瓦斯抽采钻孔“两堵一注”带压封孔技术及装置研究

针对瓦斯抽采过程中存在瓦斯抽采浓度低、抽采量小等问题,提出了"两堵一注"带压封孔技术,并根据封孔过程中存在的问题,自主研制了气动增压封孔装置。阐述了"两堵一注"带压封孔技术及装置的工作原理及工艺流程,并进行了现场工业试验,结果表明:"两堵一注"带压封孔技术及装置的应用实现了封孔工艺由手动封孔向机械化封孔转变,能够实现在指定深度封孔,提高了封孔质量,使单孔瓦斯抽采负压由8 k Pa提高到18 k Pa以上;单孔瓦斯抽采浓度由35%提高到65%以上;单孔瓦斯抽采量由0.04~0.05 m3/min左右提高到0.11 m3/min左右,为快速实现瓦斯抽采达标和矿井安全高效生产提供了保证。     

高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透技术研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采效率低、钻孔施工量大等问题,结合高压水动力特性,提出水力压裂技术来提高煤层透气性。分析了水力压裂煤体致裂增透机理,提出起裂压力的临界值公式;计算得出水力压裂参数,选用合理的压裂设备和工艺。分析了压裂半径、压裂后煤层透气性及抽采效果等,现场应用结果表明:水力压裂使区域内煤层透气性提高了67倍,在煤层走向上的影响半径可达到20~24 m,能有效增加钻孔的透气性,煤层瓦斯抽采浓度、纯量均提高4倍以上,抽采浓度衰减时间明显增长,有效提高了瓦斯抽采效率。     

松软煤层壁式密封瓦斯抽采技术研究

高瓦斯低透气性松软顺层瓦斯抽采过程中,由于钻孔极易发生缩径、塌孔等工程问题,钻孔周围漏风严重,钻孔服务时间短,瓦斯抽采难度大且周期较长等成为瓦斯抽采的主要技术难题。通过分析松软煤层瓦斯抽采存在的关键问题,应用多孔介质渗流力学、流体平衡等理论及钻孔护孔原理,提出了松软煤层的固液耦合壁式密封技术。现场研究表明,应用固液耦合壁式密封技术抽采松软煤层瓦斯有效地阻止了巷道风流的漏入,极大地提高了瓦斯抽采效率,使得单孔瓦斯抽采浓度达90%以上,与煤矿所使用的聚氨酯袋配合密封液封孔技术相比,单孔纯瓦斯流量提高2~3倍,且抽采过程浓度稳定,对松软煤层瓦斯的高效抽采及实现煤与瓦斯共采和煤层气绿色开发理念具有重要意义。     

大兴矿N2-203开采保护层卸压瓦斯抽采研究

针对开采保护层时瓦斯容易超限的问题,分析了开采煤层过程中,保护层在采动应力作用下卸压增流效应及卸压瓦斯运移规律,采用了对被保护层瓦斯卸压抽采和分源治理的技术措施,以大兴矿瓦斯治理为例,通过实施"封堵漏风口、浅埋大管路、短抽上隅角"等开采保护层和钻孔抽采瓦斯等关键性治理技术,解决了开采高瓦斯煤层群过程中综采面大面积悬顶上隅角空间和回风流中浓度超限的问题,实现瓦斯资源的回收再利用。     

顺层交叉钻孔预抽瓦斯技术在高瓦斯低透煤层的试验研究

针对高瓦斯低透煤层瓦斯预抽效果不佳、抽采工艺参数设置不够合理的问题,通过对交叉钻孔围岩塑性区应力叠加效应的理论分析,阐述了其增透利抽、提高本煤层瓦斯预抽效果的机理,罗列了交叉钻孔施工参数要求;结合某矿12103工作面交叉钻孔预抽瓦斯技术的试验应用,量化对比分析了两种钻孔瓦斯预抽效果。结果表明:在不增加工程量的条件下,与传统的平行钻孔相比,交叉布孔方式可将本煤层瓦斯预抽率提高0.77倍左右,有效改善了高瓦斯低透煤层瓦斯预抽效果,降低了工作面回采时瓦斯事故发生的概率,为矿井安全生产增添了保障。     

被保护煤层底板穿层抽采钻孔合理布置方式研究

为了保障穿层抽采钻孔施工安全和提高被保护层卸压瓦斯抽采效果,通过上保护层开采邻近煤层瓦斯涌出情况的分析和上保护层开采底板煤岩体卸压特征的数值模拟分析,对不同层间距被保护层穿层抽采钻孔的合理布孔方式进行了研究。现场试验表明：下伏不同层间距被保护层底板穿层抽采钻孔不同的布置方式能保障钻孔的安全施工和被保护层卸压瓦斯高效抽粟。     

