瓦斯抽采钻孔布置方案参数优化： 以保德煤矿为例

针对高瓦斯中低渗透率厚煤层工作面常规预抽钻孔预抽浓度低、钻孔衰减系数大、瓦斯预抽时间长等难题,以保德煤矿8号煤层为研究对象。通过8号煤层渗透率各项异性实验分析和现场测试,对8号煤层钻孔布孔方位以及封孔工艺最优参数进行研究。结果表明：预抽钻孔与煤壁裂隙呈90°,钻孔倾角为-6°时钻孔抽采效果最好;采用新材料+囊袋作为封孔材料,封孔距离8～16 m时,增大压力和“两堵两注”的注浆方式,能有效地提供封孔的气密性。通过3种不同的测试方法,确定4个月时的钻孔抽采有效半径约为4 m, 6个月有效抽采半径为4.5 m。以此为依据,得出工作面瓦斯抽采钻孔最佳布置参数。研究成果为高瓦斯低渗透率厚煤层工作面预抽钻孔设计提供了参考依据。     

厚煤层顺层长钻孔封孔新工艺瓦斯抽采技术

为解决潘三煤矿顺层钻孔封孔不严造成消突效果差和CO超标的问题,结合矿井煤层实际情况,提出了一种新封孔工艺瓦斯抽采技术,此项技术包括选择初凝时间可调、流动性强的速凝膨胀封孔剂,带压封孔以及增加封孔长度等措施。经1762(3)综采工作面现场实践证明,顺层钻孔抽采浓度大幅增加,CO超标现象明显减少,封孔效果良好。     

顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺优化选择

根据岩石力学、弹塑性力学理论建立了顺层钻孔周围煤体塑性区应力分布数学模型,分析了顺层抽采钻孔施工过程中周围煤体破坏规律及应力分布状态。数值模拟了采用水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔、胶囊封堵-压力注浆封孔三种工艺下钻孔周围煤体应力分布规律,三种封孔工艺分别通过改变钻孔支护阻力、钻孔周围煤体物性参数等方式进行模拟。结果表明:胶囊封堵-压力注浆封孔工艺可有效封堵裂隙,加固钻孔周围破碎煤体,对钻孔周围煤体应力分布的控制效果优于现有的封孔工艺,对于顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺有一定的指导意义。     

新型无机缓凝封孔浆液注浆扩散形态研究

为解决已有瓦斯钻孔封堵技术中固态封堵材料无法封堵次生裂隙、导致瓦斯抽采后期抽采效果急剧下降的难题,提出了一种操作简单、成本低廉、提高钻孔密封效果的瓦斯抽采钻孔密封方法,即通过注浆泵带压注浆的方法将新型无机缓凝封孔材料注入2段膨胀封堵材料形成的密闭空间内对煤岩裂隙进行封堵。文中采用FLUENT数值模拟软件首先研究了煤矿井下工作面顺层钻孔封孔段在不同注浆压力和水灰比条件下的浆液扩散形态和钻孔封孔段周围浆液压力变化情况,然后对不同注浆时刻各种注浆压力条件下钻孔周边煤体内浆液压力的分布情况进行了分析,得到了注浆时间与浆液有效扩散距离的关系,为现场注浆工艺参数的确定提供指导。最后在河南能源城郊煤矿进行了现场应用,在为期2个月瓦斯抽采的观测期内,使用新型无机缓凝封孔材料进行封孔作业的抽采钻孔瓦斯浓度始终大于30%,瓦斯抽采纯量变化很小,始终维持在0.12 m~3/min之上,瓦斯抽采效果提升明显。新的封孔材料为瓦斯封孔提供了新思路,对提高钻孔抽采效率、提高资源利用率、杜绝瓦斯事故具有一定的意义。     

瓦斯抽放钻孔封孔方法技术革新

针对松软突出煤层顺层钻孔预抽瓦斯中存在的由于封孔质量问题而引起的瓦斯抽放浓度偏低等问题,在提高封孔质量方面采用新装备、新工艺和新方法,通过选择合适钻孔封孔技术、工艺,提高了抽放钻孔封孔质量、单孔抽放量、封孔质量和瓦斯抽放浓度。     

瓦斯抽采钻孔封孔质量检测技术与应用

矿井瓦斯是威胁煤矿安全生产的重要因素之一,提高煤矿瓦斯抽采效率是解决煤矿安全生产的重要手段。因此,对瓦斯抽采钻孔密封段的密封质量及漏气位置检测就显得尤为重要。文中在山西余吾煤矿N1101回风顺槽进行现场测试,利用钻孔封孔漏气检测装置,在抽采钻孔正常的抽采负压下,通过探测抽采钻孔的不同深度,测定不同测点处的瓦斯浓度、抽采负压等参数,判断相应测点控制区域的漏气情况。结果表明:在钻孔16 m范围内瓦斯浓度变化不大,漏气通道较少,封孔质量较好,16~23 m有漏气现象。现有封孔工艺及材料整体上密封质量较高,封孔效果较好。抽采钻孔封孔质量检测方法和装置为改进封孔工艺和参数、提高封孔质量提高科学依据,具有广泛的应用前景。     

