瓦斯抽采PC-CAS基封孔材料优化及其膨胀作用分析

为了研制以硅酸盐/铝酸盐水泥、生石灰、生石膏为主的PC-CAS基封孔材料,采用正交试验优化材料配比、开展膨胀力研究,并用扫描电镜观测料-煤胶结形貌.研究结果表明:材料的最优配比为A2 B2 C4,其具备优良的流动性、强度及致密性,造浆量达2100 mL/kg;PC-CAS基材料具有显著的膨胀性,其膨胀力随时间先增大而后...     

下向穿层瓦斯抽采钻孔新型封孔方法及应用

潘三煤矿17181(1)运输顺槽顶板岩层含水丰富,下向穿层钻孔抽采17181(1)运顺瓦斯受岩层富水影响较大。为解决这一问题,结合潘三矿11-2煤顶板实际情况,分析了影响下向穿层钻孔抽采瓦斯的主要因素,提出了"先区域封水,后打抽采钻孔,再利用‘两堵一注’快速封孔法封孔"成套技术解决方案,形成了一种新型下向穿层瓦斯抽采钻孔封孔方法。经潘三矿17181(1)瓦斯综合治理巷现场实践证明,下向穿层抽采钻孔的瓦斯抽采纯量与抽采浓度均有大幅度提高,钻孔封孔效果良好。     

瓦斯抽采二次膨胀封孔材料膨胀机理及应用研究

为降低瓦斯抽采漏气,开发了1种具备后期膨胀的二次膨胀材料（DE）,以水泥基材料为对比样,利用自制的膨胀力测试装置,以XRD和SEM分别表征其膨胀力及微观结构。研究结果表明:相比水泥基材料,DE材料的膨胀力明显,并表现出显著的时间效应,且DE材料的膨胀力随约束刚度增大而增大;水化1 d时, DE材料较水泥基材料生成更多的钙矾石（AFt）晶体;随着DE材料水化,AFt晶体不断增多,且水化7 d后AFt晶体发生延迟膨胀,这是引起DE材料后期膨胀的主要因素;工程应用表明DE材料可提高瓦斯抽采浓度及纯量,有效改善抽采效果。     

煤层瓦斯抽采钻孔封孔材料研究进展与展望

为提高煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术,降低矿井爆炸风险,首先,通过对比传统封孔材料和新型封孔材料,总结两者的优点及不足,得出新型无机—有机复合浆液既弥补了聚氨酯类有机材料成本高、阻燃性差和毒性大等缺点,又提升了水泥基材料的强度和粘结性能等;然后,基于封孔材料煤界面粘结机理,总结研究人员对水泥基材料进行的一系列改性实验,讨论不同外加剂、纳米材料对水泥基材料水化特性、凝结时间、强度等性能的影响以及存在的问题;最后,从性能全面提升、外加剂组合优化、成本控制3个方面提出建议和展望。     

基于Hoke-Brown准则的瓦斯抽采钻孔稳定性分析及封孔技术

针对煤层瓦斯抽采钻孔稳定性差、抽采率低等问题,结合广义Hoke-Brown强度准则、有效应力原理及非线性孔隙压力分布特征,推导了钻孔围岩弹塑性区半径和应力表达式,得到了钻孔周围塑性区半径随各影响因素的变化规律。基于理论分析,采用囊袋式注浆封孔技术,在山西某矿310207工作面回风巷进行了现场试验。结果表明:地质强度指标(GSI)和不均衡系数(λ)相比扰动性系数(D)对钻孔周围塑性区范围影响更大;当原始瓦斯压力点距离钻孔中心小于1 m时,塑性区半径受瓦斯压力影响开始显著上升。以瓦斯抽采体积分数大于30%作为衡量封孔效果的标尺,在3个月左右的观测时间内囊袋式注浆钻孔相比聚氨酯钻孔,瓦斯抽采有效时间可以延长约2个月,瓦斯平均体积分数提高约58.2%。     

径向强力膨胀法封孔提高抽采效果技术研究

通过分析钻孔周围煤体在地应力作用下的变形与裂隙发育规律,结合鹤煤三矿原采用的瓦斯抽采钻孔封孔工艺,发现原采用的瓦斯抽采钻孔封孔工艺存在影响抽采瓦斯体积分数与效果的因素。确定合适的封孔材料需要满足4个主要的性质特征,提出了径向强力膨胀法封孔提高抽采效果技术。使用RFPA3D数值模拟软件研究了孔壁周围煤体裂隙发育范围,据此确定了封孔深度工艺参数,并在鹤煤三矿进行了现场对比试验。结果表明,与原封孔技术相比,应用径向强力膨胀法封孔技术封孔成功率高,抽采瓦斯体积分数和抽采纯量均有大幅度提高。     

