超高压水力割缝卸压增透技术及装备

薛飞

摘要：通过超高压水力割缝，能增加煤层的透气性，提高钻孔等效直径、抽采量、抽采半径、初速度及残余瓦斯下降的幅度，进而达到快速消突的目的。

关键词：超高压;水力割缝;卸压增透

引言：

穿层钻孔是防治煤矿煤岩动力灾害主要技术手段之一。钻孔直径及煤层透气性是决定穿层钻孔抽采效果的关键因素。

一、技术原理

超高压水力割缝卸压增透技术是在已施工的穿层钻孔，以高压水为动力，对钻孔周围煤体进行切割、剥离，改变煤层弹性潜能和应力分布，达到增强卸压、提高透气性和促进瓦斯排放的作用，实现降低或消除突出潜能。

二、技术特点

可实现80～100m以上顺层钻孔、80～120m以上穿层钻孔进行超高压水力割缝。

（一）可实现钻进、割缝一体化

（二）操作方便，效率高，穿层、顺层钻孔均可割缝

（三）割缝半径可达1.0～1.5m

（四）设备钻齿、超高压旋转接头及系列钻杆更有利于排渣

（五）依据煤层硬度不同选配系列化高低压转换器

三、适用范围

超高压水力割缝装置装备适用于：（1） 高地应力、高瓦斯、低透气性煤层（煤层硬度f>0.4）工作面顺层钻孔、穿层钻孔及石门揭煤卸压增透、冲击地压防治等;（2） 超高压顶板切割，局部放顶。

说明：对区域性的压裂采用先割后压、先割后注，人为预先制造裂隙，使得压裂过程中裂纹可控，能更好的实现卸压增透效果，提高抽采效率。

四、操作规范

（一）使用范围

煤的坚固性系数f≥0.4：适用于底板岩巷穿层钻孔、石门揭煤、工作面顺层钻孔超高压割缝增透。

（二）系统功能

采用高低压自动转换割缝器，低压状态下水从前端流出，实现钻进功能;高压状态下，割缝器前端封闭，形成径向射流，实现割缝功能;达到不退出钻杆钻进、切割于一体化的作用。

（三）应用效果

装置正常工作压力达到100MPa，煤层切割后形成2.0～2.5m的缝隙，提高煤层的透气性和瓦斯释放能力。高压割缝后抽采时间缩短1/3～1/2，减少措施钻孔工程量1/3以上。

（四）设备准备阶段

（1） 井下供水系统准备：将Φ25或Φ19的高压胶管的一端连接井下巷帮供水管路，另一端接入清水箱，因为超高压清水泵流量为125L/min，供水管路所提供水流量需满足割缝作业时超高压清水泵所需水流量，并且保证在割缝作业时连续供水。

（2） 钻机、超高压清水泵、清水箱运往施工地点后，对钻机底座进行固定。超高压清水泵及清水箱摆放地点需平整，且清水箱的摆放平面不能低于超高压清水泵的摆放平面。超高压清水泵摆放在距离割缝钻孔较近位置，以减少高压水沿程阻力损失。

（3） 割缝作业前将清水箱加满水，钻孔成孔后开启巷帮供水管路阀门，清水箱连续供水，保证超高压清水泵正常工作所需水量。

（4） 排水系统准备：由于高压水要从孔内排出，起到冲刷排渣作用，为了防治水对井下施工环境造成影响，施工前必须做好排水系统准备，主要包括排水沟、沉淀池等。

（5） 供电系统准备：超高压清水泵接电分1140V和660V两种接法，施工地点能够满足超高压清水泵用电要求。超高压清水泵电机功率为250KW，所用供电开关功率必须大于清水泵电机功率，防止割缝作业期间供电开关过载导致超高压清水泵瞬间停止运转，造成超压清水泵内部组件损毁，影响其使用寿命。另外，割缝作业时要保证供电不间断性，避免由于突然断电对超高压清水泵造成损坏。施工地点若出现瓦斯浓度超限，能自动切断设备电源。

（6） 封孔、抽采材料准备：进行钻孔施工、割缝时须提前安装抽采管路及抽采监控计量装置，准备好封孔及抽采所需配件、材料、管路、电缆、灭火器材、封孔接抽材料、计量仪器仪表等，整齐堆放在施工附近安全地点，以便割缝后及时封孔并连接抽采。