构造松软煤层钻孔多应力耦合分区失稳机理研究

构造松软煤层瓦斯抽采过程中,钻孔易发生形变、缩径及坍塌等失稳现象,从而造成钻孔及密封失效、抽采阻力增大和抽采瓦斯浓度偏低等问题。针对上述难题,基于原岩应力作用下松软煤层的力学性质及瓦斯赋存条件,分析瓦斯应力对钻孔失稳的动力效应,并通过理论及数值方法对巷道一次采动及钻孔二次采动过程中各采动因素对钻孔周围煤体弹塑性区应力峰值及范围的影响进行研究分析。结果显示:初始应力及采动半径的增大或内聚力及内摩擦角的降低均会不同程度造成应力峰值或弹塑性区域的增大,从而增加钻孔失稳的概率及范围。进而根据钻孔方向上不同应力耦合作用及采动弹塑性区域提出了钻孔分区失稳机理,对构造松软煤层钻孔密封及护孔具有重要指导意义。     

采空区瓦斯源位置对高位抽采的影响及优化措施研究

为提高高抽巷对采空区下部涌出瓦斯的治理效果,基于流体动力学、传质传热学理论,结合采场覆岩裂隙演化规律,构建三维多场耦合解算模型。运用Fluent软件分别模拟了采空区顶板、底板及整体涌出时的瓦斯运移积聚特征,并对高抽巷抽采和上隅角瓦斯浓度进行了量化对比分析。结果表明,顶板瓦斯涌出时,高浓度瓦斯积聚于采空区上部,主要靠分子扩散和机械弥散与下部漏风混合;采空区整体及底板瓦斯涌出时,"瓦斯-风流"的主要混合方式向对流扩散转变,采空区上部积聚瓦斯浓度降低,更多瓦斯随下部漏风涌向上隅角,高抽巷抽采浓度和上隅角瓦斯控制能力下降;此时,通过隅角封堵控制漏风,能够大幅提高抽采效率,在较低抽采流量条件下实现上隅角瓦斯治理。     

沟头煤矿顺层抽放钻孔改进技术

全面分析了沟头煤矿C5301工作面顺层抽放钻孔封孔工艺中存在的问题,找出了封孔深度太短和封孔不严是影响抽放率不佳的真正原因。针对这些原因进行了封孔工艺的改造,并在C5302工作面进行了试验,取得了较好的抽放效果,达到了防止煤与瓦斯突出的效果。为同类型条件下的瓦斯抽采工艺提供了参考和借鉴。     

顺煤层水力割缝抽采煤层瓦斯渗流规律数值模拟

为得到顺煤层水力割缝抽采瓦斯渗流规律以及预测水力割缝后瓦斯气体抽采量,结合渗流力学和弹塑性力学理论,建立了水力割缝抽采煤层瓦斯的固流耦合数学模型,同时给出了相应初始条件及边界条件。利用Madab计算得到顺煤层水力割缝后煤体应力场、瓦斯压力场以及瓦斯抽采量变化规律。数值模拟结果显示：水力割缝后,煤体有效体积应力得到释放;沿割缝方向储层卸压效果明显;煤层内裂隙、裂缝数量增加,长度和张开度增大;煤体渗透性能增强;煤层气抽采量较普通钻孔有较大幅度的提高。模拟结果显示了顺煤层水力割缝抽采煤层气的优势。此模拟方法对煤层气增产工业中确定水力割缝工艺参数以及预测瓦斯产量具有重要的指导意义。     

3标度层次分析法-模糊可拓模型在瓦斯抽采达标评价中的应用

针对瓦斯抽采达标评价过程中影响因素繁多、评价随意性强以及评价存在不确定性等问题,结合瓦斯抽采达标评价现场评价过程以及现有的研究成果,以评价指标和评价相关条例为依据划分了瓦斯抽采达标评价等级。利用改进的层次分析法IAHP以及物元理论和模糊可拓学理论,建立基于改进层次分析法-模糊可拓模型(IAHP-FE)的瓦斯抽采达标评价模型。根据达标评价规范以及专家意见,建立瓦斯抽采达标评价体系。以某生产矿井为实例,采用系统性的3标度层次分析法确定评价权重,验证了瓦斯抽采达标评价模型的可行性和合理性,并在此基础上分析了各评价指标对瓦斯抽采达标评价的影响程度。     

六家煤矿WIIN1 6-7综放工作面瓦斯异常涌出综合治理研究

针对六家煤矿WIIN1 6-7综放工作面瓦斯涌出异常的现象，应用分源预测法预测了本工作面的瓦斯涌出量，得出其主要来源于上部顶板采空区；通过地面大气压力与井下瓦斯浓度的实测，分析其原因是由于地面大气压的变化。针对此特点采取了上部采空区钻孔抽放和本煤层采空区埋管抽放相结合的治理措施，并增加了注氮措施和采用三通和活塞的方法安装管路，取得了行之有效的效果。     

基于Fluent采空区瓦斯抽采仿真模拟在寺河矿的应用研究

为了提高晋煤寺河矿采空区瓦斯抽采效率低的现状,结合寺河矿采空区瓦斯抽采模式,通过分析寺河矿煤层特性,采空区抽采方法,建立瓦斯抽采模型,应用仿真模拟软件对不同瓦斯抽采方案的瓦斯运移规律进行仿真模拟,对模拟结果进行对比分析最后制定和改善了具体的采空区瓦斯抽采实施方案。     

