增加而增大，在打擊區(qū)域正下方某一深處將產(chǎn)生最大切應(yīng)力，打擊接觸區(qū)邊界周圍產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力與切應(yīng)力分別超過(guò)了煤巖抗拉和抗剪極限強(qiáng)度時(shí)，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(fā)展擴(kuò)大，裂隙的發(fā)展和擴(kuò)大使其內(nèi)部及延伸到表面的裂縫數(shù)量增加，最終導(dǎo)致煤巖的失效破壞。高壓水射流破壞煤巖的過(guò)程中，流體對(duì)煤巖的穿透能力也是一個(gè)重要影響因素，流體滲入微小裂縫、微小孔隙和細(xì)小通道及其它缺陷處，降低了煤巖強(qiáng)度，有效的參與了煤巖的失效過(guò)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(nèi)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(kuò)大了瓦斯抽采半徑，提高了抽排效率，有效的降低了煤層內(nèi)瓦斯含量。

3、射流切縫瓦斯增透方案

經(jīng)過(guò)井下實(shí)地勘察并結(jié)合設(shè)備安裝要求等實(shí)際情況，3206軌道順槽末端巷道（1730—1790m）符合試驗(yàn)條件。在較平區(qū)域安裝高壓注水泵，試驗(yàn)共施工四組鉆孔（組與組之間距離為6m），每組4個(gè)孔，鉆孔間距3m，開(kāi)孔高度距離底板1.5m（可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際適當(dāng)調(diào)整鉆孔高度），孔徑113mm，孔深42m，第一組鉆孔直接進(jìn)行瓦斯抽放，第二組鉆孔內(nèi)2m間距進(jìn)行高壓水射流切縫，第三組鉆孔內(nèi)3m間距進(jìn)行高壓水射流切縫，第四組鉆孔內(nèi)4m間距進(jìn)行高壓水射流切縫，切縫完畢之后進(jìn)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(duì)按設(shè)計(jì)用ZDY1900S鉆機(jī)打完四組合計(jì)16個(gè)鉆孔，每組4個(gè)鉆孔，組與組間距6m，每一組內(nèi)的兩個(gè)鉆孔間距3m；

（2）

第一組鉆孔不射流，第二組鉆孔內(nèi)每隔2m射流一條縫、第三組鉆孔內(nèi)每隔3m射流一條縫、第四組鉆孔內(nèi)每隔4m射流一條縫，水射流系統(tǒng)圖如圖2所示（水射流系統(tǒng)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(kāi)啟注水泵，此時(shí)注水泵提供較小水壓，開(kāi)啟鉆機(jī)使得鉆孔內(nèi)鉆桿旋轉(zhuǎn)，將注水泵調(diào)至最高壓進(jìn)行射流，單次射流時(shí)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(huán)，直至完成孔內(nèi)12m~42m之間裂縫的切割（第二組設(shè)計(jì)單孔射流時(shí)間為120min，射流段裂縫間距為2m；第三組設(shè)計(jì)單孔射流時(shí)間為75min，射流段裂縫間距為3m；第二組設(shè)計(jì)單孔射流時(shí)間為60min，射流段裂縫間距為4m）。

（3）

封孔長(zhǎng)度為12m，采用“兩堵一注”

封孔工藝，每個(gè)鉆孔施工結(jié)束后于下一班及時(shí)進(jìn)行封孔。每一組（4孔）同時(shí)進(jìn)行接抽，接抽后立即進(jìn)行單孔參數(shù)測(cè)量，每4個(gè)小時(shí)測(cè)量一次各個(gè)鉆孔內(nèi)的瓦斯流量、甲烷濃度、負(fù)壓參數(shù)，每孔持續(xù)測(cè)量15天，得出單孔瓦斯抽放量隨時(shí)間的變化情況。

（4）

對(duì)比這四組鉆孔的瓦斯抽放參數(shù)，檢驗(yàn)水射流切縫對(duì)提高瓦斯抽放量的效果。

試驗(yàn)設(shè)備、儀器儀表

名

稱

規(guī)格/型號(hào)

數(shù)

量

備

注

全液壓坑道鉆機(jī)

ZDY1900S

1臺(tái)

高壓密封鉆桿

φ50mm

42根

1m/根

鉆頭

φ113mm

1個(gè)

煤層注水泵

3BZ7.1/66—160

1臺(tái)

