松软煤层瓦斯抽采钻孔不提钻下入筛管技术

针对在松软煤层中成孔后孔壁易坍塌,造成瓦斯抽采通道堵塞的问题,通过分析钻孔的护壁方法,提出将不提钻筛管下入技术应用于松软煤层瓦斯抽采钻孔护壁中,并研制出配套的钻头、钻杆、孔底悬挂装置等设备,对PVC筛管的结构进行了设计,最后通过井下工业性试验,证明在松软煤层瓦斯抽采钻孔护壁中应用不提钻筛管下入技术工艺先进和技术可靠,与提钻后裸孔下筛管相比,该技术可以缩短钻孔下筛管时间,提高钻孔筛管下入率和抽采效果.     

低渗透性煤层井下低压液态CO_2促抽瓦斯工程实践

针对韩城矿区3#煤层渗透率较低,瓦斯抽采难度大、抽采效率低等难题,在理论分析液态CO_2低温相变增渗和驱替置换煤层瓦斯机理的基础上,提出了低压(2~3 MPa)液态CO_2顺层钻孔压注增透技术,研发了适用于煤矿井下的低压液态CO_2压注系统和工艺,确定了压注过程的关键参数。桑树坪2号井3#煤层工业性试验结果表明:整个CO_2压注过程大致可分为相态平衡建立、注液和保压3个阶段;液态CO_2在3#煤层中的渗流扩散半径超过18 m,此半径范围内瓦斯抽采浓度整体得到提高,抽采活跃期至少一个月。距压注孔6,12和18 m的抽采孔单孔瓦斯浓度平均值分别达41.66%,35.43%和24.14%,且随距压注孔间隔的增大,单孔瓦斯抽采浓度呈逐渐减小趋势,与钻孔内CO_2浓度变化趋势一致。整个抽采活跃期内,支管平均瓦斯抽采浓度和纯量分别达48.49%和1.42 m3/min,明显高于水力割缝后的瓦斯抽采效果,压注后32~40 d,衰减至29.37%和0.88 m3/min,仍高于原始煤层瓦斯抽采浓度。     

鹤煤六矿突出松软煤层施工钻孔成孔技术

松软突出煤层深孔打钻技术难度大,需要改进抽放方法。介绍了鹤煤六矿掘进工作面分段打钻抽放瓦斯的情况,通过采取分段抽放,充分卸压、延伸钻孔方法,有效地解决了松软突出煤层掘进工作面深孔钻进的技术难题,降低了钻进故障率,减少了喷孔、卡钻等动力现象,提高了钻进深度和打钻效率。     

MKD-5S大功率钻机施工顺层长钻孔技术

新集一矿131105工作面为煤与瓦斯突出危险工作面,通过布置本煤层顺层钻孔预抽瓦斯解突,顺层长钻孔在松软煤层中施工,易出现塌孔、埋钻等孔内事故,制约了钻孔施工深度,钻具折断等给工作面回采留下重大安全隐患。采用大功率钻机及时有效的施工了长钻孔,确保了工作面瓦斯治理抽采达标工作的扎实开展。     

深孔水力压裂技术在古汉山矿的应用

焦作矿区普遍存在构造煤发育、透气性低的特点,致使施工过程中成孔浅、易塌孔,抽采期间瓦斯抽出量低、衰减速度快,因瓦斯问题束缚生产的问题仍无法彻底解决。通过研究低透气性煤层抽采钻孔的施工技术与工艺,确定合理的抽采钻孔增透技术参数,有效提高回采工作面抽采指标,实现安全开采。     

突出松软煤层螺旋钻具及钻孔工艺的创新与应用

突出松软煤层深孔钻进是公认的难题，针对传统螺旋钻具和打钻工艺进行创新，可有效解决突出松软煤层钻孔打钻难的问题，避免松软煤层钻进成孔过程中发生钻孔事故。     

新景矿9#煤顺层钻孔瓦斯抽采固-气耦合模型数值模拟

为了探讨顺层瓦斯抽采时的瓦斯渗流运移规律,提高低渗透煤层的抽采效率,运用弹塑力学理论,基于煤体骨架有效应力的变形特性,利用Kozeny-Carman方程进行理论推导,建立了钻孔周围煤体弹性形变与塑性形变的渗透率与孔隙率动态变化模型.结合多孔介质渗流力学理论,建立了钻孔抽采瓦斯渗流固-气耦合模型.针对新景矿9#煤的地质条件,运用COMSOL计算软件,对其耦合模型进行数值计算,得出了布孔间距与单钻孔有效抽采半径之间的关系.模拟结果表明：随着钻孔不断抽采,钻孔瓦斯抽采量初期比较大并能维持一段时间,随后将逐渐减小,最后接近稳定值,同时钻孔有效抽采半径也逐渐变大,但变化的程度越来越小.通过现场实际运用,验证了该模型与关系式的有效性与正确性.     

