“三软”煤层注水封孔技术的试验研究

在分析“三软”煤层封孔特性的基础上 ,选择了合适的封孔方法 ,试验研究了Bimbar1型封孔器封孔技术 ,并对封孔器应用中的问题进行了讨论 ,设计了一种与之配套使用的单向自动截止阀 ,成功地实现了“三软”煤层注水封孔 ,可供类似条件的煤层实施该技术参考。     

分体式囊袋注浆封孔器的研制与应用

为提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度,实现井下安全生产及瓦斯气体的回收利用,针对普通囊袋式封孔工艺漏气严重的问题,设计一种分体式囊袋封孔装置,提出分体式囊袋注浆封孔技术,并进行相关工程试验,对比分体式囊袋封孔器和普通囊袋式封孔器的抽采效果。结果显示:在相同煤层条件下,连续抽采70天后分体式囊袋封孔器的抽采瓦斯的体积分数为69.3%,普通囊袋式封孔器的抽采瓦斯体积分数为31.4%;用新型封孔器能有效解决普通囊袋封孔器漏气严重的问题。     

新型巷道底板锚索注浆封孔器漏浆量计算研究

封孔器是巷道底板预应力锚索注浆成败的关键部件,封孔器与钻孔壁间漏浆量是影响注浆效果的主要因素。根据新型巷道底板预应力锚索注浆封孔器工作原理,依据封孔器与钻孔壁间浆液的流动特征,采用流体雷诺系数判别浆液为层流。通过理论公式与数值模拟两种计算漏浆量方法的对比分析,得出了漏浆量平均误差率,提出了理论公式修正系数K,修正后的理论公式可为封孔器直径、钻孔直径、封孔长度、封孔器内膨胀材料等参数的最优组合提供重要理论参考。     

煤层瓦斯压力测定中的钻孔注浆新技术研究

为简化复杂地质条件下测定煤层瓦斯压力的工序并提高高压注浆的成功率和可靠性,以达到准确、快速测量瓦斯压力的效果,基于胶囊注水封孔器的原理和特性及高压注浆的现场情况,提出了一种新型的注浆方法。通过钻孔注浆模型的建立和数值分析、模拟,发现新式注浆工艺可满足10 MPa的注浆压力,能有效封堵钻孔中的裂隙。现场对比实验证明新式注浆方法较传统注浆方法减少了工序,提高了安全性和可操作性,节省时间约35 h。新型注浆方法在复杂地质条件下可提高测压工作整体的效率。     

瓦斯抽采“两堵一注一排”新工艺技术

为提高瓦斯抽采钻孔的抽采浓度,实现煤矿瓦斯回收利用,针对现有的"一体式囊袋两堵一注"封孔器漏气问题,对其工艺进行改进,设计出"两堵一注一排"封孔装置,并进行井上试验研究和井下工程试验,对比分析2种封孔器的抽采效果。结果显示:井上试验"两堵一注一排"新工艺注浆段密实,"一体式囊袋两堵一注"出现明显的空白段;井下在相同煤层条件下,"两堵一注一排"新工艺抽采90天平均瓦斯体积分数为75%,"一体式囊袋两堵一注"抽采瓦斯体积分数为55%。     

注水压力对胶筒密封性能的影响研究

为研究石油井下注水变化对压缩式封隔器胶筒接触密封的影响,利用一种压力渗透载荷等效注水压力,进行轴向坐封后注水时封隔器胶筒与套管之间的非线性有限元分析,讨论了不同注水工况条件下胶筒接触力的变化规律,分析了坐封载荷对接触力的影响。数值分析结果表明,坐封载荷一定时,随着注水压力增大,靠近受力一端的下胶筒将逐渐被压开,失去安全保护作用。坐封载荷对接触力影响较大,适当提高坐封载荷能够明显提高密封的可靠性。分析得到的结果对提升压缩式封隔器胶筒密封性能具有指导意义。     

高压注水影响阳泉3号煤孔隙特性的试验研究

为深入探讨煤层注水的防突机理,采用压汞法测试阳泉3号煤干燥煤样和高压注水后煤样的孔隙特性,通过试验发现:注水后煤样孔容、平均孔径、孔隙率及渗透率比注水前分别增加45.17%,48.88%,46.26%和122.95%;而且试验煤样孔隙发育,裂隙和大孔占总孔容的90%以上,过渡孔和微孔占总比表面积的99%以上。试验结果表明,注水前后试验煤样孔隙特性的发生明显变化,说明高压注水对阳泉3号煤的孔隙特性影响显著。通过分析认为,阳泉3号煤具备注水防突的条件,在孔容方面,裂隙和大孔发育,有利于煤层注水水分充分运移;在比表面积方面,以微孔为主,有利于水分在大孔通道中封堵吸附瓦斯,在毛细管力作用下形成抑制解吸效应。     