（五）连接阶段

（1） 金刚石水力割缝钻头与高低压转换器连接：将金刚石水力割缝钻头母口与高低压转换器公口连接，用手拧至最大深度后再用管钳拧紧。

（2） 高低压转换器与水力割缝浅螺旋钻杆连接：连接前先在水力割缝浅螺旋钻杆公口涂沫黄油，再将钻杆公口与高低压转换器母口连接，同样用手拧至最大深度，再用管钳或钻机拧紧。

（3） 水力割缝浅螺旋钻杆之间连接：钻杆连接前先在钻杆公口端安装3道聚氨酯密封圈，用手加接钻杆后，再利用钻机动力拧紧，注意钻机油压不能过高，保证钻杆之间拧紧即可。

（4） 水力割缝浅螺旋钻杆与超高压旋转接头连接：先对超高压旋转接头前端公口螺纹端涂抹黄油，再与水力割缝浅螺旋钻杆连接，连接时接钻杆母口与超高压旋转接头公口对准，用手先带紧，再用管钳拧紧。

（5） 超高压旋转接头与超高压软管连接：采用高精度螺纹连接，先将超高压软管母口螺纹对准超高压旋转接头，注意不能倾斜，用手带紧后再用管钳拧紧，不能拧的过猛导致螺纹滑丝，影响密封性。

（6） 超高压软管之间及超高软管与超高压三通装置之间连接：接头均为高精度螺纹，连接时先将母口接头与公口接头对准，用手带紧后再用管钳拧紧，拧紧过程中要注意力度，防治螺纹接头滑丝。

（7） 超高压软管与超高压清水泵连接：先将超高压软管的母口对准超高压清水泵出水段的公口，用手带紧后再用管钳拧紧，同样要注意力度，不能拧的过猛，避免螺纹接头滑丝。

（8） 超高压清水泵与清水箱连接：超高压清水泵与清水箱采用Φ32溢流回液管和Φ64吸液软管连接。溢流回液管采用快速接头连接。吸液软管接清水箱一端套住清水箱吸液蝶阀出口再用卡环拧紧;吸液软管接超高压清水泵一端为快接公口，直接接入超高压清水泵进水口快接母口。

（六）实施阶段

（1） 连接管路，低压水正常打钻至设计深度，根据煤孔段长度按0.5～1m割一刀，计算该钻孔所需割缝刀数。

（2） 撤出一根钻杆，换上超高压管路，撤人警戒，开启超高压清水泵，首次启动空载5分钟以上，待孔口返水后，控制调压阀，匀速增压，开启钻机带动钻杆以适当转速旋转，通过高低压转换器对煤层周边煤体进行切割，每刀割缝时间在2～5min之间。

（3） 切割一刀结束后，将超高压清水泵泵压回零，利用钻机将钻杆由内向外退出0.5～1m的距离或再撤出一根钻杆，控制调压螺母，将泵压缓慢、勻速增加至100MPa，继续进行割缝作业。

（4） 重复上述2、3步骤，完成预计割缝刀数。

（5） 割缝完成后，先将超高压清水泵泵压回零，再关闭超高压清水泵，待充分卸压后，撤卸钻杆并堆放整齐，高低压转换器、金刚石水力割缝钻头、超高压旋转接头妥善保管。

（八）维护保养

（1）超高压旋转接头使用80小时后需加注黄油，以保证其内部组件润滑。

（2）钻头、钻杆每次使用前需进行清洗，定期进行防锈处理。

（3）高低压转换器每次使用后要进行表面及腔体防锈处理，喷嘴及腔体要清洗干净。

（4）超高压软管接头处要保持干净，无泥渣，且使用一段时候后要进行防锈处理。

（5）超高压清水泵日常维护保养：高压管路是否损坏、箱体温度不宣过高、没有异常噪音、管路不抖动、各紧固件是否有松动、柱塞密封润滑条件、油封有无渗漏严重（允许挂油）、清水箱的清洁度及水位、柱塞密封是否正常、保持高压清洗泵站清洁和良好环境、交接班要保证完好设备进行交接，如设备故障必须告知接班司机。

参考文献

[1]《煤矿安全规程》（国家安全生产监督管理总局令第87号）[S].2018

[2]《防治煤与瓦斯突出细则》（煤安监技装[2019]28号）[S].2019