Ａ一 ，…， ＮＨＵ ｌＳＣＩＥＮＣＥ ＆ Ｔ搴 簿ｌＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ｌ ｌ炭 ｝、。。 ，披、 ： 软岩巷道掘进 片帮防治技术 王 新型旋转水 孟祥宇 华 ；： 水射流钻孑Ｌ技术是２０世纪７０年代 发展起来的一门新技术，并广泛应用于煤 ：炭机械、石油、冶金、建筑、消防、化工等 、祁东矿施工的部分掘进头巷道岩石 Ｉ碉格１００ｘＩＯＯｍｍ。 较为松软，迎头断面经常出现片帮现象， 改进后超前加固范围及施工步骤。采 ；行业，主要用来对物料进行切割、破碎和 针对这种情况采取对迎头断面进行了超 用锚杆及网片对迎头顶板至顶板以下 清洗 研究表明：水射流钻孑Ｌ法被认为是 前加固措施，现场确实能起到安全保护的 ２．０ｍ范围内的矸石进行加同；爆破后，仔 最有潜力效率最高、能量传输方便、易于 作用。在实施的过程中考虑到浪费问题． 细观察迎头断面及顶板情况，进人工作面 ：实现的新型钻孑Ｌ方法在工作压力 、，南原使用的等强螺纹树脂锚杆改为管缝 前要先敲帮问顶，找掉活矸、危岩，确认安 １０３ＭＰ 的情况下高压水射流钻进的速 式锚杆，这样就节约了锚固剂的使用，但 全后及时移挪前探梁，放顶梁过好顶；打；度是普通回转钻头的２～４倍。 ．还是不能改变浪费的现状。本文针对这种 锚杆眼，上网片、安装迎头断面专用锚杆； 进 一在高压水射流技术基础上发展的旋 情况进行分析和研究，并进行优化和改 用大锤把霸王桩楔进锚杆孔，用来固定专 转射流钻孑Ｌ技术可以解决低渗透煤层气 用锚杆，使其更加牢固（这里用的霸王桩 的抽放难题提高煤层中瓦斯气体的抽放 ，、超前加固改进前施工方案 就相当于锚固剂）；上锚杆托盘及螺丝，并≤量及抽放效率，减少煤矿Ｔ业中瓦斯爆炸 紧固螺丝；迎头开始倒货，然后载腿子，腰：：及瓦斯中毒事件的发生率，在煤矿安全生 ”，． ．“．． ．．．，．．．．”．．．．．” ，，” ”．．．．．”，．．，．．・ ．” ．．”，．． ”．．．．．”．．．．． ・软岩巷道掘进施工爆破后，仔细观察 帮：最后迎头打眼、装药，待药装好后把迎 迎头断面及顶板情况，进入工作面前首先 头专用锚杆托盘、螺丝及网片卸掉．放到 用３．２７３６ｘ１２＝３９．２８３２万元 改进后的专 要先敲帮问顶，找掉活矸、危岩，确认安全 耙矸机后安全地点．这时就可以连线放 用锚杆及网片可以重复利用几乎没有损 后及时移挪前探梁，放顶梁过好顶．然后 炮，然后再重复下一循环。 进行超前加同。采用锚杆及网片对迎头顶 板至顶板以下２．Ｏｍ范围内的矸石进行加 固。锚杆采用Ｏ２０ｍｍ，Ｌ＝１６００ｍｍ左旋无 三、改进前后比较 耗。 施＿丁效率。改进前后锚杆长度不一 样．缩短了打眼时问。原管缝式锚杆需要 安令性能。迎头最大的安全威胁就是 用大锤慢慢砸进去，改进后的锚杆一步到 节约了锚注时间。炮 纵筋等强螺纹钢树脂锚卡Ｔ，锚杆托盘规 倒货后载腿子时，由于整个巷道断面都暴 位直接楔上霸王桩，格：１５０ｘｌ５０ｒａｍ，钢筋网采用０６．５ｒａｍ，网 露出来，空间高度比较大，如果护帮效果 后被崩坏的锚杆和网片需要拆除后重新 拆除报废锚杆和网片要耗费大 格１００ｘｌＯＯｍｍ的钢筋网．