丁集煤礦高壓水射流擴孔試驗分析

丁集煤礦屬高瓦斯礦井，我們依據(jù)先抽后采的原則，在西一采區(qū)開掘低抽巷對其上部煤層進行了瓦斯抽放。西一采區(qū)低抽巷上方平均25 m為11－2煤層。為了準確考察研究高壓水射流的擴孔效果及對抽放效果和煤層瓦斯參數(shù)的影響，我們把試驗場地選擇在西一采區(qū)低抽巷主抽放管道的近末端位置，以便準確測定抽放鉆孔的抽放參數(shù)。
 
上圖為鉆孔布置。

首先我們在西一采區(qū)低抽巷420m和400m處分別施工2組鉆孔，每組2個鉆孔，1#鉆孔與2#鉆孔開孔距離2m，見煤點距離10m，2#鉆孔與4#鉆孔開孔距離2m，見煤點距離11m，鉆頭穿透11－2煤層進入煤層頂板0.5m停鉆，各鉆孔詳細參數(shù)見下表。
 

考察鉆孔參數(shù)
鉆孔編號	組別	施工傾角/( °)	方位角/( °)	鉆孔深度/m	穿透煤層厚度/m
1#	第一組	60	200	36	5.0
2#		65	240	35	4.8
3#	第二組	65	205	38	4.6
4#		65	240	40	5.0

由于嚴格按照鉆孔參數(shù)的設計施工，因此基本可以保證在高壓水射流擴孔之前第一組與第二組的煤層孔總長度相等，為以后對比提供了相同的基礎條件。而后，在4個鉆孔施工的過程中，我們分別收集了每個鉆孔的煤屑，稱重后密封保存。之后利用高壓水射流裝置對3#、4#鉆孔進行擴孔施工，分別收集煤屑，稱重后密封保存。最后再利用烘干設備對每一份煤屑進行烘干處理，再稱重。詳細數(shù)據(jù)請見下表。
 

鉆孔排出煤屑質(zhì)量表
煤屑源	烘干前質(zhì)量/kg	烘干后質(zhì)量/kg
1#	106	64
2#	102	61
3#	110	65
4#	118	70
3#擴孔	1390	1080
4#擴孔	1220	908

從上表可以看出，4個鉆孔在用Φ89mm鉆頭施工過程中所排煤屑量基本相等，3#、4#鉆孔擴孔所排煤屑為本鉆孔普通施工中所排煤屑的15.4倍和13倍。

鉆孔煤層經(jīng)擴孔后仍為圓柱體，則可得出如下公式：



上述公式中，M —煤的質(zhì)量，kg；
                    V —煤的體積，m³；
                    r —鉆孔半徑，m；
                    h —鉆孔長度，m；
                    ρ_p —煤的視密度，取1.4t/m³。

3#鉆孔在鉆孔施工過程中排出煤屑65 kg，4#鉆孔在鉆孔施工過程中排出煤屑為70 kg；而3#鉆孔在擴孔過程中排出煤屑1080 kg，4#鉆孔在擴孔過程中排出煤屑908 kg，把擴孔前和擴孔后所排煤屑的數(shù)據(jù)代入上式則可以得出擴孔后3#、4#鉆孔煤層部分直徑，分別為0.422 m、0.374 m。

綜上所述，我們可以看出3#、4#鉆孔經(jīng)高壓水射流擴孔后煤層部分直徑分別為原來的9.5倍和8.4倍。