3206轨道顺槽
水射流瓦斯增透试验方案及安全技术措施
*******煤业有限公司
编制人：***
编制时间：**年9月14日
1、基本概况
为提升本煤层瓦斯抽采效果，计划近期开展水射流瓦斯增透技术试验。结合矿井实际情况，计划在3206轨道顺槽1730—1790m段实体煤处进行水射流瓦斯增透技术试验。
2、水射流瓦斯增透技术原理
高压水射流切缝技术，是在已经施工的钻孔中，利用喷出的高压水射流对钻孔进行旋转切割，高压水射流压力很大，能在很小的范围内聚集很大的能量。当高压水射流作用于物体表面，引起材料结构破坏的主要作用有：射流打击力、水楔作用、射流脉冲负荷引起的疲劳破坏作用、气蚀破坏作用等，这些作用在材料破坏中同时得到发挥。煤岩的破坏是脆性材料在拉应力或应力波作用下的脆性破坏。射流作用于煤岩表面时，极大的力施加在表面很小的区域内并使其变形，其内部应力随射流压力增加而增大，在打击区域正下方某一深处将产生最大切应力，打击接触区边界周围产生拉应力。当拉应力与切应力分别超过了煤岩抗拉和抗剪极限强度时，形成裂隙，高压射流随即侵入裂隙空间，在水楔作用下，裂隙不断发展扩大，裂隙的发展和扩大使其内部及延伸到表面的裂缝数量增加，最终导致煤岩的失效破坏。高压水射流破坏煤岩的过程中，流体对煤岩的穿透能力也是一个重要影响因素，流体渗入微小裂缝、微小孔隙和细小通道及其它缺陷处，降低了煤岩强度，有效的参与了煤岩的失效过程。
不仅水射流冲孔期间能排放部分瓦斯，另外，水射流使得钻孔内形成很多垂直于钻孔的“圆盘型”裂隙，增大了钻孔与煤体的接触面积与煤层的透气性，扩大了瓦斯抽采半径，提高了抽排效率，有效的降低了煤层内瓦斯含量。
3、射流切缝瓦斯增透方案
经过井下实地勘察并结合设备安装要求等实际情况，3206轨道顺槽末端巷道（1730—1790m）符合试验条件。在较平区域安装高压注水泵，试验共施工四组钻孔（组与组之间距离为6m），每组4个孔，钻孔间距3m，开孔高度距离底板1.5m（可根据现场实际适当调整钻孔高度），孔径113mm，孔深42m，第一组钻孔直接进行瓦斯抽放，第二组钻孔内2m间距进行高压水射流切缝，第三组钻孔内3m间距进行高压水射流切缝，第四组钻孔内4m间距进行高压水射流切缝，切缝完毕之后进行瓦斯抽放，钻孔布置图如图1所示。
图1
钻孔布置示意图
具体工艺流程如下：
（1）
由瓦斯抽采队按设计用ZDY1900S钻机打完四组合计16个钻孔，每组4个钻孔，组与组间距6m，每一组内的两个钻孔间距3m；
（2）
第一组钻孔不射流，第二组钻孔内每隔2m射流一条缝、第三组钻孔内每隔3m射流一条缝、第四组钻孔内每隔4m射流一条缝，水射流系统图如图2所示（水射流系统高压泵由煤科院人员操作）：
图2
高压水射流切缝示意图
水射流切缝工艺流程如下：
将钢球放入钻杆中，将水尾与钻杆和高压胶管相连，开启注水泵，此时注水泵提供较小水压，开启钻机使得钻孔内钻杆旋转，将注水泵调至最高压进行射流，单次射流时间15min，然后按照4m/min速度退钻4m（第三组6m、第四组8m）后再次射流15min....，如此循环，直至完成孔内12m~42m之间裂缝的切割（第二组设计单孔射流时间为120min，射流段裂缝间距为2m；第三组设计单孔射流时间为75min，射流段裂缝间距为3m；第二组设计单孔射流时间为60min，射流段裂缝间距为4m）。
（3）
封孔长度为12m，采用“两堵一注”
封孔工艺，每个钻孔施工结束后于下一班及时进行封孔。每一组（4孔）同时进行接抽，接抽后立即进行单孔参数测量，每4个小时测量一次各个钻孔内的瓦斯流量、甲烷浓度、负压参数，每孔持续测量15天，得出单孔瓦斯抽放量随时间的变化情况。
（4）
对比这四组钻孔的瓦斯抽放参数，检验水射流切缝对提高瓦斯抽放量的效果。
试验设备、仪器仪表
名
称
规格/型号
数
量
备
注
全液压坑道钻机
ZDY1900S
1台
高压密封钻杆
φ50mm
42根
1m/根
钻头
φ113mm
1个
煤层注水泵
3BZ7.1/66—160
1台
电机功率160KW
水箱
1m³
1个
高压胶管
φ32mm
150m
最高耐压90MPa
射流器
——
2个
CJZ快插式导流管
2寸
16个
瓦斯抽放综合参数测定仪
CJZ70
1台
供电系统
煤层注水泵电源取自二采区2#变电所800
KVA干式变压器（原综掘一队综掘机电源），电缆选用φ3×50+1×25mm2橡套电缆；ZDY1900S型钻机电源取自3207皮带顺槽900m处800KVA移变。
