[01486452]高压磨料射流割缝防突技术研究及工程应用

该项目针对平煤集团高突矿区煤层巷道掘进过程中的瓦斯突出机理、煤巷瓦斯流动规律和突出危险性进行了研究，在学科交叉的基础上提出了高压磨料射流割缝技术与钻孔瓦斯排放相结合的综合防突技术措施。1.该项目主要研究内容：(1)高突掘进工作面煤与瓦斯突出机理研究。(2)高压磨料射流破岩机理、磨料加速机理及输送管路中液固两相流的运动规律研究。(3)高压磨料射流割缝卸压防突技术研究。(4)高压磨料射流割缝卸压效果及瓦斯渗流场变化规律的数值模拟研究。(5)高压磨料射流割缝卸压防突技术的试验研究。(6)高压磨料射流割缝技术在十二矿、十矿和八矿高突煤巷掘进工作面的推广和应用。2.主要研究成果：(1)通过对高突煤层巷道煤与瓦斯突出机理的研究，建立了卸压区煤体稳定性的条件，煤巷卸压区和煤与瓦斯突出危险性之间的关系，揭示了煤与瓦斯突出是一个由量变到质变的过程。(2)以煤层巷道卸压区宽度为变量，构建了煤层巷道煤与瓦斯突出的突变理论模型，将以往的点-线式(一维)预测模型，推进到了面(二维)预测模型，并且利用该突变理论模型能更好地、直观地描述煤层巷道煤与瓦斯突出现象和存在的低指标突出现象。(3)以突出机理为指导，创造性地提出从点到线、从线到面、从面构成立体的整体卸压新理念；并且认为，只有达到整体卸压，才能有效防治煤与瓦斯突出事故的发生，为提高高突煤巷掘进工作面防突技术措施的有效性奠定了基础。(4)在研究了高压磨料射流破岩机理、磨料加速机理及输送管路中液固两相流的运动规律的基础上，开发出了高压磨料射流割缝卸压防突技术，并且在现场得到了应用，使上述整体卸压新理念得以实现。(5)采用数值模拟的方法对高压磨料射流割缝卸压效果及瓦斯渗流场的变化规律进行模拟，模拟结果和现场实测情况基本相符，可以认为采用高压磨料射流割缝技术能够有效地实现煤层的卸压-排瓦斯作用。(6)该技术创造性地把高压磨料射流割缝卸压增透与煤体注水同步完成，在更好地消除突出危险性的同时，也降低了工作面的粉尘浓度，为矿工创造了一个良好工作环境。(7)研制了具有自主知识产权的、适用于高突煤巷掘进工作面防突工作的高压磨料射流割缝成套装备，其中包括：喷嘴、磨料罐和液压控制系统。所研制的成套装备经过应用表明：具有割缝效果好，工艺简单，操作方便，使用安全可靠的特点。(8)采用高压磨料射流割缝防突技术措施，增强了防突措施的有效性，缩短了防突措施执行时间，提高了掘进速度。并且在平煤十二矿、十矿和八矿高突煤巷掘进工作面得到应用，证明该卸压新理念可以有效地解除高突煤巷掘进工作面的突出危险，提高掘进速度和掘进期间的安全性。该项目在煤炭工业领域内针对煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出防治技术研究中，所取得研究成果具有独创性，专家鉴定认为研究成果达到国际先进水平。通过在平煤十二矿、十矿和八矿高突煤巷掘进工作面得到应用，证明改卸压新理念可以有效地解除高突煤巷掘进工作面的突出危险，提高掘进速度和掘进期间的安全性。该项目提出并完善了具有国际先进水平的煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出防治理论，并提出了相应的防治技术措施，推进了相关问题的研究进展，具有较高的科研价值，为中国类似条件下煤巷的掘进提供借鉴，具有广阔的推广应用前景。