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2020年第10期
2020-10-22
363

超高压水力割缝煤层增透成套装置研制及应用

  • 作者:

    张永将
    陆占金
  • 关键词:

    超高压
    水力割缝
    钻割一体化
    远程操控
    瓦斯抽采
    抽采达标
  • 作者单位:

    中煤科工集团重庆研究院有限公司
    瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室

摘要

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摘要:

现有割缝(扩孔)装置对于中硬或坚硬煤层割缝效率低,配套安全防护措施相对较少,未能实现远程操控割缝作业。为了解决中硬或坚硬煤层安全、高效割缝增透难题,亟需研制更高压力的割缝成套装置。在综合考虑设备效率、割缝深度及割缝排渣所需流量的基础上,研制了高压清水泵;通过分析钻孔流场分布规律,依据水射流理论,研制了高低压转换割缝器;依据钻孔排渣原理,采用整体加工工艺,研制了浅螺旋整体钻杆;依据窄缝黏性流体流动理论,采用间隙密封设计,研制了超高压旋转水尾;基于煤矿井下巷道条件的多变性,根据高压清水泵的额定压力、额定流量确定了溢流阀的设计要求,研制了高压远程操作台;综合分析耐压性及远距离割缝作业沿程阻力损失,研制了超高压液压软管。通过关键部件的研制,成功研制了ZGF-100(A)型超高压水力割缝装置,成套装置工作压力达100MPa,具备钻割一体化功能,可实现100m以上远程操控,并配套研制了安全防护装置,形成了超高压水力传输的安全防护系统,同时,对成套装置空载运行、工作压力、工作流量、密封性能、耐压性能等8项内容进行了安全检测,检测内容均符合国家相关检测要求。现场应用结果表明:采用超高压水力割缝装置对煤层进行卸压增透,穿层钻孔割缝平均单刀出煤量0.85t,割缝半径1.78~2.18m,可提高钻孔瓦斯抽采纯量2.0倍以上,缩短抽采达标时间50%以上;顺层钻孔在钻孔工程量减少47%条件下,单孔抽采纯量提高2.0~2.5倍,缩短掘进循环施工周期60%以上,说明该方法割缝效率高,割缝后煤层卸压增透效果显著。




  • 过渡接头及防脱链安装示意
  • 膜片式安全阀结构示意
  • 超高压水力割缝装置组成
  • 超高压液压软管结构示意
  • 超高压旋转水尾结构示意
  • 浅螺旋整体钻杆结构示意
  • 高低压转换割缝器结构示意
  • 高压清水泵结构示意
  • 割缝钻孔与普通钻孔平均单孔抽采瓦斯纯量对比
  • 顺层割缝钻孔设计
  • 割缝钻孔与对比钻孔平均百米抽采瓦斯纯量变化曲线
  • 地面切割试验
  • 底板穿层割缝钻孔设计
  • 软管护套安装
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