煤层深孔聚能爆破封孔技术

针对煤层深孔聚能爆破瓦斯抽放封孔技术问题,通过分析聚能爆破施工工艺及封孔物质力学行为,发现爆破孔孔径和封孔材料性质是影响封孔长度的主要因素.综合分析爆破安全、抽放工艺和施工条件,确定聚能爆破合理封孔长度为7.5～10.0 m.以焦煤集团九里山矿14121和24021工作面为例,对煤层深孔聚能爆破封孔技术可行性进行了验证.     

顺层钻孔瓦斯抽采漏气影响因素研究

顺层钻孔瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害防治的主要技术措施,其中钻孔封孔质量是决定瓦斯抽采效果的重要影响因素。基于抽采钻孔漏气量计算数学模型,分析了封孔长度和抽采负压对钻孔漏气量的影响。现场试验和数值模拟表明,增加顺层钻孔的封孔长度能够有效减少钻孔漏气量,最佳封孔长度为8~10m;提高抽采负压不能有效增加钻孔的瓦斯抽采量,反而一定程度上增加了钻孔的漏气量,并降低了抽采瓦斯浓度。研究成果为顺层钻孔提高瓦斯抽采效果提供了理论依据。     

煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究

针对目前煤矿井下水力压裂钻孔封孔材料易收缩、密封效果差、成本高及封孔长度不合理等问题,研究出一种由水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维和拌合水组成的新型水力压裂封孔材料;通过室内实验优化出收缩率和抗压强度最优时的封孔材料配比及压裂钻孔封孔参数,建立新材料承压能力与封孔长度的计算关系式,并进行现场验证.结果表明,新材料的最优配比为m(水泥)∶m(水)∶m(早强减水剂)∶m(聚丙烯纤维)=1∶0.6∶0.03∶0.005;当钻孔孔径一定时,材料承压能力与封孔长度呈线性关系,现场实验结果与封孔参数计算关系基本一致,该新材料是一种性能好、成本低廉以及操作配比简单的水力压裂封孔材料.     

聚氨酯—胶囊二次注浆封孔测压技术

针对现有封孔测压方法聚氨酯堵头不能实现高压注浆,水泥砂浆封孔测压不适用于近水平钻孔,胶囊粘液测压成本高,不适用于瓦斯压力大于3.5 MPa等问题,提出聚氨酯-胶囊二次注浆封孔测压技术。推导出预注浆阶段有效封孔长度与钻孔倾角之间的函数关系,确定了近水平钻孔封孔长度,同时通过两个渗透扩散模型校验得到注浆扩散半径。在阳泉上社煤矿进行的现场应用中对比胶囊粘液测压技术,测压结果误差在2%以内;相对聚氨酯做堵头的带压注浆测压技术节约测压时间16 h,实现了准确快速测压。     

新安煤矿顺层钻孔预抽煤层瓦斯技术参数研究

本文选用新安煤矿17#煤层111706采煤工作面作为本煤层顺层钻孔预抽瓦斯技术试验区,研究17#煤层合理的预抽瓦斯技术参数值。通过对该矿17#煤层111706工作面预抽瓦斯数据分析得出:预抽试验区采用交叉布孔法预抽量可提高40%,Φ94 mm大直径钻孔预抽量比Φ65 mm直径钻孔增加34%,以预抽率作为17#煤层预抽防突有效性指标是可行的。预抽率大于25%时,就可以达到消除煤与瓦斯突出危险。但只有预抽率达到30%以上,钻屑检验指标K1才不会超标。钻场内钻孔抽采瓦斯浓度大于巷道钻孔抽采瓦斯浓度可达1倍,其最小封孔深度应不小于5 m.建议施工双向抽采钻孔来覆盖全工作面,掘进工作面钻孔深度控制在100 m范围内。     

瓦斯抽采钻孔主动承压式密封技术及应用

针对目前瓦斯抽采钻孔密封效果差、漏气现象严重、瓦斯抽采浓度过低等问题,提出了主动承压式密封技术,通过承压注浆及主动支护抽采钻孔,可以有效封堵抽采钻孔初期漏气通道,并且避免后期漏气通道的产生,从而提高封孔质量。在国投河南新能开发有限公司王行庄煤矿进行了应用试验,结果表明,主动承压式封孔技术可以长时间可靠的密封抽采钻孔,大幅度提高瓦斯抽采浓度。     