封孔器在有残留煤渣钻孔中移动的试验研究

为揭示钻孔内残留煤渣阻碍封孔器移动的作用机制,寻求最佳的降阻方法,首先,设计封孔器在煤层钻孔内移动的试验方案及装置,并开展7种不同端头锥面角度的封孔器在模拟钻孔内的移动试验;然后,分析封孔器前方的煤渣堆积状态及其移动阻力参数;最后,基于试验结果,解释炸药和封孔器在煤层钻孔内的堵塞现象,改进钻孔瓦斯涌出初速度测定装备的封孔器。结果表明,随着封孔器向前移动,封孔器前方的煤渣堆积长度和高度逐步增加,封孔器所受的阻力几乎呈指数规律增加;如果封孔器的端头锥面角度较大,就会被堆积的煤渣完全堵塞;随着封孔器端头锥面角度的减小,封孔器所受阻力逐步降低,并趋于稳定;改进型封孔器(前端安装锥面角度为20°的空心罩)的送入阻力小、推进速度快,送入钻孔深度大。     

煤壁短钻孔低压注水防尘

我矿自1954年投产以来,没有发生过煤尘爆炸事故。但是,对采煤工作面风镐落煤、擂煤过程中产生的飞扬煤尘,一直没有适当解决办法,三区八道一接回采工作面煤尘最大。1970年学习阳泉注水经验以后,得到了很大启发,经过发动群众,组成以工人为主体的工人、干部、工程技术人员三结合的煤壁注水试验小组,因地制宜地研究出适应我矿煤层条件的煤壁短钻孔注水防尘方法。通过一年时间的试验,共打了2,875个孔,注水孔总长度达5,750米,注水量469吨,收到了良好的效果。 注水设备和工艺过程 1.注水设备: 遵照毛主席关于“自力更生,勤俭建国”的教导,我们发动…     

胶囊粘液封孔器在测定煤层高瓦斯 压力时失效成因分析

针对采用胶囊粘液封孔器在测定煤层高瓦斯压力过程中,容易出现胶囊被顶出或密封失效等情况,根据多次实践经验,建立了封孔器与瓦斯室、岩石孔壁间整个密封系统的力学平衡方程,分析了胶囊被顶出的原因;通过假设建立了高压瓦斯气体侵入微孔隙模型,给出了泄漏气体侵入时的流量微分方程,并从能量角度分析了气体侵入和逸出微孔隙过程;建立了封孔系统内高压瓦斯在粘液中的扩散、溶解、析出物理模型,从理论上分析这种装置密封高压气体失效机制。通过多次对比现场实验,给出了采用该装置测压时的安全可信值范围,当煤层瓦斯压力超过3MPa时,最好采用传统封孔工艺进行测定。     

煤矿防尘基本知识(续)

(二)回采的五项措施 1.煤壁注水 煤壁注水可以把粉尘在煤体中固结起来,不仅能消除回采工作中的粉尘飞扬,而且能防止运煤和选煤时产生粉尘,是煤矿防尘的一项重要措施。 煤壁注水是将水在相当大的压力下通过钻孔压入煤体,这时,水就沿煤体的微隙散布,润湿煤层。 根据钻孔的深度,煤壁注水分为浅孔注水(孔深5米以下)和深孔注水(孔深10米以上)两种,现将城子煤矿11组使用煤壁注水的情况介绍如下, 11组采用的是浅孔注水,即先用电钻打眼,然后,将水枪插入眼内,压力水经水枪注入煤体。注水眼布置在略高于煤层厚度一半的地方,方向与煤层顶底板平行,垂直…     

孙村煤矿煤层注水钻孔捕尘装置研制成功

山东新汶矿业集团孙村煤矿研制成功一种新型的煤层注水孔施工捕尘装置。成功解决了综采工作面注水孔施工时煤层受水膨胀发生塌孔埋钻这一难题。     

矿用改性水泥基封孔材料的抗冲击性能试验

为了解决矿用水泥基封孔材料的抗冲击性问题,利用DTM-1000落锤冲击试验机研究不同掺量聚丙烯纤维对水泥基封孔材料抗冲击性能的影响,试验更接近于工程实际。在试验基础上初步探讨纤维素对水泥基材料的抗冲击性能提升的机理,为了进一步提高水泥基封孔材料的抗冲击性,利用试验研究不同玻璃纤维和聚丙烯纤维的混合比例对封孔材料抗冲击性的影响。最终得出当聚丙烯纤维和玻璃纤维混合比在1.5∶1为最佳提高水泥基材料的抗冲击性的比例。矿用改性水泥基封孔材料的抗冲击性能试验对提高水泥基封孔材料的抗冲击性能研究具有重要的参考意义。     