111310机巷软分层抽放钻孔施工技术

新集二矿111310机巷掘进工作面为突出煤层的无突出危险工作面,通过布置超前预抽钻孔保护工作面安全掘进,预抽钻孔在松软煤层中施工,易出现塌孔、喷孔等孔异常现象造成孔内事故,制约了钻孔施工深度和速度,通过改进钻孔施工工艺和边抽边施工的方案,有效解决了巷道前方瓦斯隐患,确保了巷道安全掘进。     

煤矿瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究

煤层瓦斯主要采用钻孔对开采区域煤层瓦斯进行预抽。由于该矿地面压风机供风距离远,用风地点多,用风终端风压小,钻孔封孔不严密,围岩松动圈范围容易出现漏气现象,造成钻孔抽采浓度低,抽采效率低等缺陷。进行机械动力作为原动力进行钻孔带压封孔的应用技术研发,可进一步提高钻孔的封孔质量,提高钻孔的抽采浓度和抽采效率,确保煤层瓦斯的抽放效果。采用本封孔技术,可解决抽采钻孔孔封不严、浓度偏低、钻孔效率低等的技术难题。     

改进钻机钻具提高软煤防突钻孔施工速度的技术研究

郑煤集团告成煤矿主采二1煤层为"三软"不稳定煤层,煤质松软易碎,呈粉末状,属极软煤层,多年来,一直采用ZY系列全液压钻机施工各类防突钻孔,打钻过程中经常会遇到喷孔、垮孔、堵孔、卡钻、钻孔排粉困难等问题,致使钻孔的钻进速度和钻进能力较低,造成防突工作滞后,影响矿井安全生产。通过对钻机、钻杆及钻杆连接方式的改进,简化钻机液压系统,提高了钻孔排粉率及单位时间内的成孔数量、质量,简化钻杆连接方式,减轻工人的劳动强度,实现防突钻孔的快速施工,进而提高瓦斯抽放效果,确保低透气性煤层工作面的安全正常生产。     

基于3DEC离散元的煤层井壁稳定性

为了准确了解煤岩井壁稳定性及坍塌规律,基于3DEC离散元软件,完成了对煤层井壁稳定的仿真模拟分析,验证了3DEC离散元软件应用于煤岩井壁稳定研究的可行性和相对于弹性力学连续性介质理论的优越性。考虑到简化计算和边界效应,物理模型采用内外双重建模;为更好地反映煤岩井周割理情况,内层模型采用离散型裂隙网络(discrete fracture network,DFN)技术。通过与不考虑割理面的弹性力学连续介质模型对比,验证了割理发育对煤岩井壁稳定的影响;通过位移云图来评价煤岩直井和水平井的井壁稳定性和垮塌掉落情况,且三维模型直观地展示了井壁失稳过程;完成了有效液柱压力、割理和井眼走向对煤岩井壁稳定的影响分析,得出结论:随着有效液柱压力的增大,井壁稳定性越来越强;割理尺寸、密度和产状的情况对井壁稳定仿真模拟影响巨大,模拟前应充分统计割理分布情况;在所设条件下,沿最大水平主地应力方向的水平井较直井更加稳定。     

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。     

岩石坍塌作用下埋地集输管道应力变化规律

基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,建立了岩土坍塌作用下埋地集输管道分析模型,研究了岩石坍塌作用下不同因素对埋地集输管道应力影响规律.结果表明:冲击载荷随石块边长的增加呈指数形式上升,正方体边长改变1.4 m时,冲击载荷可改变22.4 MPa.运行压力、温度、管道铺设坡度对管道壁面应力影响较小,而冲击载荷、腐蚀是埋地集输管道安全的主要影响因素.当冲击载荷大于10.5 MPa时,管道进入塑性变形区.岩石坍塌冲击载荷较大时,管道壁面最大等效应力随着管道径厚比的增加而减少.当径厚比改变了3.8,管道壁面最大等效应力可减小44 MPa;当岩石坍塌冲击载荷较小时,管道壁面最大等效应力出现极小值点.     

大倾角厚煤层软弱围岩煤柱支承压力监测分析

大倾角软弱围岩环境下,工作面巷道扰动区内煤柱应力变化及分布特征复杂.开采扰动、煤厚及倾角因素的影响易造成区域内巷道围岩局部附加变形失稳和支护失效,而理论推导和定量验证得到的护巷煤柱参数往往与实际差别较大.基于现场地质力学调查,借助钻孔应力探测仪对工作面主运巷下帮护巷煤柱纵向和倾向移动支承压力显现特征进行了监测分析.得出纵向和倾向移动支承压力峰值位置和分布范围,并根据弹塑性极限平衡理论对峰值位置进行了计算和对比分析,为改善巷道维护状态和提高煤炭资源采出率及类似条件下的厚煤层开采提供有益借鉴.     

