煤层注水时间与水分增值及影响范围

为研究东荣二矿七号工作面在18 MPa下煤层注水过程中注水时间、影响半径和水分增值之间的关系,根据现场测试结果,运用FEM算法反演计算得到数值模拟注水参数并建立了煤层注水数值模拟模型.运用回归分析法对数值模拟结果进行分析,得出注水时间与水分增值、影响半径的函数.研究结果表明:注水时间是一个以水分增值为二次项,以影响半径为一次项的函数,函数图像为倾斜的凹面,实现了通过煤层注水工程所需的水分增值和影响半径确定最佳注水时间的目的.     

段王矿煤层注水可注性指标实验与预判

为提高段王煤矿井下的防尘效果,考察8+9~#和15~#两个主采层的煤层注水可行性.采用实地取样和实验测定方法,测定煤样的原有水分、孔隙率、吸水率和坚固性系数等4个指标,据此判定2个煤层均符合可注水条件.为预判注水效果,实验测定煤的湿润角,得到2个煤层的湿润角均小于90°,表明煤的湿润性好,有利于降尘,注水时无须添加湿润剂.综合考虑煤层裂隙发育程度、煤湿润边角、饱和水分增值、坚固性系数、埋藏深度等因素,运用聚类分析方法,对未来注水综合难易程度做出经验性评估,指出2个煤层均属于比较容易注水煤层的聚类划分类别.根据段王煤矿瓦斯抽采密集钻孔布置实际条件,制定利用瓦斯抽采钻孔的煤层注水工艺方式和工艺参数.     

煤层注水中湿润半径和渗流速度演化规律的探索

本文基于达西定律,扩充了煤层注水渗流的基础理论,应用平行平面流煤层注水渗流模型,研究了煤层注水过程中湿润半径和渗透速度演化规律,得到了其解析表达式,并通过数值计算得到湿润半径的预测值。利用郑煤集团白坪矿采煤工作面实测数据,计算了白坪矿采煤工作面煤层的渗透率和注水速度。在此基础上,给出了煤矿开采不同时期,对应的不同煤层压力下,采用不同注水压力时所需的注水时间,对降低矿井粉尘有一定实用价值。     

基于预设随机裂隙的煤层注水数值模拟研究

为研究煤体内大量不规则裂隙对煤层注水效果的影响,通过MATLAB编程实现裂隙的随机分布,结合COMSOL软件进行煤层注水过程中渗流压力场、速度场与水分增量的数值模拟。研究结果表明:与注水孔相交裂隙的附近区域内,水压可达3.03 MPa,此类裂隙可延伸压力场的作用范围;随煤体内水分运移范围的逐渐扩大,平均渗流速度降低,48h后约为6.59mm·s~(-1),整体渗流速度趋向均衡;未与注水孔相交的裂隙同样可提升注水效果,且毛细作用力对提升煤体润湿效果的影响高于水压对提升煤体润湿效果的影响。     

三交河煤矿煤体注水及自动加液装置应用研究

通过煤体注水数值模拟表明,当在一定压力作用下钻孔注水时,其渗透范围随着孔径、注水时间的增大而增大,埋深对其影响不大;但对水流渗透影响最大的为岩层中节理、裂隙的发育程度,当节理裂隙较为发育时,水流可渗透到整个煤层.通过现场注水试验,三交河煤矿504工作面进行煤体注水完全达到了煤层内含水率增加1％的要求,总尘浓度降低了65...     

煤层注水中的水渗流规律及参数确定

为了降低矿井粉尘浓度,采用煤层注水这一从源头上控制煤尘产生的方法,可以保证煤矿安全生产和职工健康。通过分析煤层注水防尘机理与影响水在煤层中渗透的因素,建立了非饱和-饱和二维非稳定渗流的煤层长孔注水湿润问题的动态数学模型,用有限元数值解法求解。确定了长沟峪煤矿-140 m水平北一石门两翼4槽工作面煤层长孔注水的方式与注水参数。为长沟峪煤矿减小粉尘危害探索出了新的途径和方法,从而能有效的降低工作面煤尘浓度,改善工作面作业环境。     

双重孔隙可压密煤层瓦斯运移的数值模拟

建立了双重孔隙,可压密煤层瓦斯运移方程和数值模拟方程,通过计算机数值模拟解,并运用相似理论,得到了煤层瓦斯压力分布曲线和煤（孔）壁瓦斯涌出衰减曲线。     

煤层注水效果的数量化理论预测法与参数的修正

本文应用数量化理论，给出了如何建立煤层注水效果的预测数学模型，并结合实例，进行了预测．实例表明，根据本矿已知煤层注水工程的各种信息，采用数量化理论．建立的计算机预测煤层注水效果的方法，不仅可以确切地判定所给定的注水组合参数是否最优，同时还揭露了注水参数与水分增值的内在关系，为调控参数提供了科学手段     