電機(jī)功率160KW

水箱

1m3

1個(gè)

高壓膠管

φ32mm

150m

最高耐壓90MPa

射流器

——

2個(gè)

CJZ快插式導(dǎo)流管

2寸

16個(gè)

瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀

CJZ70

1臺(tái)

供電系統(tǒng)

煤層注水泵電源取自二采區(qū)2#變電所800

KVA干式變壓器（原綜掘一隊(duì)綜掘機(jī)電源），電纜選用φ3×50+1×25mm2橡套電纜；ZDY1900S型鉆機(jī)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(yàn)計(jì)算

3206軌道順槽末端煤層注水泵電源來(lái)自3206軌道順槽口處800KVA干式變壓器，最遠(yuǎn)點(diǎn)短路點(diǎn)短路電流及電壓損失計(jì)算：

（一）變壓器二次側(cè)電壓1140V，容量800KVA,供電負(fù)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(jì)算：

視載功率

式中：

視載功率

變壓器供電設(shè)備額定功率之和

電動(dòng)機(jī)的平均功率因數(shù)

取0.85

需用系數(shù)

負(fù)荷系數(shù)

（二）電力負(fù)荷計(jì)算

800KVA變壓器負(fù)荷：310KW.（三）低壓電纜選擇計(jì)算及校驗(yàn)

1、按長(zhǎng)時(shí)工作電流選擇電纜截面。

2、按正常運(yùn)行時(shí)電纜網(wǎng)絡(luò)末端電壓不低于額定電壓95%的原則,對(duì)于660(1140V)電網(wǎng)用下式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中允許的最大電壓損失。

低壓電網(wǎng)各部分的電壓損失按下式計(jì)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(dòng)機(jī)的效率

取95%

銅導(dǎo)線的電導(dǎo)率

供電線路電壓等級(jí)

供電支線、干線電纜截面積

供電支線、干線電纜長(zhǎng)度

網(wǎng)絡(luò)供電總負(fù)荷與分支負(fù)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(jì)算

供電負(fù)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(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)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(jì)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(dòng)變壓器的阻抗（=6000

Ud=6）

電抗

Xb

=

Ux

U2e2/S

％

電阻

低壓電氣設(shè)備保護(hù)整定計(jì)算

注水泵饋電開(kāi)關(guān)保護(hù)整定

過(guò)負(fù)荷保護(hù)整定

取

短路保護(hù)整定

系統(tǒng)最遠(yuǎn)端兩相短路電流

=779A

靈敏度校驗(yàn)

靈敏度滿足要求

勞動(dòng)組織

抽采隊(duì)負(fù)責(zé)打鉆、射流作業(yè)的具體施工以及數(shù)據(jù)的采集工作；天地科技股份有限公司技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)注水泵的操作以及射流操作的技術(shù)指導(dǎo)。

每天一班（8點(diǎn)班）施工打鉆、射流，當(dāng)班封孔或者次班封孔。第一組鉆孔施工時(shí)每班施工兩孔；其余三組每班施工一孔并射流。預(yù)計(jì)整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間為1個(gè)月（打鉆及射流時(shí)間為16天，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為15天）。

安全技術(shù)措施

7.1

高壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)安全技術(shù)措施

1）運(yùn)行前檢查：

（1）新泵啟動(dòng)前應(yīng)先檢查各個(gè)部位上的螺栓，螺母，特別是泵頭上的螺母是否擰緊，嚴(yán)禁在有松動(dòng)現(xiàn)象的情況下，開(kāi)機(jī)運(yùn)行。

（2）停車時(shí)間較長(zhǎng)的泵，啟動(dòng)前首先檢查各部分組件。清洗干凈箱體內(nèi)的防銹油，檢查十字頭、連桿、主動(dòng)軸、從動(dòng)軸等零（部）件是否有水銹、劃痕，如果有可用細(xì)砂布打磨、并將用紗布打磨過(guò)的件用布擦干凈，否則會(huì)引起零（部）件間的相互研磨，導(dǎo)致機(jī)器損壞。如若發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象，應(yīng)立即更換零（部）件。最后檢查各部分螺紋連接是否擰緊，嚴(yán)禁在有松動(dòng)現(xiàn)象的情況下，開(kāi)機(jī)運(yùn)行

