超高壓水力割縫煤層增透成套裝置研制及應用

作者：張永將 陸占金

單位：中煤科工集團重慶研究院有限公司瓦斯災害監控與應急技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室

摘要：現有割縫（擴孔）裝置對于中硬或堅硬煤層割縫效率低，配套安全防護措施相對較少，未能實(shí)現遠程操控割縫作業(yè)。為了解決中硬或堅硬煤層安全、高效割縫增透難題，亟需研制更高壓力的割縫成套裝置。在綜合考慮設備效率、割縫深度及割縫排渣所需流量的基礎上，研制了高壓清水泵；通過(guò)分析鉆孔流場(chǎng)分布規律，依據水射流理論，研制了高低壓轉換割縫器；依據鉆孔排渣原理，采用整體加工工藝，研制了淺螺旋整體鉆桿；依據窄縫黏性流體流動(dòng)理論，采用間隙密封設計，研制了超高壓旋轉水尾；基于煤礦井下巷道條件的多變性，根據高壓清水泵的額定壓力、額定流量確定了溢流閥的設計要求，研制了高壓遠程操作臺；綜合分析耐壓性及遠距離割縫作業(yè)沿程阻力損失，研制了超高壓液壓軟管。通過(guò)關(guān)鍵部件的研制，成功研制了ZGF-100(A)型超高壓水力割縫裝置，成套裝置工作壓力達100MPa，具備鉆割一體化功能，可實(shí)現100m以上遠程操控，并配套研制了安全防護裝置，形成了超高壓水力傳輸的安全防護系統，同時(shí)，對成套裝置空載運行、工作壓力、工作流量、密封性能、耐壓性能等8項內容進(jìn)行了安全檢測，檢測內容均符合國家相關(guān)檢測要求?，F場(chǎng)應用結果表明：采用超高壓水力割縫裝置對煤層進(jìn)行卸壓增透，穿層鉆孔割縫平均單刀出煤量0.85t，割縫半徑1.78～2.18m，可提高鉆孔瓦斯抽采純量2.0倍以上，縮短抽采達標時(shí)間50%以上；順層鉆孔在鉆孔工程量減少47%條件下，單孔抽采純量提高2.0～2.5倍，縮短掘進(jìn)循環(huán)施工周期60%以上，說(shuō)明該方法割縫效率高，割縫后煤層卸壓增透效果顯著(zhù)。