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水力沖刷可用于石門揭開突出煤層和煤巷掘進,它是在工作面煤體中形成超前孔洞,使煤體得到卸壓和排放瓦斯。
1.作用原理
通過在前方煤體中一組鉆孔的水力沖刷,在水射流、地應力和瓦斯的共同作用下,使煤體破裂,并沿孔道周圍擴展,破碎的煤體不斷排出孔外,形成孔道網組,彼此連通或孔洞間煤柱受壓破壞溝通,沿層面形成一定寬度和長度的槽縫,起到類似開采保護層的作用。
2.水力沖刷工藝及參數
(1)水力沖刷設備系統主要由高壓泵、沖刷水槍、高壓膠管組成,水力沖刷施工工藝如圖4-39所示。石門揭煤時,對于薄及中厚煤層,在保持2m或3m巖柱的條件下,用直徑105~ 200 mm的鉆孔穿透巖柱和煤層全厚,進行水力沖刷,在工作面前方形成煤層全厚或一個分層厚的孔洞,孔洞周邊達到石門輪廓線外1.5 m處。沖刷鉆孔的數目取決于巷道斷面和采用的沖刷工藝,一般為3~9個。
1-沖刷鉆孔;2-沖刷水槍;3-支撐柱;4-高壓膠管;5-高壓水泵;6-水管;7-水車
圖4-39 水力沖刷施工工藝
(2)水力參數包括水的壓力、水的流量、工作噴嘴的形式和水力沖刷的速度等。在水射流的作用下要使煤體得到破壞,應考慮水壓p、煤的堅固性系數f和射流的傾角。當煤的堅固性系數為0.6時,為了形成孔洞,必須使沖刷水壓為7~11 MPa;在堅固性系數小于0.6時,沖刷水壓應不小于5 MPa。石門揭煤時,水量不小于18 m3/h,噴嘴直徑為6~10 mm。
北票礦務局于1965年開始試驗和應用水力沖刷,據統計,石門揭煤20余次,其中安全揭煤13次。國內其他礦井也曾試驗和應用水力沖刷,但20世紀70年代以后已很少使用。主要原因是水力沖刷出的煤和瓦斯就地排放,尤其是瓦斯大量涌出導致工作面瓦斯超限,使沖刷無法連續進行。