0 引言

我国煤与瓦斯突出煤层分布广泛，瓦斯灾害威胁严重。由于国内矿区的成煤期多为石炭二叠世，成煤后经过多次强烈的构造运动，破坏了煤层原生裂隙，造成煤层结构复杂、变质程度高、煤质松软、渗透性低，煤层瓦斯极难抽采。

在全国煤矿瓦斯赋存分区中，平顶山矿区属于华北板块南缘高突瓦斯区，受造山带推挤作用控制，地质构造复杂，煤与瓦斯突出灾害严重，是我国严重的煤与瓦斯突出矿区。近年来，随着平顶山矿区突出矿井瓦斯治理技术的不断发展，尤其是无保护层可采的单一低渗透突出煤层，预抽煤层瓦斯已发展成为重要的防突技术手段。为了有效提高低透气性突出煤层的瓦斯抽采效率，在单一低渗透突出煤层区域瓦斯治理工程实践中，水力冲孔技术推广应用范围不断扩展[1-3]。

定价成本监审办法第八条规定：管理费用是指水经营者管理部门为组织和管理供水生产经营所发生的各项费用，包括管理人员工资、职工福利费、差旅费、办公费、业务招待费、社会保障费、物料消耗、低值易耗品摊销及其他管理费用。建议东线、中线工程管理费用按管理人员工资福利费的1.5倍考虑。

高压水力冲孔工艺优化是针对冲孔目标层位煤层赋存条件设计相应的冲孔参数：冲孔过程中适时控制冲孔水压、流量、冲孔时间、单孔出煤量等参数，以期达到最佳增透效果，提高瓦斯抽采效率[4-5]。

1 单孔出煤量与卸压强度耦合规律研究

水力冲孔过程中，用相同的水压、流量、冲孔时间等工艺控制参数进行冲孔，对于不同的冲孔煤层，会产生不同的单孔出煤量，其卸压范围和应力分布状态差别很大。现场试验表明：单位时间内单孔冲孔出煤量越多，冲孔孔径增大，卸压增透效果越好，但是所造成的喷孔发生概率和强度就越高，现场瓦斯安全管理难度进一步增加，影响安全生产[6-8]。

该组冲孔钻孔在普通钻孔抽采60 d后进行施工。从图5中可以看出，普通钻孔瓦斯浓度衰减较快，抽采10 d后降低到20%左右，而水力冲孔钻孔的瓦斯抽采浓度较高、衰减缓慢，连续抽采40 d后浓度仍维持在60%以上。表明水力冲孔进一步增强了突出煤层钻孔瓦斯抽采能力。

本文针对平煤股份八矿己组突出煤层赋存特征，建立突出煤层水力冲孔数值模拟模型，分析不同冲孔工艺参数条件下、冲孔形成的应力分布规律。应力分布模拟分析如图1、图2所示(对应出煤量，煤的密度按照1.3 t/m3计算；原岩应力为30 MPa)。

“三个阶段”指的是“设疑导航、组元合作、展示提升”，其中组元合作是基础，设疑导航是核心，展示提升是保证。

  

图1 孔半径为0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7 m应力分布Fig.1 Hole radius is 0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7 m stress distribution

  

图2 不同出煤量条件下煤层应力变化Fig.2 Coal seam stress changes under different coal output conditions

由数值模拟分析可知，水力冲孔后，煤层内应力状态发生变化，产生应力集中现象，应力集中程度和孔径大小对应性强。模拟分析显示：钻孔每米出煤量0.04 t、应力集中最小，形成的钻孔直径仅为0.2 m，煤层卸压效果差；随着水力冲孔钻孔冲出煤量的增加，煤层卸压效果不断增大；冲孔半径增加到0.3 m时、钻孔每米出煤量升至0.37 t，继续冲孔扩大孔径，集中应力峰值持续增加，卸压效果增加幅度变缓。

冲孔间距优化设计：在无地质构造、打钻无喷孔现象的地点，每组布置3个冲孔钻孔，孔间距4.5 m；在打钻有轻度喷孔的地点，每组布置3个冲孔钻孔，孔间距3.5 m；在打钻有严重喷孔的地点，施工抽采钻孔、抽采瓦斯，抽采瓦斯量衰减后，每组布置4个冲孔钻孔，提高抽采效率。

2 水力冲孔工艺优化试验

2.1 试验工作面基本情况

为增加煤层透气性、提高穿层钻孔预抽效果，在穿层钻孔施工过程中采用高压水力冲孔增透技术增加煤层透气性[11-13]。冲孔钻孔与普通钻孔实行交叉布置，在普通钻孔中间布置冲孔钻孔，组间距4.5 m、每组3个孔，分别对应于己15-14140运输巷的上帮、运输巷施工区域和运输巷的下帮；水力冲孔起始压力为6 MPa，最高压力不超过20 MPa；单孔出煤量不低于2 t，单孔冲孔时间不低于1 h。

平煤八矿己15-14140运输巷设计长度1 050 m，巷道标高-570～-650 m；煤厚3.40～3.85 m，平均厚3.6 m；煤层倾角17°～28°，平均22°；瓦斯压力2.65 MPa，瓦斯含量18.87 m3/t。采取底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯区域措施，在己15-14140运输巷底抽巷内布置穿层钻孔，穿层钻孔每5 m一组，每组布置2列共8个钻孔，列间距1.5 m，钻孔孔径为75 mm，钻孔终孔位置控制到运输巷上、下帮轮廓线外各15 m。