高位抽采下近距离煤层采空区复合致灾数值模拟研究

从煤矿井下安全生产的角度出发,以西铭矿近距离煤层采空区的特点为例,建立了一种高位巷抽采下近距离煤层采空区三维模型。通过Ansys Fluent对采空区气体流动控制方程和非均匀瓦斯释放源项、浮煤耗氧源项进行三维稳态解算发现,随着高位巷抽采流量的不断增大,抽采瓦斯总量逐渐升高,抽采浓度和抽采效率逐渐降低,在抽采流量升至30 m3/min后,所有变化趋势变缓。上部邻近煤层高氧浓度富集区不断增大,下部遗煤处无明显变化。研究表明,采用抽采流量都为20 m3/min的高位巷与上隅角埋管相结合的瓦斯抽采方法能有效控制采空区复合致灾隐患。     

多分支水平井技术提高煤层透气性机理分析及数值模拟

本文研究了煤层瓦斯解吸-扩散-渗流的运移规律;分析了多分支水平井技术的增透机理：增大瓦斯解吸影响面积,沟通煤层裂隙并促进裂隙发育,降低瓦斯流动阻力。以山西晋城煤层气田为例,通过分支井产量模型研究分析得出分支数目和分支段长对产能的影响关系：分支井数目越大,抽采效果越好;分支井长度越长,抽采效果越好。     

基于K-CV&SVM的工作面煤层瓦斯含量预测

为进一步提高工作面煤层瓦斯含量预测的准确性,将交叉验证方法(K-CV)和支持向量机(SVM)相结合,建立预测模型。该模型在SVM的基础上采用交叉验证的思想,寻找最佳参数cg,最大限度地消除由于个别样本的较大误差对预测模型的影响,提高预测模型的准确性。选取告成矿工作面煤层钻孔的实测数据进行实例分析,结果表明:该模型较单一SVM预测精度高,能有效预测工作面煤层瓦斯含量。     

基于PCA-GA-BP的回采工作面瓦斯涌出量预测模型研究

为进一步提高回采工作面瓦斯涌出量预测的准确性,建立了主成分分析法(PCA)、遗传算法(GA)、BP神经网络相结合的预测模型。该模型采用主成分分析法降维处理原始输入数据;将主成分分析结果作为BP神经网络的输入,消除冗余信息;然后采用遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,有效克服BP神经网络极易陷入局部最优的问题。选取某矿井回采工作面的实测数据进行分析,结果表明,该模型较单一BP神经网络预测精度高,能更有效地实现回采工作面瓦斯涌出量的高准确度预测。     

基于主成分回归分析的瓦斯含量预测

为了增加多元回归模型预测的精度,将主成分分析与多元回归分析相结合提出了PCA—MRA模型,并将该模型用于实际瓦斯含量预测。结果表明,PCA—MRA模型消除了输入变量之间的相关性,减少了输入变量值个数,提高了预测精度,便于实际推广和应用,为瓦斯含量预测提供一种新的途径。     

定向凝固速率跃迁下平界面处液相溶质浓度变化及界面失稳

单相合金定向凝固时，固液界面处液相溶质浓度会受抽拉速率的跃迁变化而发生较大的改变．理论分析和数值计算结果表明：当抽拉速率从V0跃迁变化到V时，定向凝固系统并不能立即达到抽拉速率V,而是经过一个非稳态凝固过程才能达到矿跃迁加速中，界面处液相溶质浓度呈现小大小的不对称分布，且刚开始时，界面处液相的溶质浓度随抽拉速率跃迁比V/V0，原始抽拉速率V0和温度梯度GL增加而增大，相应的溶质扩散长度随V/V0和GL增加而减小．对于跃迁减速过程，变化情形刚好相反．另外在跃迁加速中，即使合金跃迁变化的抽拉速率仍处于平界面临界失稳速率范围之内，如果固液界面处液相溶质浓度过大，也会使合金凝固的平界面发生失稳现象．上述分析结果在Al-2％Cu合金的数值计算中得到了验证．     

中国传统糖水灰浆和蛋清灰浆科学性研究

红糖灰浆和蛋清灰浆作为我国传统石灰浆,在岭南等地区具有广泛应用.本文以这两类灰浆为研究对象,通过实验室模拟样品的物理性能测试以及灰浆固化后的成分和结构分析,探讨糖和蛋清对灰浆性能的影响及作用机理.结果表明,蔗糖对石灰浆具有减水作用,2%的蔗糖含量减水效果就达到20%以上,能有效降低灰浆干缩开裂的风险.但是,蔗糖含量提高会影响灰浆的抗压强度和耐水性能.蛋清对石灰浆具有增稠、提高粘结性、自修复能力和减小开裂风险的作用,但是对灰浆的抗压强度和表面硬度有一定负面影响.主要原因是蛋清的加入使灰浆结构致密,减缓了碳化作用但它会在固化后的灰浆表面聚集,形成较多小孔,影响灰浆表面性能.建议这两类添加剂的使用量在4%以下.