贵州中岭矿业有限责任公司（以下简称“中岭煤矿”）分为一井、二井，为生产矿井。中岭煤矿位于贵州省毕节市纳雍县西南部，行政区划属中岭镇管辖。地理坐标：东经105º 12′11″~105º16′44″，北纬26º41′15″~26º45′32″。中岭煤矿一井（以下简称“一井”）走向长约3~5km，倾斜宽约3.91km，面积约10.732km²，开采标高为+1870m~+1350m；中岭煤矿二井（以下简称“二井”）东西长约3.3km，南北宽约3.0km，面积约5.026km²，开采标高为+1900m~+1500m，矿井设计生产能力为300万t/a，服务年限51a，其中一井200万t/a，二井100万t/a。

一井井田范围内含煤地层为龙潭组，井田内含可采及局部可采煤层共12层，从上至下分别为M1、M2、M3、M6、M6下、M7上、M7、M8、M10、M28、M31、M32煤层。根据2006年7月煤炭科学研究总院重庆分院（现为“中煤科工集团重庆研究院有限公司”，以下简称“重庆煤科院”）提交的《贵州中岭矿业有限责任公司一井、二井煤层瓦斯基本参数测定及煤层突出危险性评价》，其结论为：中岭煤矿一井M1、M3、M6、M7、M8煤层和二井M1、M3、M4、M6、M7、M8煤层评价为具有突出危险性。

中岭煤矿于2020年7月委托重庆煤科院在13082运输顺槽开展煤巷条带超高压水力割缝卸压增透瓦斯高效治理专业化服务，并签订了项目合同。项目于2020年7月27日开始实施，目前共开展了2个循环的专业化服务，13082运输顺槽外段第一循环已掘进完毕，13082运输顺槽里段第一循环刚割缝完毕。13082运输顺槽外段第一循环完成掘进进尺50m，实现煤巷单月平均进尺达到了36.6m/月，与未采用超高压水力割缝前正常单月平均进尺16.3m/月的掘进速度相比提高了125%，现把煤巷条带超高压水力割缝卸压增透技术服务完成情况进行总结。

1 13082运输顺槽工程概况

13082运输顺槽为13082工作面的运输巷道，M8煤层厚度煤厚1.5~2.1m，平均厚度1.8m，平均倾角13°，13082运输顺槽区域实测煤层瓦斯含量约为12.46m³/t，瓦斯压力约为1.34MPa，坚固性系数f为0.54，瓦斯放散初速度为34，煤层透气性系数为0.0501~0.1439m²/MPa².d，钻孔流量衰减系数为0.0578~0.1798d^-1。

本次中岭煤矿超高压水力割缝现场试验在13082运输顺槽外段和里段同时进行，13082运输顺槽外段500m区域已采取底板穿层钻孔的区域防突措施，由于底板穿层钻孔施工时间较久，瓦斯抽采浓度普遍较低，且部分钻孔已无抽采浓度和抽采纯量。

2 顺层钻孔超高压水力割缝技术方案

13082运输顺槽外段前期采用顶板穿层钻孔+顺层钻孔预抽煤巷条带的区域防突措施，为增强煤巷条带区域预抽效果，准备在顺层钻孔补充预抽煤巷条带抽采措施时采用超高压水力割缝卸压增透技术，其13082运输顺槽外段超高压水力割缝顺层钻孔布置方案如图1所示。

图1 13082运输顺槽煤巷条带顺层水力割缝钻孔布置示意图

13082运输顺槽超高压水力割缝设计70m为一个循环，保持20m超前距。钻孔按孔底间距6m、开孔间距设计0.5m，每循环钻孔数量9个，钻孔长度70m，两帮1#、2#、8#、9#钻孔为不割缝钻孔，3#~7#钻孔为割缝钻孔。

13082运输顺槽外段第一循环超高压水力割缝钻孔现场记录如下表所示。

表1 3#钻孔现场记录如表                                                                                  

表2 4#钻孔现场记录如表

表3 5#钻孔现场记录如表                                                     

表4 6#钻孔现场记录如表

表5 7#钻孔现场记录如表   

3 超高压水力割缝合理压力确定

在进行13082运输顺槽外段第1个循环顺层钻孔割缝试验，分别试验了75、80、85、90、95、100MPa割缝压力的返渣情况；同时跟踪煤巷掘进期间超高压水力割缝对煤层顶底板的破坏情况进行综合分析确定。

试验表明，中岭煤矿M8煤层煤的坚固性系数f=0.54条件下，顺层钻孔超高压水力割缝合理的割缝压力为85-95MPa，割缝期间未出现堵孔及瓦斯涌出异常现象，掘进期间水力割缝对M8煤层顶、底板破坏程度较小。

因此，确定中岭煤矿M8煤层坚固性系数f=0.54条件下，顺层钻孔超高压水力割缝合理的割缝压力为85-95MPa。

4 割缝钻孔排屑量统计及割缝半径分析

试验阶段煤孔段割缝间距为3m，割缝刀数为17-18刀，单刀割缝实际时间约10min，单孔割缝时间约为4.5小时，单孔出煤量月4.2-6.3t，平均每刀割缝排屑量为0.24-0.35t。其割缝半径计算公式如式（1-1）所示。