（3）停車時(shí)間較長(zhǎng)的泵，啟動(dòng)前要檢查密封件，如有老化，損壞應(yīng)予更換，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。

（4）停車時(shí)間較長(zhǎng)的泵，如若發(fā)現(xiàn)箱體內(nèi)不干凈（由所處的使用環(huán)境污染而導(dǎo)致），應(yīng)在徹底將動(dòng)力端清洗干凈后，再注入新潤(rùn)滑油，以防止動(dòng)力端內(nèi)部件被研壞。

（5）新泵或停車時(shí)間較長(zhǎng)的泵，在啟動(dòng)前應(yīng)在聯(lián)軸器處盤車，檢查各運(yùn)動(dòng)部分是否靈活。特別注意動(dòng)力端上的主動(dòng)軸，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向一定與轉(zhuǎn)向指示牌指向一致，否則有研壞十字頭的危險(xiǎn)！

（6）啟動(dòng)前，應(yīng)將泵的進(jìn)液管路和輸出管路上的各種閥全部打開(kāi)，為空載起動(dòng)做準(zhǔn)備。

（7）啟動(dòng)前，檢查進(jìn)液端和輸出端管路的接頭是否擰緊，以免泵吸入空氣，產(chǎn)生氣蝕。

（8）啟動(dòng)前，應(yīng)按照說(shuō)明書中的規(guī)定選用潤(rùn)滑油，并將潤(rùn)滑油注入箱體，檢查油位。

2）啟動(dòng)：

（1）啟動(dòng)電機(jī)。

（2）空載起動(dòng)，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(jīng)空載運(yùn)轉(zhuǎn)正常的泵，方可以加壓運(yùn)行。加壓過(guò)程要緩慢進(jìn)行，加壓過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)注意有無(wú)異常的聲音及振動(dòng)，如有應(yīng)及時(shí)停車檢查。

（4）負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)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(guò)80℃。如若有此情況發(fā)生，應(yīng)立即停車檢查。短時(shí)間停工可以不停車，間隔時(shí)間較長(zhǎng)，就按照停車規(guī)定停車。

（5）在工作運(yùn)行狀況下要隨時(shí)注意運(yùn)轉(zhuǎn)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(guò)大影響系統(tǒng)壓力的正常建立則需要更換處理。

注意：泵在被啟動(dòng)后，切勿站在泵頭正面，以免出現(xiàn)事故造成人身傷害。

3）停車：

停車時(shí)應(yīng)首先將壓力調(diào)節(jié)閥打開(kāi)——使泵壓降至零位，然后再停電機(jī)，卸下壓力接頭。如果泵較長(zhǎng)時(shí)間擱置不用，趁箱體內(nèi)潤(rùn)滑油還熱時(shí)將油放空。打開(kāi)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(rùn)滑層。松開(kāi)系統(tǒng)中全部封蓋，放松閥門，以便放掉泵內(nèi)的液體，務(wù)必使得系統(tǒng)中的液體全部流出。因?yàn)檫M(jìn)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(wú)法將其內(nèi)部的液體瀉空，可以在進(jìn)液端和輸出端的水放凈后，再讓泵短時(shí)間內(nèi)在沒(méi)有介質(zhì)的情況下空載運(yùn)行，使進(jìn)液閥和排液閥之間的腔室內(nèi)的水被徹底放掉，此時(shí)系統(tǒng)中的調(diào)壓閥、溢流閥、安全閥等應(yīng)全部打開(kāi)，以防止泵本身在沒(méi)有液體介質(zhì)的情況下帶壓運(yùn)行，從而對(duì)泵本身產(chǎn)生不良影響。

注意：冬天由于環(huán)境溫度較低，切記按此方法運(yùn)行，以免使泵頭上凍，影響使用。

7.2

高壓水射流安全技術(shù)措施

1）實(shí)施高壓水力割縫前，相關(guān)人員必須經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)，學(xué)習(xí)高壓泵、鉆機(jī)操作規(guī)程，現(xiàn)場(chǎng)由天地科技技術(shù)人員對(duì)高壓泵進(jìn)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(dòng)或脫節(jié)傷人。

3）高壓水力割縫的鉆機(jī)操作臺(tái)必須安設(shè)在施工點(diǎn)進(jìn)風(fēng)側(cè)4～5m處的安全位置，且能清楚觀察鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、延接鉆桿和孔內(nèi)返水情況。

