丁集煤礦高壓水射流擴(kuò)孔試驗(yàn)分析

丁集煤礦屬高瓦斯礦井，我們依據(jù)先抽后采的原則，在西一采區(qū)開掘低抽巷對其上部煤層進(jìn)行了瓦斯抽放。西一采區(qū)低抽巷上方平均25 m為11－2煤層。為了準(zhǔn)確考察研究高壓水射流的擴(kuò)孔效果及對抽放效果和煤層瓦斯參數(shù)的影響，我們把試驗(yàn)場地選擇在西一采區(qū)低抽巷主抽放管道的近末端位置，以便準(zhǔn)確測定抽放鉆孔的抽放參數(shù)。
 
上圖為鉆孔布置。

首先我們在西一采區(qū)低抽巷420m和400m處分別施工2組鉆孔，每組2個鉆孔，1#鉆孔與2#鉆孔開孔距離2m，見煤點(diǎn)距離10m，2#鉆孔與4#鉆孔開孔距離2m，見煤點(diǎn)距離11m，鉆頭穿透11－2煤層進(jìn)入煤層頂板0.5m停鉆，各鉆孔詳細(xì)參數(shù)見下表。
 

考察鉆孔參數(shù)
鉆孔編號	組別	施工傾角/( °)	方位角/( °)	鉆孔深度/m	穿透煤層厚度/m
1#	第一組	60	200	36	5.0
2#		65	240	35	4.8
3#	第二組	65	205	38	4.6
4#		65	240	40	5.0

由于嚴(yán)格按照鉆孔參數(shù)的設(shè)計施工，因此基本可以保證在高壓水射流擴(kuò)孔之前第一組與第二組的煤層孔總長度相等，為以后對比提供了相同的基礎(chǔ)條件。而后，在4個鉆孔施工的過程中，我們分別收集了每個鉆孔的煤屑，稱重后密封保存。之后利用高壓水射流裝置對3#、4#鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔施工，分別收集煤屑，稱重后密封保存。最后再利用烘干設(shè)備對每一份煤屑進(jìn)行烘干處理，再稱重。詳細(xì)數(shù)據(jù)請見下表。
 

鉆孔排出煤屑質(zhì)量表
煤屑源	烘干前質(zhì)量/kg	烘干后質(zhì)量/kg
1#	106	64
2#	102	61
3#	110	65
4#	118	70
3#擴(kuò)孔	1390	1080
4#擴(kuò)孔	1220	908

從上表可以看出，4個鉆孔在用Φ89mm鉆頭施工過程中所排煤屑量基本相等，3#、4#鉆孔擴(kuò)孔所排煤屑為本鉆孔普通施工中所排煤屑的15.4倍和13倍。

鉆孔煤層經(jīng)擴(kuò)孔后仍為圓柱體，則可得出如下公式：



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

3#鉆孔在鉆孔施工過程中排出煤屑65 kg，4#鉆孔在鉆孔施工過程中排出煤屑為70 kg；而3#鉆孔在擴(kuò)孔過程中排出煤屑1080 kg，4#鉆孔在擴(kuò)孔過程中排出煤屑908 kg，把擴(kuò)孔前和擴(kuò)孔后所排煤屑的數(shù)據(jù)代入上式則可以得出擴(kuò)孔后3#、4#鉆孔煤層部分直徑，分別為0.422 m、0.374 m。

綜上所述，我們可以看出3#、4#鉆孔經(jīng)高壓水射流擴(kuò)孔后煤層部分直徑分別為原來的9.5倍和8.4倍。