M=π×r²×h×K×γ (1-1)

式中：π——圆周率3.14；M——割缝后排出煤屑量t；r——割缝后缝隙的半径m；

h——割缝后缝隙的高度m，根据地面试验割缝后产生缝隙的高度约为0.01m；

K——割缝后产生煤屑的碎涨系数，K=1.1~1.3；γ——煤的容重，γ=1.42t/m³。

把割缝形成的缝隙视为一个圆柱体，根据公式(1-1)反算在每刀平均排出煤屑量M =0.24-0.35t的条件下，割缝后形成缝槽半径r=2.12~2.56m。

4 超高压水力割缝卸压增透抽采效果

4.1 割缝前后抽采纯量对比分析

超高压水力割缝钻孔施工完成后立即封孔联抽，每天分别对顺槽迎头割缝钻孔的抽采纯量进行观测记录，并对割缝前顺槽迎头未割缝顺层钻孔的单孔抽采纯量数据进行了收集。统计表明：采用高压水力割缝后，顺层钻孔单孔平均抽放纯量为0.062m³/min，未采取割缝顺层钻孔平均单孔抽放纯量为0.016m³/min，相比单孔瓦斯抽放纯量提高了2.9倍。

4.2 割缝前后抽采达标时间对比分析

在中岭煤矿13082运输顺槽外段第1个循环（70m）共实施9个抽采钻孔，其中5个割缝钻孔，4个抽采钻孔，钻孔施工及割缝时间为6d，抽采时间20d后实现了M8煤层瓦斯含量在12.46m³/t降至6m³/t以下，其割缝前后每个循环抽采达标时间对比如表6所示。

表6 割缝前后每个循环（70m）抽采达标时间对比表

从表6中数据对比可以看出，实施水力割缝与未实施水力割缝的情况，煤层实施水力割缝后，抽采达标时间缩短55%以上，实现煤巷单月平均进尺达到了36.6m/月，与未采用超高压水力割缝前正常单月平均进尺16.3m/月的掘进速度相比提高了125%。

4.3 每循环节约钻孔工程量分析

在13082运输顺槽外段按70m一个循环沿煤层未采用超高压水力割缝的煤巷掘进过程时，需要实施补充顺层钻孔15个，钻孔终孔间距5m，工程量约1050m；在采用超高压水力割缝之后，煤巷条带每70m循环仅施工顺层抽采钻孔9个，其中超高压水力割缝钻孔5个，抽采钻孔4个，工程量约560m，其中每70m循环减少顺层钻孔工程量约490m。

4.4 掘进期间验证指标及回风瓦斯浓度分析

13082运输顺槽外段掘进期间实测的区域验证的钻屑瓦斯解吸指标K₁值处于0.1~0.46ml/g.min^1/2之间、钻屑量S值处于2.0~2.2kg/m之间，均未超过临界值0.5 ml/g.min^1/2、6.0kg/m且所测指标较为稳定，未出现异常现象，期间炮后回风瓦斯浓度最大为0.32%，最大绝对瓦斯涌出量为1.47m³/min，未出现异常瓦斯涌出的情况，实现了13082运输顺槽煤巷安全快速高效掘进。

5 超高压水力割缝卸压增透技术实施效果

采用超高压水力割缝增透措施在中岭煤矿13082运输顺槽外段进行了1个循环的技术服务，并对其抽采效果进行考察分析，取得初步效果：

（1）超高压水力割缝卸压增透技术适用于中岭煤矿M8煤层，可有效降低煤层瓦斯压力、瓦斯含量，增大煤层透气性，大幅提高钻孔抽采效率、缩短抽采达标时间。

（2）中岭煤矿M8煤层的坚固性系数f=0.54条件下采用的超高压水力割缝压力经考察为85～95MPa，煤体可被切割为小颗粒，单孔（70m）排渣量在4.2-6.3t左右，每刀平均排出煤屑量0.24-0.35t，割缝后形成缝槽半径平均为r=2.12~2.56m。

（3）采用超高压水力割缝卸压增透技术后，13082运输顺槽外段第一循环顺层钻孔单孔平均抽放纯量为0.062m³/min，未采取割缝顺层钻孔平均单孔抽放纯量为0.016m³/min，相比单孔瓦斯抽放纯量提高了2.9倍。

（4）采用超高压水力割缝卸压增透技术后，缩短了抽采达标时间，将瓦斯含量12.46m³/t降至6m₃/t以下，抽采达标时间由平均92天降至41天，抽采达标时间减少55%以上。

（5）超高压水力割缝技术可以大幅减少预抽钻孔工程量，按照煤巷条带每循环70m减少顺层钻孔工程量490m，每循环70m节约钻孔施工成本大约5万元。

中煤科工集团重庆研究院有限公司

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