浅埋综采工作面区段煤柱宽度优化

以龙华煤矿3^-1煤30203工作面为工程背景,采用现场实测,理论分析和数值模拟的方法进行了区段煤柱宽度优化研究。建立了三维有限差分模型,分析了不同煤柱宽度时煤柱的弹性区宽度,煤柱支承应力分布规律以及顺槽围岩变形特征。完成了煤柱松动区数字钻孔成像和煤柱受力特性现场实测方案设计并开展了实测分析,得出了顺槽煤柱松动区范围和塑性区宽度。实测结果表明20 m的区段煤柱宽度有优化的空间。综合分析数值模拟和理论分析的结果,建议龙华煤矿3^-1煤综采工作面区段煤柱合理宽度为15 m。最后进行现场工业性试验验证了理论分析和数值模拟的合理性。该研究结果可以提高煤层回采率,增加经济效益,可为类似开采条件下区段煤柱的留设提供参考。     

地震作用下钢筋混凝土框架结构防倒塌的判别

在地震作用下保证钢筋混凝土框架结构耗能最大化，同时保证在弹塑性变形条件下大震不倒，对框架结构意义重大。基于功能原理，对框架结构在水平地震作用下达到最大弹塑性位移时的2种变形破坏模式柱铰机制和梁铰机制进行分析，给出结构倒塌指标Ks的下限值和防倒塌的评估判别式，通过算例和实例对规范中框架结构防倒塌的相关要求进行了计算验证。结果显示，现行抗震规范对罕遇地震作用下钢筋混凝土框架结构变形控制值是略偏保守的。     

钱营孜煤矿首采面应力分布特征的数值模拟

为了分析综采工作面超前支承压力的分布特征,以及塑性区、围岩位移分布规律和采动影响下煤层底板的破坏规律,应用UDEC软件对钱营孜煤矿3212综采工作面进行了数值模拟对比分析.结果表明工作面推进190 m,前方支承压力基本维持不变,应力集中系数为2.4左右,超前影响范围为35 m左右,底板岩层破坏的程度和深度在几个开采周期中保持一致.这些结果与现场矿山压力观测结果基本吻合,为巷道超前支护、加强支护提供了理论与技术依据,也可以为相似条件下工作面的安全开采及支护提供借鉴.     

西南地区岩溶富水隧道坍塌力学机理及处治措施

以云南玉溪至磨憨铁路曼勒一号隧道为依托,对西南地区岩溶富水隧道坍塌进行处治并预防,建立基于隧道坍塌机理的隧道坍塌力学计算模型,采用理论分析结合有限元计算软件MIDAS GTS NX模拟的方法分析了隧道坍塌段围岩及初支稳定性,并提出有效的处治措施。结果表明：坍塌段隧道模型拱顶沉降量为48.5 mm,拱腰水平收敛量为111.53 mm,围岩变形量较大,发生坍塌事故的风险较大;围岩塑性区出现在上中台阶掌子面,应变最大值为7.85×10-2,发生塑性破坏可能性较大;隧道坍塌段初支所受拉应力和压应力分别达到了19.68 MPa和17.89 MPa,根据铁路隧道设计规范抗拉极限强度为2.0 MPa,抗压设计强度为12.5 MPa,支护结构承受荷载过大易发生破坏。隧道施工现场地下水渗漏对砂泥岩地层围岩稳定性有重大影响,小范围溜塌最终导致大范围围岩失稳坍塌、初支破坏。根据现场实际工况,采用双层超前小导管补强支护对坍塌段进行加固,隧道坍塌段处治效果良好,为后续类似工程提供指导借鉴。     

大采高回采巷道围岩的塑性区分布

针对大采高回采巷道围岩存在的变形量大、松动范围广等问题,以龙煤集团城山煤矿145采煤工作面上巷为研究对象,采用现场观测、理论分析及有限元数值模拟的方法研究该巷道围岩的塑性区范围,得到顶底板、两帮塑性区范围与巷道高度之间的关系。结果表明：随着巷道高度的增加,围岩的塑性区范围不断增加。这一研究结果对实际工程具有一定的参考价值。     

半煤岩巷道围岩破裂演化规律及控制技术

针对半煤岩大巷围岩控制问题,以吕梁矿区某矿半煤岩运输大巷为研究对象,利用FLAC3D数值软件建立巷道计算模型,分析不同埋深时半煤岩巷道围岩的塑性区变化规律,并采用钻孔窥视仪对巷道围岩破裂范围进行精细探测。结果表明：围岩塑性区随着巷道埋深的增加而逐渐增大,尤其是巷道两帮及底板部位;大巷顶板0～1.8 m及4.9～5.1 m深度附近,裂隙极其发育,1.8～4.9 m深度范围内有许多微小的裂隙。根据数值模拟及现场探测结果,选择注浆锚索＋注浆锚杆＋金属网的全断面锚注支护方法。工业化实验结果证明此种方法可有效控制巷道的有害变形。该研究为其他类似条件下的巷道支护提供了参考。