超高压水力割缝煤层增透成套装置研制及应用

张永将^1,2，陆占金^1,2

1. 中煤科工集团重庆研究院有限公司2. 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100 MPa,具备钻割一体化功能,可实现100 m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0.85 t,割缝半径1.78～2.18 m,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。

关键词：超高压;水力割缝;钻割一体化;远程操控;瓦斯抽采;抽采达标;