网幅３０００ｘ 不好．掉落矸石很容易砸伤施工人员。现 超前支护．９００ｒａｍ，网格１００ｘｌ００ｍｍ。 场施Ｔ效果表明改进前后安全性能几乎 量的时间和劳动力，省去了拆除时间。改 一施工１．６ｍ超前锚杆挂网进行加固， 杆挂网，再进行下一轮施工。 二、样，都能有效的防止迎头断面片帮，有 进后的锚杆直接退掉霸王桩和锚杆拿掉 网片就可以了。 待放炮架棚结束后再重新打迎头帮部锚 无支护变成主动支护。在控制围岩脱落，保障迎头施工安伞方面发挥了重要作用。 运输成本。改进前报废的锚杆和网片 超前加固改进后施工方案 经济效益。改进前：管缝式锚杆每根 回收困难，因为报废的锚杆和网片比较零 ２５元．网片每片５０元，锚杆盖板每个３ 散，回收时需人工转运到车皮，再由车皮 环境卫生。报废锚杆不能及时的回 增加了部分运输费用。 超前加固使用材料。锚杆采用 元 每循环进尺０．７米，需要管缝式锚杆９ 转运到地面，Ｏ１６ｍｍ，Ｌ＝１２００ｒａｍ左旋无纵筋等强螺纹 根，网片２片，锚杆盖板９个。每循环花费 钢锚杆（此锚杆为专加＿丁的锚杆，锚杆的 超前支护材料费用为９ｘ２５＋２ｘ５０＋９ｘ３＝ 收，影响迎头环境卫生和施工地点的空 直径变小，长度变短），锚杆托盘规格： ３５２元。每圆班三个循环共节约材料费用 问。 ０５６元 一个月节约材料费用 １００ｘ３００ｍｍ，钢筋网采用０６．５ｒａｍ，网格 ３５２ｘ３＝１（作者单位：恒源煤电公司祁东煤矿） 责任编辑：潘勇 １ＯＯｘｌＯＯｍｍ的钢筋网，网幅４０００ｘ９００ｍｍ， １０５６ｘ３１＝３．２７３６万元 一年节约的材料费 —蠢 豳 ２０１０年第１２期 煤炭科技 萋 鹾ｉ 酝 ｌＬｏＧ÷ 钻头、自旋转钻头。但在煤层中钻水平井， 钻进，结构相对简单的钻头。 要保证能钻出足够大的孑Ｌ径且有较高的 射流钻孑Ｌ技术 破岩效率及规则的孑Ｌ眼形状，上述几种钻 二、旋转水射流钻孔技术最新成 果 头应用于超短半径水平井系统都有其不 足之处 单孔钻头的破岩面积小：多孑Ｌ钻 根据旋转射流独特的结构特性和破 头所需功率大，破岩效果不理想；强制旋 岩机理，设计出旋流自进式钻头，通过钻 转钻头需要提供其旋转的动力；自旋转钻 头内设置导向叶轮的加旋方式产生旋转 头存在着高压密封问题，并且旋转速度受 射流，钻头尾部设有４个反向喷嘴，高压 产中具有重要应用价值。 一 外界因素影响大。因此，采用高压水射流 水通过反向喷嘴喷出为钻进系统提供自 在煤层中钻水平孔．需要能形成破岩效率 进力。图１为自进式旋转水射流钻头工作 高、钻孑Ｌ直径大的水射流，并且能够自行 原理图。 旋转水射流钻孔技术发展概 况 旋转水射流作为一种新型的水射流 得到人们的广泛关注。旋转水射流是指在 射流喷嘴不旋转的情况下通过加旋元件 产生的具有三维速度的射流质点，沿着螺 旋线轨迹运动而形成的扩散状射流。具有 较强的扩散能力和卷吸周围介质参与流 动的能力．并能够形成较大的冲击面积。 图１ 自进式旋转水射流钻头工作原理图 将旋流自进式钻头应用于超短半径 展到旋转水射流，再到自进式旋转水射 ２０世纪９０年代，我国开始对旋转水 水平钻井系统，分析钻孔的参数可得：钻流。