隧道白云岩砂化段帷幕注浆处理技术

为研究隧道白云岩砂化段帷幕注浆处理技术,通过计算、数值模拟和工程实践方法研究了处理技术的四种关键影响因子,即注浆压力、注浆材料、注浆厚度和注浆工艺。结果表明:在全强砂化白云岩粉细砂层中帷幕注浆应采用高压劈裂注浆,注浆终压建议为4～5 MPa;通过数值模拟确定双液浆最适合白云岩砂化段注浆处理工程;经过公式计算和数值模拟对比,注浆厚度公式可采用经验公式计算,方便简单,一般地层中可取开挖半径值;注浆顺序原则为:由外到内、由下到上、间隔跳孔,分三序孔施工;前进式注浆工艺能够较好地解决成孔质量问题,但应结合现场条件合理调整分段长度,白云岩砂化段分段长度以0.5～1 m为宜;注浆过程中可以先进行双液浆灌注形成维护圈,再进行超细水泥的局部补强。可见,这些成果可为类似隧道帷幕注浆工程提供借鉴,保障安全掘进和工程质量。     

钻孔密封段密封介质渗漏的探讨

在矿井瓦斯压力测定.煤层瓦斯抽放以及煤层注水中,如何减少泄漏.提高钻孔的密封性具有十分重要的意义.本文应用流体力学.密封材料学.渗流力学.探讨了钻孔密封段密封介质的渗漏机理.得出了钻孔密封介质泄漏量的理论计算公式:并在此基础上深入分析了钻孔密封段密封介质泄漏量大小的影响因素.设计加工了钻孔密封装置并进行了相应的实验,取得了预期的效果。     

钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟

钻孔抽放瓦斯是中国利用和治理煤层瓦斯最主要的方法。随着开采深度的加深,地应力场等因素对瓦斯渗流的影响越来越明显。基于对煤层瓦斯一系列的假设的基础上,考虑了地应力、煤层瓦斯压力变化对煤体骨架产生的变形的影响,推导出了孔隙率、渗透率的表达式。运用多孔介质渗流的基本定理和流固耦合的基本理论得出了瓦斯流固耦合控制方程。运用多物理场耦合分析软件对钻孔抽放下的瓦斯渗流场进行了模拟分析。得到了钻孔抽放条件下瓦斯压力的分布、不同的埋藏深度下以及不同的钻孔参数（抽放负压、钻孔半径）对瓦斯渗流场的影响。分析模拟结果可以对现场     

气举柱塞偏心环空间隙流场数值分析

柱塞气举利用井底压差推动柱塞沿井筒运动,依靠柱塞与管壁间隙密封举升上部液体至井口,达到排水采气目的。目前,针对柱塞实际运动中发生偏心对气举密封的影响认识不够清晰,导致无法进一步优化柱塞密封结构和工艺参数。为此,利用气液两相分层流动数值计算方法,讨论了紊流槽内相含率和速度场变化规律,并分析其多道密封机理,获得不同偏心距导致的环空间隙差异条件下柱塞密封效果。研究结果表明：当柱塞与油管轴线处于同心状态作业时,根据特定场合设计的柱塞外壁紊流槽的密封效果可以满足气举要求,但由于柱塞运动时很难保证同心,随偏心距逐渐增大,柱塞与油管间隙增大导致其密封效果逐渐变差。在偏心距为0.9 mm时,窜气量相比同心状态增加140.33%,大量气体发生滑脱;偏心距为1.5 mm时,液体以0.29 kg·m-3的速度泄露至柱塞下方区域。故偏心状态对气举柱塞密封性能的影响不容忽视,对此修正柱塞偏心环空状态下的运动方程,以探究柱塞偏心后对启动压力和单次循环排液量的影响。     

不同密封材料在高压动密封中的研究

落锤式准动标定装置是一种能力产生类似于半正统压力脉冲的压力发生器,可模拟枪炮膛内压力,进行电测压力传感器和塑性测压器的高压准动态校准,该装置的技术关键是压力发生器的密封性能,该文对国内正在研制的新型落锤动樯装置的密封部分进行了分析,选择了铅和测压油（一种混合油）作间隙密封的密封介质,并在２００～７００ＭＰａ的高压下进行了实验,结果表明,铅的耐高压和密封性能较好,采用铅环填料密封优于测压测垫片式密封     

煤层钻孔瓦斯抽放数值模拟

为了寻求合理的钻孔抽放参数,采用数值模拟的方法,应用计算流体力学软件fluent6.3建立了钻孔瓦斯抽放流动模型,通过气体渗流理论模拟抽放过程瓦斯流动规律,分析了抽放负压和煤层渗透率对瓦斯抽放效果的影响规律。结果表明:瓦斯抽放有效半径为2 m左右,抽放负压对抽放半径的影响不是很明显;瓦斯抽出量随抽放负压的升高而增加;煤层渗透率对瓦斯抽放量的影响比较大。模拟的抽放影响半径与现场实测结果基本一致。该模型可以对现场瓦斯抽放提供理论指导。