高位钻孔不同封孔方法质量检测及其优选

为优选出高位钻孔最佳的封孔方式,通过理论分析给出钻孔漏气6种表现形式,并推导出钻孔漏气量及漏风率的计算公式,进而基于不同钻孔深度瓦斯浓度及抽采负压的变化率确立钻孔漏气位置、漏气量、漏气率等封孔质量定量判定指标体系。结合封孔质量探测结果、操作难易程度及经济成本建立封孔方法优劣的多因素评价方法,并对聚氨酯式常压封孔（方法1）、囊袋式注浆带压封孔（方法2）、钻屑回填式注浆带压封孔（方法3）3种方法进行综合评价分析。研究结果表明:方法1～3的封孔段平均瓦斯浓度分别为5.6%,3.2%及8%,方法1对应的瓦斯浓度与抽采负压均出现突降,方法2对应的抽采负压在8～14 m出现突降,方法3则较稳定。故判定三者封孔质量为钻屑回填式＞囊袋式＞聚氨酯式,结合成本分析和操作难易综合分析确定高位钻孔的最优封孔方式为钻屑回填式注浆带压封孔。     

瓦斯抽采钻孔封孔作业风险辨识与评估

为有效提高新型封孔材料封孔作业的安全性,采用作业条件危险性分析的安全风险辨识方法,辨识封孔作业过程中的危险源;采用安全风险评估指标体系,将封孔作业细分为7个一级风险因素指标及34个二级风险因素指标;定量计算各指标因素的关联度及危险程度;采用安全检查表法检查封孔作业整个过程的“人-机-环-管”系统安全。研究结果表明:压风管路崩裂、顶板冒落、风动搅拌桶扇叶、新型材料腐蚀及注浆出料口堵塞憋压是钻孔封孔作业重点管控的风险因素;采用安全检查表法可全面筛查封孔作业前、作业中和作业后的风险。     

易自燃煤层顺层抽采钻孔封孔参数优化研究

针对平煤十矿顺层抽采钻孔封孔不佳导致钻孔自然发火问题,用钻屑法试验研究巷道围岩应力分布特征,深入分析钻孔周围存在的漏气情况及导致钻孔自然发火的条件,并利用Comsol Multiphysics软件,数值模拟不同封孔深度与长度下钻孔周围漏风速度的分布状况,得到最优封孔参数,并探讨其对瓦斯抽采效果的影响。结果显示,距巷道0～7 m为破碎区,8～19 m为塑性区,20～28 m为弹性区;巷道周围破碎区、钻孔周围漏气圈、封孔材料漏风及抽采管路漏风为钻孔漏风区域,为钻孔自然发火提供通风供氧条件。研究表明:当封孔深度为17 m,封孔长度为8 m,最大抽采负压低于30 kPa时为最优封孔条件,既能保证抽采效果又能防止钻孔自然发火;封孔参数优化后单孔瓦斯抽采体积分数达到70%。     

外错型走向高抽巷瓦斯抽采技术应用研究

为探究外错型高抽巷在实际应用中的适用性、可行性以及多功能性,以李雅庄矿2-603工作面外错型高抽巷为研究对象,在考察矿井实际情况的基础上采用理论分析和数值模拟对外错型高抽巷的治理效果进行分析。得出:外错型高抽巷相较于内错型高抽巷巷道位移量小,便于管理;外错型高抽巷不但能作为下一工作面采空区的内错型高抽巷,并且从其内部向下打穿层钻孔能保证下一工作面掘进工作的安全进行。根据现场实测数据分析,外错型高抽巷钻孔抽采的平均抽采浓度在27.38%左右,平均抽采纯量在22.45m3/min左右,上隅角瓦斯基本保持在0.3%左右。外错型高抽巷"一巷多用"的特点,既能满足矿井安全生产的要求,也可以提高经济效益。     

基于正交法X形密封圈力学性能研究

为研究X形（星形）密封圈在静、动密封工作时的力学性能,通过拟合实验数据得到橡胶Mooney-Rivilin模型参数,利用ABAQUS软件建立X形密封圈仿真模型,采用正交试验方法研究了预压缩量、介质压力、硬度、温度对密封圈静密封的影响,以及速度、摩擦系数对其动密封力学性能的影响。结果表明:密封圈在有介质压力时的应力分布更不均匀;在静密封过程中,影响密封圈最大Von Mises应力的因素主次顺序为:介质压力>预压缩量>温度>硬度,影响主密封面上最大接触应力的因素主次顺序为:介质压力>硬度>预压缩量>温度;在动密封过程中,内行程速度、摩擦系数对密封圈应力的影响更加显著。     