高位钻场煤层注水防尘技术

针对松软、低透气性、底板起伏大煤层注水防尘效果差的问题,提出了高位钻场煤层注水防尘技术方案.根据11 071工作面煤层实际特点,确定了合理的钻场间距.每个钻场设计了20个钻孔,分为主要钻孔和辅助钻孔,其中主要钻孔湿润工作面前方大部分煤体,辅助钻孔主要湿润高位钻场周围煤体.此外,根据理论分析、计算及实践经验,确定了钻孔技术参数和注水工艺参数.通过分析现场测定注水前后粉尘浓度的数据表明:实施高位钻场煤层注水技术后,工作面各工序产生的粉尘量大幅降低,工作面及平巷的劳动环境显著改善.该成果对松软低透煤层注水防尘具有一定的参考价值和指导意义.     

数量化预测法与参数修正法对煤层注水的影响

应用数量化理论,给出了煤层注水效果的预测数学模型,预测实例表明,采用数量化理论建立的计算机预测煤层注水效果的方法不仅可以确切地判定所给定的注水组合参数是否最优,同时还揭露了注水参数与水分增值的内在关系,为调控参数提供了科学手段。     

注水钻孔周围煤体径向位移数值模拟

为揭示钻孔注水过程中煤体位移的发展和分布规律,基于COMSOL Multiphysics 4.3b2D建立煤层注水三场耦合模型,模拟不同注水压力和时间作用下钻孔周围煤体径向位移的变化规律.研究结果表明:随着注水时间的延长或注水压力的升高,煤体的位移量增大;钻孔两侧出现两个以纵向为长轴的椭圆形较大位移区,呈现"哑铃形"非均匀分布;"哑铃形"两端椭圆形的中心是位移最大的区域,随注水过程的延续最大位移带向远离钻孔方向发展,椭圆的长短轴随注水时间的延续和压力的提高逐渐变大.     

煤层注水渗透特征的参数反演

为克服实验室测定方法的条件限制和方法本身存在“以点代面”的不足，提出用可变容差最优化方法根据注水试验观测资料反演煤体导水参数和贮水参数的方案，建立了煤体湿润的观测值(水分增值)与计算值的相对偏差最小为搜索目标函数。提出利用对己知参数的正向结果的反演计算来验证反演算法的精度。通过用不同初值对自身的反演，结果表明，反演收敛快，精度高，稳定性好，对初值的选择要求不高。在进行抗噪性实例检验计算中，迭代21次，调用有限元数值模型42次后参数既趋向稳定；湿润分布(水分增值)的最大绝对误差不超过0．03％，计算精度满足工程要求。这项研究，能够实现利用现场注水的结果不断修正模型参数，使模型不断适应煤层条件的变化。     

煤层注水中粘尘棒溶液对接触角的影响

研究了煤层注水中添加粘尘棒溶液降低接触角、缩短接触润湿时间的除尘方法.通过测定和分析粘尘棒溶液不同浓度下七种煤样的接触角和润湿时间,比较得出了七种煤样的临界表面张力,为35.0 mN/m,发现注入水的表面张力是增加煤层注水湿润效果的主要因素.该法可以大大提高煤层注水降尘效果,而且添加工艺简单,方便实用.     

综放工作面注水降尘技术

赵庄二号井开采的3#煤层为厚煤层,选用的是综采放顶煤采煤方法,生产过程中粉尘浓度较大,传统的喷雾降尘方法不能够满足现场降尘的需要.为了进一步降低工作面粉尘浓度,改善工作面劳动环境,为创建安全、高效型矿井提供良好的生产条件,文中针对3#煤层孔隙率小、渗透性低、润湿性差等特征,采用混合注水方式进行煤层注水降尘技术分析研究及现场试验.分别从钻孔布置方式、注水封孔工艺、注水工艺及参数和降尘效果等方面进行了阐述,分析了煤层注水对工作面超前支承压力的影响变化,并提出了添加烷基酚聚氧乙烯醚TX-10表面活性剂改善煤体润湿性,增强了煤层注水润湿效果.结果表明,实施注水工艺技术后,煤层水分平均增量为1.61％,全尘平均降尘率达58.71％,呼尘平均降尘率为57.34％,大幅度降低了工作面粉尘浓度;添加润湿剂后,增加了钻孔注水量,缩短了注水时间,扩大了润湿范围,改善了注水效果.实践证明,该套注水降尘工艺用于综放工作面降尘是切实可行的.     