4）高壓泵至鉆機(jī)之間供水管路必須采用高壓管（承載壓力≥60MPa）。

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

6）鉆桿必須使用完好無(wú)損的水力割縫專用鉆桿；連接鉆桿時(shí)，首先檢查鉆桿內(nèi)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(jìn)過(guò)程中，鉆機(jī)操作工必須隨時(shí)觀察鉆孔內(nèi)返水情況和鉆進(jìn)有無(wú)異常，如出現(xiàn)返水量變小或有卡鉆現(xiàn)象時(shí)，必須立即停止鉆進(jìn)，查找原因，處理好后才能繼續(xù)鉆進(jìn)。

8）撤卸鉆桿時(shí)，嚴(yán)禁使用其它物件敲打水力割縫專用鉆桿，施工結(jié)束后鉆桿必須裝進(jìn)工具箱進(jìn)行上鎖管理。

9）施工現(xiàn)場(chǎng)必須將所有的工具、材料堆放整齊，撤退路線保持暢通無(wú)阻。

10）開(kāi)鉆前，施鉆人員必須嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫問(wèn)頂”制度。

11）高壓水力割縫期間，施工地點(diǎn)上風(fēng)側(cè)5m范圍內(nèi)必須安設(shè)甲烷傳感器，并每班由班(組)長(zhǎng)帶一臺(tái)便攜式瓦檢儀懸掛于施工點(diǎn)下風(fēng)側(cè)5m范圍內(nèi)，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.5%時(shí)必須立即停止施工，嚴(yán)禁瓦斯超限作業(yè)。

12）施工期間將施工地點(diǎn)供電開(kāi)關(guān)等其它電器設(shè)備必須進(jìn)行墊高保護(hù)。

13）施鉆過(guò)程中操作鉆機(jī)人員必須隨時(shí)觀察鉆進(jìn)過(guò)程中鉆孔內(nèi)動(dòng)力現(xiàn)象，如出現(xiàn)堵孔、卡鉆、抱鉆等異常情況立即停止施工，并立即向相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員匯報(bào)處理。

14）施鉆地點(diǎn)每班安排瓦斯員進(jìn)行巡回檢查并做好記錄。

15）機(jī)電部門每周對(duì)該區(qū)域電器設(shè)備進(jìn)行失爆檢查，杜絕電器失爆。

16）高壓泵調(diào)壓、并聯(lián)運(yùn)行連接部件由天地科技技術(shù)人員負(fù)責(zé)檢查，壓力指示必須完好準(zhǔn)確，水力割縫系統(tǒng)安裝完成后由天地科技技術(shù)人員驗(yàn)收合格后才能投入實(shí)施。

17）每班實(shí)施高壓水力割縫前，天地科技技術(shù)人員必須對(duì)高壓管件進(jìn)行認(rèn)真檢查，確認(rèn)無(wú)安全隱患后方能開(kāi)始作業(yè)。

18）高壓水力割縫施工結(jié)束后，施工人員必須對(duì)割縫鉆頭進(jìn)行清洗。

19）高壓水力割縫期間，通風(fēng)科必須安排專人現(xiàn)場(chǎng)跟班，安監(jiān)科負(fù)責(zé)安全措施的檢查落實(shí)。

20）水力割煤過(guò)程中，所有人員嚴(yán)禁站在鉆機(jī)和鉆桿正后方，以防高壓水傷人。

7.3其它安全措施

1、作業(yè)地點(diǎn)安排安全員現(xiàn)場(chǎng)跟班，監(jiān)督措施執(zhí)行情況。

2、施工過(guò)程中，嚴(yán)格執(zhí)行“行車不施工，施工不行車”規(guī)定，車輛兌運(yùn)時(shí)施工人員必須撤至準(zhǔn)備隊(duì)警戒外。

3、人員需在高處作業(yè)時(shí)，必須設(shè)置平臺(tái)，并可靠固定。

4、瓦斯員對(duì)施鉆地點(diǎn)每班進(jìn)行瓦斯巡回檢查。

5、施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)噴孔、瓦斯涌出異常等特殊情況，必須立即停止作業(yè)，將人員撤至施工地點(diǎn)上風(fēng)側(cè)，及時(shí)匯報(bào)調(diào)度室和通風(fēng)科，采取措施進(jìn)行處理。