3206轨道顺槽煤层注水电压损失及灵敏度校验计算
3206轨道顺槽末端煤层注水泵电源来自3206轨道顺槽口处800KVA干式变压器，最远点短路点短路电流及电压损失计算：
（一）变压器二次侧电压1140V，容量800KVA,供电负荷：注水泵：160KW，供电电缆采用MYP3×50+1×25、1600米、MYP3×70+1×25、200米。
容量计算：
视载功率
式中：
视载功率
变压器供电设备额定功率之和
电动机的平均功率因数
取0.85
需用系数
负荷系数
（二）电力负荷计算
800KVA变压器负荷：310KW.（三）低压电缆选择计算及校验
1、按长时工作电流选择电缆截面。
2、按正常运行时电缆网络末端电压不低于额定电压95%的原则,对于660(1140V)电网用下式计算网络中允许的最大电压损失。
低压电网各部分的电压损失按下式计算
电缆支线电压损失：
电缆干线电压损失：
变压器电缆损失：
上述公式中：
:
电动机的效率
取95%
铜导线的电导率
供电线路电压等级
供电支线、干线电缆截面积
供电支线、干线电缆长度
网络供电总负荷与分支负荷
变压器电阻、电抗
（四）3206轨道顺槽末端注水泵供电电缆电压损失计算
供电负荷：40+2×55+160＝310（KW）
供电干线电压损失：
（1）电缆采用MYP
3×70+1×25
长度200m
=1000×0.23×0.51×310×200/1140×53×70×0.95
=8V
供电支线电压损失：
（2）电缆采用MYP
3×50+1×25
长度1600m
=1000×0.51×160×1600/1140×53×50×0.95
=
45.5V
（3）变压器电压损失：
800KVA移动变压器电阻、电抗：，=184.7/1.14×0.51(0.0135×0.85+0.1072×0.53)
=6V
3206轨道顺槽末端水泵电缆电压损失满足要求
（五）短路电流计算。
KBSG-800/10变压器至3206注水泵采用MYP
3×50+1×25电缆1600m,MYP
3×70+1×25电缆200m。
高压电缆电阻、电抗：
低压电缆电阻、电抗
KBSG-800KVA移动变压器的阻抗（=6000
Ud=6）
电抗
Xb
=
Ux
U2e2/S
％
电阻
低压电气设备保护整定计算
注水泵馈电开关保护整定
过负荷保护整定
取
短路保护整定
系统最远端两相短路电流
=779A
灵敏度校验
灵敏度满足要求
劳动组织
抽采队负责打钻、射流作业的具体施工以及数据的采集工作；天地科技股份有限公司技术人员现场负责注水泵的操作以及射流操作的技术指导。
每天一班（8点班）施工打钻、射流，当班封孔或者次班封孔。第一组钻孔施工时每班施工两孔；其余三组每班施工一孔并射流。预计整个试验时间为1个月（打钻及射流时间为16天，数据采集时间为15天）。
安全技术措施
7.1
高压泵运转安全技术措施
1）运行前检查：
（1）新泵启动前应先检查各个部位上的螺栓，螺母，特别是泵头上的螺母是否拧紧，严禁在有松动现象的情况下，开机运行。
（2）停车时间较长的泵，启动前首先检查各部分组件。清洗干净箱体内的防锈油，检查十字头、连杆、主动轴、从动轴等零（部）件是否有水锈、划痕，如果有可用细砂布打磨、并将用纱布打磨过的件用布擦干净，否则会引起零（部）件间的相互研磨，导致机器损坏。如若发现有严重锈蚀现象，应立即更换零（部）件。最后检查各部分螺纹连接是否拧紧，严禁在有松动现象的情况下，开机运行
（3）停车时间较长的泵，启动前要检查密封件，如有老化，损坏应予更换，否则会导致系统工作不正常。
（4）停车时间较长的泵，如若发现箱体内不干净（由所处的使用环境污染而导致），应在彻底将动力端清洗干净后，再注入新润滑油，以防止动力端内部件被研坏。
（5）新泵或停车时间较长的泵，在启动前应在联轴器处盘车，检查各运动部分是否灵活。特别注意动力端上的主动轴，其转动方向一定与转向指示牌指向一致，否则有研坏十字头的危险！
（6）启动前，应将泵的进液管路和输出管路上的各种阀全部打开，为空载起动做准备。
（7）启动前，检查进液端和输出端管路的接头是否拧紧，以免泵吸入空气，产生气蚀。
（8）启动前，应按照说明书中的规定选用润滑油，并将润滑油注入箱体，检查油位。
2）启动：
（1）启动电机。
（2）空载起动，使液体从泵的输出口喷出，这样所有空气可以从液力端排出，以避免气蚀。
（3）经空载运转正常的泵，方可以加压运行。加压过程要缓慢进行，加压过程中应随时注意有无异常的声音及振动，如有应及时停车检查。
