[01327723]多相振荡射流及在低透气性煤层中抽采瓦斯的关键技术与应用

在国家杰出青年基金、国家自然基金、重庆市松藻煤电有限责任公司以及川东高速公路有限责任公司的资助下，针对高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽采难题，该研究提出了利用多相振荡射流在低透气性煤层中产生的冲击、振动、气蚀等动力效应激发煤体应力场和裂隙场的变化以提高煤层透气性和瓦斯抽采率的新思路。

结合西部地区煤矿地质条件及部分穿煤隧道工程的瓦斯灾害问题，系统开展了多相振荡射流在低透气性煤层中的动力效应及瓦斯抽采关键技术研究；通过调质多相振荡射流的振荡特性、空泡溃灭特性及固体磨料在多相振荡流中的动态特征，揭示了多相振荡射流的破煤岩性能及动力特征；理论分析和数值模拟了多相振荡射流作用下煤体中的气固液耦合特性及应力场和裂隙场的变化规律，明确了多相振荡射流的动力效应与煤层瓦斯运移规律及透气性之间的关系；研发出集钻孔、固孔、切槽、冲屑、水动力致裂于一体的低透气性煤层瓦斯抽采技术与系统集成，并在松软煤层、硬煤层等典型高瓦斯低透气性矿井及穿煤隧道中进行了成功应用。

该项目取得了以下创新性成果：

（1）建立了多相振荡射流切割破碎煤岩理论，创新性地利用自激振荡水流产生的大涡卷吸作用，研究出一种磨料进入射流核心高度聚能的穿透能力强、破碎物料效能高的新型脉冲磨料水射流。

（2）创新性地提出将多相振荡射流用于低透气性煤层的瓦斯抽采中，利用其产生的冲击、振动及空化等动力效应激发低透气性煤体应力场和裂隙场的变化，促进吸附瓦斯解析，增加煤层裂隙率与透气性，提高瓦斯抽采率。

（3）研制出集钻孔、固孔、切槽、冲屑、水动力致裂为一体的低透气性煤层瓦斯抽采关键技术与系统集成。该技术采用多功能钻头，不仅能轴向钻孔而且可以径向切槽，钻孔时由轴向自激振荡喷嘴产生的多相振荡射流切割破碎煤体，同时冷却钻头切齿，而钻头切齿由传统工艺的直接切割破碎煤体转变为研磨煤渣和扩孔，有效降低了所需的推力和扭矩，钻头磨损大大减小，该技术在国内外尚属首创。

（4）研究成果已成功地应用于松藻、六枝等国内7个高瓦斯矿井的瓦斯抽采，沿煤层钻进成孔长度、工效、百米煤层钻孔瓦斯抽采量都有显著提高，而抽采时间减少。

并成功用于深埋长大隧道的建设中，首次成功实施了大断面一次性揭露具有突出危险的煤层，有效减弱了爆破对非开挖区域岩体稳定性的影响研究成果已取得了巨大的经济效益和社会效益，对增强我国煤矿安全科技自主创新能力具有重要的理论及现实意义。

研究成果可推广应用于我国高瓦斯低透气性松软煤层和硬煤层的瓦斯抽采和瓦斯灾害防治，也可应用于穿煤隧道、地铁等地下工程的安全低损伤掘进中。

利用多相振荡射流的钻孔、切槽和在低透气性煤层中的动力效应，提高煤层的透气性和煤层瓦斯抽采率，可有效地解决低透气性煤矿、穿煤隧道瓦斯灾害治理中的重大工程技术难题，防治煤（岩）与瓦斯突出以及瓦斯、煤尘爆炸等灾害事故，解决地下工程掘进中存在的隧（巷）道一次成型差、超欠挖严重、施工安全难以控制的技术难题。