阳泉矿区松软低透煤层底板穿层钻孔抽采时间优化

确定底板穿层钻孔有效抽采时间对于优化生产接替,提高生产效率有重要意义。在阳泉某矿穿层钻孔施工过程中,由于煤层透气性差、瓦斯含量高、地应力大,原有的抽采设计已不能满足消突与接替需要。在不补打钻孔条件下,延长预抽时间就成为区域瓦斯防突达标的重要途径。文中采用实验室实验、数值模拟与工程验证相结合的研究方法,首先通过实验得到了煤层的瓦斯基础参数,建立了适用于阳泉矿区煤层特点的数值模拟本构模型,并对该煤层底板穿层钻孔不同抽采时间下的抽采效果进行了模拟研究。结果表明:随着抽采时间的延长,穿层钻孔的影响范围在逐渐增大,瓦斯压力在不断降低。抽采时间为300 d时,抽采钻孔中心点残余瓦斯压力可以降至0.74 MPa以下,可以达到防突要求。最后,通过收集工程实践过程中瓦斯抽采数据,计算得出了煤层残余瓦斯含量,获得了实际残余瓦斯含量与抽采天数的关系,验证了数值模拟结果的正确性。     

煤层注水降低综采工作面粉尘浓度的研究

通过对煤层注水减尘原理和煤层注水方式的研究,分析钱家营矿以煤层注水为工作面综合防尘措施,提出以煤层注水为工作面综合防尘的主要手段,采取先进的打钻、封孔、注水等方法,可提高煤层注水效果,从而有效的降低工作面煤尘浓度,改善工作面作业环境.     

三维预设原生裂隙下的煤层低压注水数值模拟研究

为研究煤层注水过程中,煤体内大量原生裂隙对水分运移过程及润湿效果的影响,采用COMSOL Multiphysics软件模拟注水过程中的渗流压力场、速度场与水分增量,并通过MATLAB编程建立煤体内大量三维原生裂隙的随机分布模型。研究结果表明:注水工作进行约60h后,煤体内各处水分渗流速度趋向一致且保持相对稳定;水分增量场与渗流压力场、渗流速度场在注水前期的分布基本一致;随着大量原生裂隙被水分浸润,裂隙在起到储水作用的同时,也加速了附近煤体的润湿速度;但可见若原生裂隙未与注水孔相交连通,其加快煤体润湿速度的效果有限。     

本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟

针对本煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立钻孔抽采瓦斯的渗流场控制方程和煤层变形场控制方程,结合钻孔抽采瓦斯的初始及边界条件,推导出钻孔抽采瓦斯渗流的固气耦合数学模型.以石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔瓦斯抽采为工程实例,基于研究区域的煤层瓦斯赋存特征,采用数值模拟计算方法,获得了本煤层单一顺层钻孔周围煤层瓦斯压力、煤层瓦斯渗透率、煤层瓦斯渗流速度和煤层变形的分布规律.确定了本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效影响半径,从而为本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的优化布置提供了依据.研究结果表明,石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径分别为4 m左右;在延长钻孔抽放时间不到20%的情况下,减少了钻孔工程量50%左右,抽采效果良好.     

芦岭矿煤层静压注水试验及装备应用

为了改善在松软煤层浅孔静压注水而引发的封孔困难、工艺复杂和易片帮的情况,在有代表性的芦岭煤矿Ⅱ925综采工作面煤层进行静压注水试验。基于以往的煤层注水理论和煤层实际情况,设计了煤壁浅孔注水方案。通过5种不同的压力进行试验,并基于试验结果的对比分析和筛选,在4种不同压力下添加活性剂进行实验。实验结果表明:低压活性剂注水能提高煤层的注水量,缩短注水时间,并降低了松软煤层注水失败的几率。通过对比,得出结论:低压活性剂静压注水工艺简单,成本低廉,注水成功率较高,并能改善封孔困难、容易片帮等情况。     

负压瓦斯抽采对煤体水分影响的实验研究

针对瓦斯抽采可能引起的煤体的"负压失水"现象,实验室模拟定量研究了特定的负压、温度条件下的煤体水分含量及失水率与时间的关系,分析了煤体的负压失水机理。研究结果表明:随着负压作用时间的延长,不同变质程度煤样(原始水分含量不同)的水分含量均降低,初期水分含量(1 h以内)下降较快,之后趋于平缓,最终趋向于一定值。实验条件下各煤样的失水率均为70%左右,煤体的失水量较大,失水率与煤的初始水分含量无关。抽采负压降低了煤体内部孔隙气体压力,水的沸点和饱和蒸气压均降低,增大了煤中自由水和游离水的蒸发(非沸腾)气化速度,煤中的吸附水和液态水(游离水)转变为气态水被抽出。煤体水分含量对采掘时的粉尘产生量影响较大,长时间连续的煤层瓦斯抽采将导致煤体水分流失,对矿井的防尘工作不利,因此对抽采后煤体进行煤层注水或采取强化的防尘措施非常有必要。