丁集煤矿高压水射流扩孔试验分析

丁集煤矿属高瓦斯矿井，我们依据先抽后采的原则，在西一采区开掘低抽巷对其上部煤层进行了瓦斯抽放。西一采区低抽巷上方平均25 m为11－2煤层。为了准确考察研究高压水射流的扩孔效果及对抽放效果和煤层瓦斯参数的影响，我们把试验场地选择在西一采区低抽巷主抽放管道的近末端位置，以便准确测定抽放钻孔的抽放参数。
 
上图为钻孔布置。

首先我们在西一采区低抽巷420m和400m处分别施工2组钻孔，每组2个钻孔，1#钻孔与2#钻孔开孔距离2m，见煤点距离10m，2#钻孔与4#钻孔开孔距离2m，见煤点距离11m，钻头穿透11－2煤层进入煤层顶板0.5m停钻，各钻孔详细参数见下表。
 

考察钻孔参数
钻孔编号	组别	施工倾角/( °)	方位角/( °)	钻孔深度/m	穿透煤层厚度/m
1#	第一组	60	200	36	5.0
2#		65	240	35	4.8
3#	第二组	65	205	38	4.6
4#		65	240	40	5.0

由于严格按照钻孔参数的设计施工，因此基本可以保证在高压水射流扩孔之前第一组与第二组的煤层孔总长度相等，为以后对比提供了相同的基础条件。而后，在4个钻孔施工的过程中，我们分别收集了每个钻孔的煤屑，称重后密封保存。之后利用高压水射流装置对3#、4#钻孔进行扩孔施工，分别收集煤屑，称重后密封保存。最后再利用烘干设备对每一份煤屑进行烘干处理，再称重。详细数据请见下表。
 

钻孔排出煤屑质量表
煤屑源	烘干前质量/kg	烘干后质量/kg
1#	106	64
2#	102	61
3#	110	65
4#	118	70
3#扩孔	1390	1080
4#扩孔	1220	908

从上表可以看出，4个钻孔在用Φ89mm钻头施工过程中所排煤屑量基本相等，3#、4#钻孔扩孔所排煤屑为本钻孔普通施工中所排煤屑的15.4倍和13倍。

钻孔煤层经扩孔后仍为圆柱体，则可得出如下公式：



上述公式中，M —煤的质量，kg；
                    V —煤的体积，m³；
                    r —钻孔半径，m；
                    h —钻孔长度，m；
                    ρ_p —煤的视密度，取1.4t/m³。

3#钻孔在钻孔施工过程中排出煤屑65 kg，4#钻孔在钻孔施工过程中排出煤屑为70 kg；而3#钻孔在扩孔过程中排出煤屑1080 kg，4#钻孔在扩孔过程中排出煤屑908 kg，把扩孔前和扩孔后所排煤屑的数据代入上式则可以得出扩孔后3#、4#钻孔煤层部分直径，分别为0.422 m、0.374 m。

综上所述，我们可以看出3#、4#钻孔经高压水射流扩孔后煤层部分直径分别为原来的9.5倍和8.4倍。