通过仿真计算及试验，对导向叶轮、正 向喷嘴、反向喷嘴接头座的结构进行设 射流进行研究，并取得较大进展。１９９３年， 孑Ｌ直径的大小随喷距的增加先逐渐增大，通过控制送 计，并分析各结构参数对旋转射流的影 余常昭采用导叶加旋方式在水槽中调制 后慢慢减小，存在最优喷距，设计出旋流自进式钻头。 出低紊动旋转水射流，并用激光流速仪对 进速度可控制钻孔直径大小；自进力的大 响，流场进行了测量，得到旋转射流的流动形 小主要与反向喷嘴直径平方成正比，与射 自进式旋转水射流不同于普通水射 适当增大反向喷嘴直径可 流，其流场分布、结构特性较复杂。将其用 态、轴向速度分布及紊动强度等的分布。 流压力成正比，旋转射流的于煤层钻孔，国内目前仅处于试验阶段。 石油大学对水射流进行大量理论研究和 增大自进力；在同等条件下，数值分析，并研制出水射流喷头，其旋转 自进力要比普通射流的自进力大；钻进深旋转水射流在相对较软的地层钻进时，孑Ｌ 钻头的结构能够钻出足够深的井眼。 眼直径能够达到７０～１１０ｍｍ。在国内胜利、 超短半径水平井技术在石油工业中得到 水射流比普通水射流破岩效率更高，利用 度随自进力的增大而线性增大，合理设计 应用，但是用在煤层中钻水平孔还仅处于 试验阶段，还需要进一步改进完善 因此． 基于ＣＦＤ数值分析软件Ｆｌｕｅｎｔ对旋 还需要进一步研究如下内容：一是加强对 辽河、中原等大型油田２００多口油水井进 转水射流进行模拟仿真可知：导向叶轮的 旋转水射流理论的研究，要进一步分析旋 行现场试验。单井采油增幅为２０％ ３０％． 出口角对旋转射流的结构特性影响最大， 转水射流在井底钻孔的流场分布．使旋转 创造了良好的经济效益。安徽理工大学高 射流的扩散角随叶轮出口角的增大而增 射流理论进一步完善：二是在完善理论的 压水射流研究所对前混合式的旋转磨料 大，叶轮出口角为４５。时，旋转射流的钻孔 同时，加强对旋转射流的试验研究，特别 射流进行了探索研究，取得了一些突破性 效果最好；随着钻头人Ｉ５压力的增大，旋 是对旋转射流对煤层钻孑Ｌ试验的研究：三 的进展，其研制的一套实验设备可以形成 转射流的打击直径就越大；并且喷嘴出口 是进一步优化钻头的材料和结构；四是对 旋转射流，并进行了一系列的射流断面与 直径和长度对旋转射流的结构特性影响 超短半径水平钻进技术进一步研究，特别 钻孔试验。太原理工大学研究了旋转射流 也很大，喷嘴出口直径越大，扩散性越好， 是对送进速度的控制。由于煤层的不均匀 喷嘴内部流场的流动特性，揭示了喷嘴内 但出口速度变小，喷射范围变小，直径越流动的一些特点。编制了简单的流体三维 小，则扩散角变小，通过仿真结果可以看有限元数值模拟软件。 出，直径为５ｒａｍ时，喷射效果最佳。 性，很难保证旋转射流一直保持在最优喷 距。此外，对钻进轨迹的控制。虽然能够检 测到钻头轨迹，但是对钻进方向的控制也 随着高压水射流技术的应用，水射流 钻头也多种多样，而日前用于钻孑Ｌ的水射 流钻头有单孔钻头、多孔钻头、强制旋转 三、坌吉论与展望 待进 ：淮北矿业集 实验 水射流钻孔技术已从普通水射流发 中学） 责任编辑：潘勇 ２０ｌ０年第ｌ２期 豳豳豳
