丁集煤礦高壓水射流擴孔試驗分析

丁集煤礦屬高瓦斯礦井，我們依據先抽後采（cǎi）的原則，在西一采區開掘低抽巷對其上部煤層進行（háng）了瓦斯抽放（fàng）。西一采區低抽巷上方平均25 m為11－2煤層。為了準確考察（chá）研究高（gāo）壓水射流的擴孔效果及對抽放效果和煤層瓦斯參數的影響（xiǎng），我們把試驗場地選擇在西一采區低抽巷主抽放管道的近（jìn）末端位置，以便（biàn）準確測定（dìng）抽放鑽孔的抽放參數。
 
上圖為鑽（zuàn）孔布置。

首先我們在西一采區低抽（chōu）巷420m和（hé）400m處（chù）分（fèn）別施工2組鑽孔，每組2個鑽孔（kǒng），1#鑽（zuàn）孔與2#鑽孔開孔距離2m，見煤點距離10m，2#鑽孔與4#鑽孔開孔距離2m，見煤點距（jù）離11m，鑽頭穿透11－2煤層進入煤層頂板（bǎn）0.5m停鑽，各（gè）鑽孔詳細參數見下表。
 

考察鑽孔（kǒng）參數
鑽（zuàn）孔編號	組別	施工傾（qīng）角/( °)	方位角/( °)	鑽孔深度/m	穿透煤層厚度（dù）/m
1#	第一組	60	200	36	5.0
2#		65	240	35	4.8
3#	第（dì）二組	65	205	38	4.6
4#		65	240	40	5.0

由於嚴格按照鑽孔參數（shù）的設計施工，因此基本可以保證在高壓水射流擴孔之前第一組與第二組的煤層孔總長度相等（děng），為以後對比提供（gòng）了相同的基礎條件。而後，在4個鑽孔施工的（de）過程中，我們分別收集了每個鑽孔的煤屑，稱重後密封保存。之後利用高壓水射流裝置對3#、4#鑽孔進行擴孔施工，分別收集煤屑（xiè），稱重（chóng）後（hòu）密封保（bǎo）存。最後再利用烘幹設備對每一份煤屑（xiè）進行烘（hōng）幹處理，再稱重。詳細數據請見下表。
 

鑽孔排出煤（méi）屑質量表
煤屑源	烘幹前質量/kg	烘幹後質量/kg
1#	106	64
2#	102	61
3#	110	65
4#	118	70
3#擴孔	1390	1080
4#擴孔	1220	908

從上表（biǎo）可以（yǐ）看出，4個鑽（zuàn）孔在用Φ89mm鑽頭施工（gōng）過程中所排煤屑量基本相等，3#、4#鑽孔擴孔所（suǒ）排煤屑為本鑽（zuàn）孔普通施工中（zhōng）所（suǒ）排煤屑的15.4倍和13倍。

鑽孔（kǒng）煤層經擴孔後仍為圓（yuán）柱體，則可得出（chū）如下公式：



上（shàng）述公式中，M —煤的質量，kg；
                    V —煤的體積，m³；
                    r —鑽孔半徑，m；
                    h —鑽孔長度，m；
                    ρ_p —煤的視密度，取1.4t/m³。

3#鑽孔在鑽孔施工過程中排出煤屑65 kg，4#鑽孔在鑽孔施工過程中排出煤屑為70 kg；而（ér）3#鑽孔在擴孔過程中排出煤屑1080 kg，4#鑽孔在擴孔過程中（zhōng）排出煤屑908 kg，把擴孔前和（hé）擴孔後所排煤屑的數據代（dài）入上式則可以得出擴孔後3#、4#鑽孔煤層部分直徑，分別為0.422 m、0.374 m。

綜上所述，我們可以看出3#、4#鑽孔經高壓水射流（liú）擴孔後煤層部分直徑分別為（wéi）原來的9.5倍和8.4倍。