（4）负载运转时应检查填料函、箱体等部位是否有温度急剧上升的情况，一般油温不得超过80℃。如若有此情况发生，应立即停车检查。短时间停工可以不停车，间隔时间较长，就按照停车规定停车。
（5）在工作运行状况下要随时注意运转情况，检查柱塞密封。柱塞表面带有水珠、填料函有微小的泄漏是正常的，泄漏过大影响系统压力的正常建立则需要更换处理。
注意：泵在被启动后，切勿站在泵头正面，以免出现事故造成人身伤害。
3）停车：
停车时应首先将压力调节阀打开——使泵压降至零位，然后再停电机，卸下压力接头。如果泵较长时间搁置不用，趁箱体内润滑油还热时将油放空。打开箱体，用冲洗油将箱体冲洗干净并涂以防锈油，在柱塞及中间杆上涂黄油以形成润滑层。松开系统中全部封盖，放松阀门，以便放掉泵内的液体，务必使得系统中的液体全部流出。因为进液阀和排液阀之间的腔室为密闭空间，所以按照以上步骤，无法将其内部的液体泻空，可以在进液端和输出端的水放净后，再让泵短时间内在没有介质的情况下空载运行，使进液阀和排液阀之间的腔室内的水被彻底放掉，此时系统中的调压阀、溢流阀、安全阀等应全部打开，以防止泵本身在没有液体介质的情况下带压运行，从而对泵本身产生不良影响。
注意：冬天由于环境温度较低，切记按此方法运行，以免使泵头上冻，影响使用。
7.2
高压水射流安全技术措施
1）实施高压水力割缝前，相关人员必须经过专门培训，学习高压泵、钻机操作规程，现场由天地科技技术人员对高压泵进行操作。
2）高压管必须用不少于12#铅丝（或游丝绳）固定于巷帮，以防摆动或脱节伤人。
3）高压水力割缝的钻机操作台必须安设在施工点进风侧4～5m处的安全位置，且能清楚观察钻机运转、延接钻杆和孔内返水情况。
4）高压泵至钻机之间供水管路必须采用高压管（承载压力≥60MPa）。
5）开启高压泵后必须观察各联接头是否存在卸漏情况，否则，必须立即停止施工进行处理，特别是在高压开启之前人员严禁正对有可能卸漏的各联接头，防止高压水伤人。
6）钻杆必须使用完好无损的水力割缝专用钻杆；连接钻杆时，首先检查钻杆内及连接螺纹处是否有异物，如有必须清除，然后在钻杆的外丝扣端加专用密封垫圈，以保证钻杆连接处可靠密封。
7）钻进过程中，钻机操作工必须随时观察钻孔内返水情况和钻进有无异常，如出现返水量变小或有卡钻现象时，必须立即停止钻进，查找原因，处理好后才能继续钻进。
8）撤卸钻杆时，严禁使用其它物件敲打水力割缝专用钻杆，施工结束后钻杆必须装进工具箱进行上锁管理。
9）施工现场必须将所有的工具、材料堆放整齐，撤退路线保持畅通无阻。
10）开钻前，施钻人员必须严格执行“敲帮问顶”制度。
11）高压水力割缝期间，施工地点上风侧5m范围内必须安设甲烷传感器，并每班由班(组)长带一台便携式瓦检仪悬挂于施工点下风侧5m范围内，当瓦斯浓度达到0.5%时必须立即停止施工，严禁瓦斯超限作业。
12）施工期间将施工地点供电开关等其它电器设备必须进行垫高保护。
13）施钻过程中操作钻机人员必须随时观察钻进过程中钻孔内动力现象，如出现堵孔、卡钻、抱钻等异常情况立即停止施工，并立即向相关专业技术人员汇报处理。
14）施钻地点每班安排瓦斯员进行巡回检查并做好记录。
15）机电部门每周对该区域电器设备进行失爆检查，杜绝电器失爆。
16）高压泵调压、并联运行连接部件由天地科技技术人员负责检查，压力指示必须完好准确，水力割缝系统安装完成后由天地科技技术人员验收合格后才能投入实施。
17）每班实施高压水力割缝前，天地科技技术人员必须对高压管件进行认真检查，确认无安全隐患后方能开始作业。
18）高压水力割缝施工结束后，施工人员必须对割缝钻头进行清洗。
19）高压水力割缝期间，通风科必须安排专人现场跟班，安监科负责安全措施的检查落实。
20）水力割煤过程中，所有人员严禁站在钻机和钻杆正后方，以防高压水伤人。
7.3其它安全措施
1、作业地点安排安全员现场跟班，监督措施执行情况。
2、施工过程中，严格执行“行车不施工，施工不行车”规定，车辆兑运时施工人员必须撤至准备队警戒外。
3、人员需在高处作业时，必须设置平台，并可靠固定。
4、瓦斯员对施钻地点每班进行瓦斯巡回检查。
5、施工过程中，发现喷孔、瓦斯涌出异常等特殊情况，必须立即停止作业，将人员撤至施工地点上风侧，及时汇报调度室和通风科，采取措施进行处理。
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