[00923795]高地应力突出煤层定向卸压增透集成技术研究及装备研发

平顶山矿区多为煤与瓦斯突出矿井，属于高瓦斯低透气性难以抽采煤层。在瓦斯治理中普遍遇到以下问题：开采深度大(深1200m)、地应力高(40MPa)、瓦斯含量高(深部区域超过30m<'3>/t)、瓦斯压力大(0.60～6.60MPa)；煤层透气性系数低(0.0001-0.0228mD)；布孔密度大；抽放时间长，抽采率低；瓦斯涌出量大。瓦斯预抽技术难题严重制约矿井安全高效开采。因此，针对平顶山矿区区域瓦斯治理中存在的技术难题，利用高压脉冲水射流破煤及振荡特性，开发出高地应力突出煤层定向卸压增透集成技术及成套装备，对煤体进行有效定向割缝，增加煤体暴露面积和卸压面积，扩大钻孔抽采影响范围，改善瓦斯流动条件，使煤层瓦斯得到充分卸压和释放，从而达到减少钻孔数量，提高瓦斯抽采效率，快速消突的目的，对煤矿安全高效生产具有重要的意义。主要技术内容：1、根据平顶山矿区瓦斯地质特征，分析了高压脉冲水射流作用下煤体中的气固液耦合特性及应力场和裂隙场的动态演化规律，揭示了高压脉冲水射流定向卸压増透低渗煤层的机理；提出了矿区掘进工作面条带、采煤工作面顺层、高地位巷穿层及石门揭煤等区域高地应力突出煤层进行全方位的卸压方法。2、研发出高地应力突出煤层定向卸压增透集成技术及系统成套装备，其中包括装备：自动切换式切缝器、高压密封输水器、高压密封钻杆、风力/水力-螺旋钻杆和气渣分离器；开发出了定向卸压增透工艺和风力-螺旋钻杆及水力-螺旋钻杆两种混合动力排渣工艺，并研究钻割造缝系统关键参数，实现了瓦斯抽采及灾害控制技术与系统集成，成功应用于平煤矿区高低位巷穿层预抽、工作面顺层预抽、煤巷掘进预抽和石门揭煤瓦斯预抽，使措施钻孔数量减少30％~50%，执行措施时间缩短30％~50%，有效避免了预抽孔施工作业中巷道瓦斯超限问题，杜绝了煤与瓦斯突出事故。授权的知识产权：在课题研究过程中获得7项专利：(1)一种多功能自激振荡射流钻头(ZL200810233083.3)；(2)煤矿深孔排水/排渣方法(ZL200810233084.8)；(3)一种破碎硬岩钻头(ZL201120220320.X)；(4)高压水密封钻杆(ZL201020147067.5)；(5)一种顺层钻进松软煤层深长瓦斯抽采孔的装置(ZL201020568896.0)；(6)一种煤层瓦斯抽放方法及装置(ZL200710092673.4)；(7)一种多功能自激振荡磨料水射流发生装置(ZL201120030433.3)。应用推广及效益：技术已在平顶山矿区五矿、八矿、平宝公司等十余个突出头面应用。产生经济效益：19397.7万元。该技术可有效增加煤层的透气性，消除煤层突出危险性。同时可减少钻孔施工工作量，极大地促进了区域预抽理论与防突技术的发展，具有巨大的安全社会效益。培养了10余名博士研究生、硕士研究生，获得专利7项，发表学术论文12篇。