2.2 冲孔工艺参数优化设计

(1)逐级卸压、递进掩护式冲孔工艺。原始瓦斯压力大于2.0 MPa的煤层，应使用逐级卸压和递进掩护式冲孔工艺。施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯并抽采一定时间、卸除部分煤层瓦斯压力和地应力后，方可进行水力冲孔，以增加煤层透气性，提高瓦斯抽采效果。

当然，由于等离子射流温度足够高，且原始的NiAlW合金粉末具有较高的热导率和球形度，在喷涂过程中受热较均匀，熔融粉末颗粒高速撞击基体或已沉积涂层后变形充分，在凝固前可在基体及已沉积涂层表面迅速铺展并填充缝隙，且原始粉末粒径分布较宽，较细的熔融粉末更易于填充孔隙，故涂层整体仍较为致密。

记录P1—P10号测试孔的瓦斯压力观测值，绘制瓦斯压力变化曲线，分析冲孔前后各测试孔瓦斯压力变化曲线，根据瓦斯压力数据变化曲线分析冲孔有效影响范围(图4)。数据分析表明：煤层厚度3.4～3.8 m，冲孔孔口水压为8～12 MPa，单孔累计冲出煤量2.2 t，冲孔影响半径可达5 m。

  

图3 钻孔开孔位置示意Fig.3 Drill hole position indication

  

图4 冲孔半径测试分析Fig.4 Punching radius test analysis

根据实测情况分析，对冲孔工艺进行优化：冲孔水压8～14 MPa，每米钻孔出煤量0.5 t。

理论分析表明：单孔冲出煤量小，形成的孔径较小，卸压效果不充分；单孔冲孔煤量大，形成的冲孔孔径太大，产生的应力集中峰值较大[9-10]。单孔每米出煤量在0.37～0.65 t时产生的应力集中峰值适中、卸压效果较好，每米钻孔出煤量可控制在0.5 t。

在试验工作面运输巷底抽巷580 m处施工1组测试孔进行现场测试：测试孔直径75 mm，孔深按抽采钻孔要求施工。1号—10号测试钻孔相互平行，严格按照设计间距垂直于巷道上帮开孔施工。测试孔布置在水力冲孔钻孔两侧，施工P1—P10压力测试孔，测试孔施工完成之后封孔，安装压力表测瓦斯压力；瓦斯压力稳定后，在指定位置施工冲孔钻孔T1至设计孔深，成孔后按照设计要求的冲孔工艺参数(水压、流量、冲孔时间及单孔冲出煤量)进行冲孔试验。测试孔布置平面如图3所示。

2.3 冲孔工艺优化

在井下现场水力冲孔试验过程中，设计人员依据数值模拟分析，设计了水力冲孔试验技术方案，根据现场情况开展水力冲孔参数测试工作。

(2)间隔式冲孔工艺。原始瓦斯压力在1.5～2.0 MPa的煤层，应使用间隔式冲孔工艺。在抽采钻孔施工过程中，使用钻冲一体化技术进行间隔式冲孔。首先施工抽采钻孔，然后施工冲孔钻孔并进行冲孔，可采用隔一组一冲或隔一孔一冲的方式进行冲孔。应实行第1组冲奇数钻孔、第2组冲偶数钻孔的循环方式，使冲孔范围突出煤层均匀卸压。己15-14140运输巷底抽巷水力冲孔试验地点钻孔的瓦斯抽采浓度如图5所示。

  

图5 钻孔瓦斯抽采浓度对比Fig.5 Comparison of drainage gas drainage concentration

(3)钻冲一体化冲孔工艺。原始瓦斯压力在0.74～1.50 MPa的煤层，可直接采用钻冲一体化技术进行冲孔。利用低压钻进、中压冲孔方式进行冲孔，钻孔钻进水压3～5 MPa，冲孔水压8～16 MPa。

2.4 水力冲孔效果考察分析

婚外情是甜美的是刺激的，让他体会到做成功雄性的自豪感。可是，偶尔生出的负罪感，还是让他感到不安。不安归不安，他仍是天真地幻想出现妻妾默契的局面。那样的例子也不是没有，交通局候局长就是典范。大老婆经营一家路桥公司，小老婆经营一家钟表店，两家孩子居然亲热往来，这么多年来相安无事。甚至，两个老婆还达成同盟，各尽职守，严防老公越轨。

3 结论

(1)现场试验表明，水力冲孔增透过程中，煤层内的应力分布发生变化。随着冲出煤量的增加，冲孔的孔洞规模变大，煤层内产生较强的应力集中现象，增加诱导喷孔发生概率和强度，影响现场安全管理工作。

⑧加工端面，测量退刀槽端面到待加工端面长度(19.5)。对刀，分别用1、2号刀试切端面和外圆，设置好刀偏表，并用“X磨损”留好0.3的余量，为粗、精车做好准备。

(2)数值模拟分析表明，水力冲孔增透过程中，煤层卸压影响范围随着孔洞规模的扩大而逐步增大，达到应力集中峰值后，卸压效果增加幅度趋缓，最优单孔每米冲出煤量可控制为0.5 t。

物理是一门以实验为基础的科学，在教学中让学生做一些“迷你小实验”、“探索性实验”是利于他们学习研究物理问题的方法的，并可以改变验证性实验中部分学生不认真、不动脑乱凑数据的现象。实验中，每个学生都是带着疑问来进行探索、研究物理规律的，因而学生的注意力更集中，实验更认真，有利于培养他们的研究问题、总结规律的能力。

(3)冲孔扰动半径现场测试表明，冲孔时孔口水压为8～12 MPa、单孔累计冲出煤量为2.2 t时，冲孔影响半径可达5 m，卸压增透效果明显，杜绝了喷孔现象发生。

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