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

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：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。