近距离煤层群工作面采场围岩失稳机制与控制技术

为探讨近距离煤层群工作面采场围岩失稳机制和开发相应的控制技术,采用理论计算、数值模拟和实验室试验综合方法,研究煤层群开采围岩采动应力场分布。阐明松散煤体注水加固的力学机制,并开发现场厚坚硬顶板深孔预裂爆破、深浅孔联合注水、新型采煤工艺综合技术措施。研究结果表明:在煤层群开采条件下,上下工作面相互影响程度剧烈,将下伏煤层工作面布置在上覆煤层开采后的卸压区内,可避免上煤层遗留煤柱高集中应力的影响,降低下伏煤层工作面原始应力水平。用设计的深孔预裂爆破工艺,能避免关键层断裂后对下伏煤层作面的动压冲击。提出的工作面低压短时间浅孔注水和2巷超前长孔预注水工艺,能提高松散煤体抗剪强度,增加煤体稳定性。     

低压注水对煤体孔隙特征及渗透率的影响

煤体的孔隙特征及渗透率是影响注水减尘防突效果的重要因素,为了从孔隙角度揭示不同注水压力对煤体渗透率的影响。选取首山矿己15-12061工作面进行低压煤层注水现场实验,采用氮吸附法和压汞法分析各煤样微观及宏观孔隙特征,通过渗透率实验测得各煤样渗透参数。研究结果表明:煤的孔隙构成复杂,随着孔径增大,累计孔体积呈线性增大,累计孔面积呈对数型增大;压裂及延展微小裂隙效应使得低压注水能够增大煤体各孔径段孔隙量,但增幅不同;注水压力与各孔径段孔体积、比表面积呈正相关关系,各孔径段孔隙与渗透率呈线性正相关关系;注水对宏观孔隙影响更强烈,宏观孔隙对渗透率贡献相对较大。注水后的煤体孔隙系统连通性更好,渗透性能更强。     

松散煤岩体钻封注耦合注浆锚固机理与试验研究

针对松散煤岩体巷道钻孔成孔困难、锚固力低的问题,提出了钻封注分次注浆时空耦合加固方法,实现了钻孔内“全长封孔+带压注浆”,分析了钻封注分次注浆加固技术原理,研发了自钻锚杆、封孔及加固注浆材料,其封孔材料具有膨胀性大、强度大和凝固时间快等特点,注浆加固材料具有速凝早强、流动性好、固结效果好及强度较高等优点。研究结果表明:全长封孔后带压注浆,浆液扩散半径大,钻封注锚杆锚固力相对于数脂锚固提高1倍以上,表明钻封注分次注浆加固技术具有较高的应用价值。     

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。     

带压注浆封孔技术在汪家寨煤矿的应用

为改进汪家寨煤矿的瓦斯抽采钻孔封孔技术,提高封孔质量,针对目前封孔工艺存在的问题,提出以新型无机封孔材料、封孔器为一体的"两堵一注"带压注浆封孔技术。现场的应用试验表明,考察期内试验钻孔平均瓦斯体积分数达到了60%以上,有效提高试验钻孔的封孔质量,为下一步的封孔工艺优化改进提供了参考及建议。     

高瓦斯低透气性煤层水力压裂数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层,采用RFPA2D-Flow软件,对水力压裂进行了数值模拟研究,再现了水力压裂过程中压裂孔周围裂纹的生成和扩展、渗透性和应力的变化。模拟结果表明：压裂过程中,裂纹规模和剪应力随着注水压力的不断增加而增大,并且剪应力的增加随着钻孔周围裂纹的扩展不断远离压裂孔,压裂孔周围的渗透性有了很大程度的提高,最大主应力和最小主应力随着注水压力的增加而减小。水力压裂的模拟结果对煤矿高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽采工作具有很重要的指导意义。     

综采面高压注水联合高压喷雾二级防尘技术研究

综采工作面的粉尘防治一直是煤矿安全工作的重点和难题之一。结合双鸭山矿区新安矿综采工作面的实际状况,采用现场煤层高压注水实验方法,研究了高压注水条件下煤体增湿的规律;运用注水实验数据进行反演数值试验,优化煤层高压注水数学模型内部参数,利用注水数值模拟试验确定了综采工作面煤层高压注水减尘技术的最优参数;运用了高压喷雾降尘效率模型数值模拟方法,分析确定了综采工作面采煤机外置高压喷雾降尘的最优参数,研发了孔径为1.2 mm的7孔高压集成喷嘴。新安二矿、三矿煤层高压注水联合高压喷雾二级防尘技术应用效果表明:通过二级联合防尘措施,工作面全尘去除率高达96%,呼吸性粉尘去除率高达94%。