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水力冲刷可用于石门揭开突出煤层和煤巷掘进,它是在工作面煤体中形成超前孔洞,使煤体得到卸压和排放瓦斯。
1.作用原理
通过在前方煤体中一组钻孔的水力冲刷,在水射流、地应力和瓦斯的共同作用下,使煤体破裂,并沿孔道周围扩展,破碎的煤体不断排出孔外,形成孔道网组,彼此连通或孔洞间煤柱受压破坏沟通,沿层面形成一定宽度和长度的槽缝,起到类似开采保护层的作用。
2.水力冲刷工艺及参数
(1)水力冲刷设备系统主要由高压泵、冲刷水枪、高压胶管组成,水力冲刷施工工艺如图4-39所示。石门揭煤时,对于薄及中厚煤层,在保持2m或3m岩柱的条件下,用直径105~ 200 mm的钻孔穿透岩柱和煤层全厚,进行水力冲刷,在工作面前方形成煤层全厚或一个分层厚的孔洞,孔洞周边达到石门轮廓线外1.5 m处。冲刷钻孔的数目取决于巷道断面和采用的冲刷工艺,一般为3~9个。
1-冲刷钻孔;2-冲刷水枪;3-支撑柱;4-高压胶管;5-高压水泵;6-水管;7-水车
图4-39 水力冲刷施工工艺
(2)水力参数包括水的压力、水的流量、工作喷嘴的形式和水力冲刷的速度等。在水射流的作用下要使煤体得到破坏,应考虑水压p、煤的坚固性系数f和射流的倾角。当煤的坚固性系数为0.6时,为了形成孔洞,必须使冲刷水压为7~11 MPa;在坚固性系数小于0.6时,冲刷水压应不小于5 MPa。石门揭煤时,水量不小于18 m³/h,喷嘴直径为6~10 mm。
北票矿务局于1965年开始试验和应用水力冲刷,据统计,石门揭煤20余次,其中安全揭煤13次。国内其他矿井也曾试验和应用水力冲刷,但20世纪70年代以后已很少使用。主要原因是水力冲刷出的煤和瓦斯就地排放,尤其是瓦斯大量涌出导致工作面瓦斯超限,使冲刷无法连续进行。