丁烷与空气混合物的爆炸性能测定

在不同条件下,对丁烷与空气混合物进行爆炸实验,由微机数采测试系统测定其爆炸参数（爆轰波压力、爆轰波传播速度等）、爆轰极限以及当其形成爆轰时所需的临界起爆能。通过实验测定,为评价丁烷与空气混合物的安全性能提供重要依据     

基于D-P准则的煤层钻孔封孔深度分析

为了确定合理的煤层钻孔封孔深度,提高瓦斯抽采效果,基于D-P屈服准则,提出关于中间主应力、煤岩剪膨胀的巷道开挖模型,推出钻孔周围煤体应力应变及钻孔封孔深度表达式。结合工程实例,以煤巷掘进工作面平均瓦斯抽采浓度和钻屑量为基础进行封孔深度的验证。研究结果表明:中间主应力、残余黏聚力、内摩擦角和剪胀角对于封孔深度有重要影响;在一定区间内,钻孔封孔深度随中间主应力的增大而增加,超过某个值后会随着中间主应力的增加而减小;剪胀角越大,扩容系数越大,钻孔封孔深度越大;平均瓦斯抽采浓度和钻屑量测试结果验证了封孔深度的准确性。     

塑性混凝土渗透及渗透变形试验模型与指标测定

介绍了为堤防防渗工程设计的塑性混凝土渗透系数及渗透破坏比降试验模型及其测定方法。     

高瓦斯孤岛工作面预抽钻孔封孔工艺优化研究

针对王坡煤矿高瓦斯孤岛工作面预抽钻孔封孔质量差、抽采效果不理想的问题,基于围岩裂隙演化钻孔封堵原理,采用数值模拟和现场指标测试相结合的方法对巷道围岩应力场分布进行分析,进而确定了3210孤岛工作面抽采钻孔的合理封孔段深度为距煤壁15 m,并考虑距煤壁3 m范围内煤体破碎严重的问题,将原两堵一注封孔工艺优化为三堵一...     

用正交设计法研究阻燃聚氨酯泡沫塑料配方

本文合成了三（２,３－二溴丙基）磷酸酯和聚磷酸锭等阻燃剂。利用正交设计方法研究了阻燃聚氨酯泡沫塑料配方。实验结果表明阻燃聚氨酯泡沫塑料水平燃烧速度为０．０１２ｃｍ／ｓ。阻燃聚氨酯泡沫塑料的氧指数为２６。     

多因素影响下巷道变形特性数值模拟研究

基于FLAC^3D有限差分软件对开挖深度、侧压力系数、断面形状等多因素影响下的巷道变形参数进行正交试验,根据正交试验分析结果,分别选取同一深度条件下的圆形、马蹄形、直墙拱形、矩形巷道进行模拟试验并以圆形巷道作为典型断面,对不同深度下的巷道变形特征进行模拟试验。研究结果表明:开挖深度对巷道开挖后的应力差变化影响明显,断面形状对巷道围岩内的塑性区深度和具有显著影响;巷道开挖后的塑性区深度和随形状指数增加而呈线性增长趋势,圆形巷道的塑性区深度和最小,矩形最大;应力差随着巷道开挖深度的增加呈线性增加,深部开采应重视巷道内的应力分布情况。     

瓦斯抽采钻孔磁性密封浆液配合比试验研究

为探究一种具有磁性特性的瓦斯抽采钻孔密封浆液配合比,选取微米粒度(3 μm)下的羰基铁粉和纳米粒度(200 nm)下的四氧化三铁(Fe₃O₄)为磁性粒子,以一定比例聚乙烯醇和水作为密封浆液主要基液,按照磁性粒子在浆液中不同质量分数、不同磁性粒子种类以及不同磁性粒子粒度,进行多水平多因素下的浆液配合比试验,并借助三维磁性成像系统作相似材料模拟,验证浆液的磁性示踪效果。结果表明:在以羰基铁粉为主要溶质的浆液中加入一定量Fe₃O₄,可大幅度降低密封浆液沉降率;在相似材料密封胶结后,浆液中的磁性粒子可较好地表征出相似材料内密封浆液的填充胶结位置,且在相似材料中,磁性强度越大的区域,内部破裂越明显。     

基于正压密封方法的闭式采空区灭火技术

为提高闭式采空区密闭漏风控制效果,基于矿井空气流动基础理论,运用RFPA软件建立了注氮气室正压密封采空区数值模型,模拟分析了注氮气室正压作用对采空区密闭漏风行为的影响规律,提出了基于注氮气室正压密封方法的采空区灭火技术,并在恒大煤矿5333工作面采空区进行了应用.结果表明,在气室内氮气相对正压作用下,通风巷道向采空区漏风速度快速减小至0,并最终产生反向,形成由气室向外部微量漏氮气的状态,5333采空区采取正压密封方法后,内部CO、C2H4和温度快速消失和降低至安全范围值.