煤层注水抑制瓦斯解吸效应试验研究

煤层注水宏观上具有疏松煤体、卸压排放瓦斯的效应,这是人们对煤层防突机理的初步认识。为进一步认清煤层防突机理,采用实验室试验和现场测试相结合的方法,在实验室中使干燥煤样在煤样罐中预先吸附瓦斯来模拟原始煤层,然后向试验煤样高压注入水分,注水后再测试瓦斯解吸等温特性曲线、瓦斯解吸速度及残存瓦斯含量。测验结果表明,注水后瓦斯解吸等温特性曲线上移,初始瓦斯解吸速度变小且衰减速度变慢,残存瓦斯含量增加,现场测试钻屑瓦斯解吸指标值降低。通过分析测试结果认为,注水后,水分进入并留存在煤体的微孔隙中,对煤层瓦斯具有抑制解吸效应,而抑制解吸效应可以降低瓦斯初始解吸速度,使瓦斯解吸过程变缓,避免瓦斯突然快速解吸。这是煤层注水防治煤与瓦斯突出的一项重要机理。     

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。     

复合湿润剂对煤体渗透性及冲击倾向性影响的试验研究

我国煤矿逐步进入深部开采阶段,利用注水技术防治冲击地压等煤矿动力灾害时,单纯湿润剂的湿润能力已无法满足深部开采防冲需求。因此为了提高深部开采煤层防治动力灾害的效果,选用一种注水增强剂来增加注水效果,增强剂主要成分包括螯合剂和湿润剂,即亚氨基二琥珀酸四钠(IDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。在实验室对煤样进行了XRD试验,分析了煤中矿物质,利用ICP分析了浸泡后溶液中的矿物质离子变化,通过单轴抗压试验测试了组合剂作用后煤样的冲击倾向性变化等。结果表明:在IDS+SDBS浸泡煤样后,由于螯合剂可以将金属离子螯合形成稳定的物质,从而致使溶液中Ca~(2+)、Mg~(2+)、Fe~(2+/3+)等离子大量浸出,煤体中的黄铁矿、方解石等物质部分被解络,打开了煤体中的次生孔隙,增加了水在煤层中的流动性;组合剂还增加了煤表面的亲水性基团的数量,降低了疏水基团的数量,从而使煤体具有了很好的湿润性;组合剂作用后煤样的冲击倾向性也大幅度降低。研究表明,以IDS+SDBS作为煤层注水添加剂用来防治"高应力、低渗透"煤层的冲击地压复合动力灾害是可行的。     

煤壁注水效果显著

宁夏石炭井矿务局三矿通风队,从一九七○年起,试行煤壁注水预湿煤体防尘新工艺。 几年来在实践中不断提高和发展,至今已在6个不同煤层的56个回采工作面实行了注水。煤层注水的防尘效果显著。注水前,工作面煤尘浓度为 102～571毫克/米3,注水后降为 35～55毫克/米3。如果在机巷洒水的条件下,工作面的浮淤煤尘浓度可降低到25～30毫克/米3或更小些。煤体注水是在尚未开采的原始煤层中通过钻孔注入压力水,使之渗入煤体内的微细孔隙中,预先湿润煤体。这样不仅可以把煤尘消除在开采和运输等过程之前,还可以预防矿井煤尘的燃烧、爆炸等事故,深受广大…     

下分层回采工作面的综合防尘

徐州矿务局大黄山煤矿346下分层回采工作面的上分层,在回采时只是边采边注了少量的水,煤体较干燥,全水分仅1.5％～3.0％,工人在破顶采煤时煤尘较多。根据该工作面的产尘特点,采取了多种方法综合防尘。一、综合防尘措施 1.材料道超前短孔注水 346下分层回采初期,采用工作面洒水和材料道超前注水防尘。在材料道中每隔5m向煤体打一钻孔。由于煤层中有泥质页岩     

压力渗流润湿煤体的实验研究

采用纯水和粘尘剂溶液,对不同煤质的压力渗流特性进行了研究。结果表明,煤体的层理方向和溶液的力学特性对压力渗流润湿煤体的效果影响很大,在中、低压力下,纯水的压力渗流湿润煤体的效果远不能满足煤层注水的要求,注水中添加粘尘剂等改变水的表面张力的物质,可大为提高相同压力注水润湿效果。     

国外煤矿粉尘控制的新技术

在煤矿的生产作业过程中,如机采、综采、炮采、回采、锚喷、装运、选煤等工序,均可产生大量的粉尘,工人长期在高煤尘浓度的环境中作业,吸入呼吸性煤尘可引起尘肺,严重危害着煤矿工人的身体健康。因而,必须采取有效措施加以控制。 一、国外煤尘控制技术介绍 在国外,煤矿生产作业时产生的煤尘,主要采取以下技术控制措施,降低煤尘污染的程度。 １．煤层注水 煤层注水是利用水的压力通过钻孔把水注入即将回采的煤层中,使煤体得到预先湿润,以便减少采煤时浮游煤尘的产生量。这种措施降尘效果较好,一般可降低粉尘浓度６０％～９０％左…     

煤层注水中水分蒸发现象的研究

对煤层注水的水分蒸发现象进行了研究 ;提出了注入水分蒸发的力学平衡公式 ;研究了影响水分蒸发的各项因素。在此基础上 ,提出了在注水钻孔中添加粘尘棒 ,阻止注入水分过早蒸发的新方法 ,并进行了纯水和粘尘棒溶液在煤体中蒸发的试验。     

厚煤层高压脉冲式注水技术应用研究

针对东滩煤矿4312综放工作面所采煤层可注水孔隙率较低,导水性较差的情况,在煤层脉动注水机理分析的基础上,开展高压脉冲式煤层注水,根据工作面超前支承压力及极限平衡区宽度确定注水超前距离及终止注水超前距离,并设计了脉冲式高压注水系统。现场试验表明,4312综放工作面煤层水分平均增加量达到1.197%,有效湿润半径达到15 m,工作面各工序的平均降尘效率超过40%,注水效果明显优于同矿区同煤层静压注水和动压注水效果。     

掘进面“三压带”分段注水机理及应用研究

针对高瓦斯、大风量及突出掘进面的治尘难题,提出掘进面"三压带"分段注水新方法,采用理论分析法对"三压带"分段注水机理进行研究;根据钻煤屑全水分分析法、滤膜测尘法及钻屑量称重法,分别对"三压带"采用分段注水前后煤体湿润半径、降尘效率及应力分布规律进行测试。结果表明,掘进面"三压带"采用分段注水后,煤层湿润半径达2 m左右;司机处及其后10 m处降尘效率分别达到66.5%、67.6%;卸压带被延伸到9 m左右,9～12 m范围内的集中应力带峰值相比注水前明显降低,能取得较好的防尘及防突效果。     

煤层注水防治煤与瓦斯突出机理的研究现状与进展

为了深入研究煤层注水的防突机理,在对国内外煤层注水防治煤与瓦斯突出机理研究的基础上,综述煤层注水影响煤体力学性质、采场应力分布及煤体瓦斯解吸特性3方面的研究现状;进而分析我国在煤层注水防突机理研究方面存在的问题,提出当前应急需解决注水对煤体瓦斯的抑制解吸效应问题。笔者认为:确定抑制解吸效应考察、煤体孔隙特性变化及注水煤样吸附解吸甲烷特性等课题的研究是深入探讨的方向,研究成果为进一步认识煤层注水的防突机理提供理论依据。     

煤体注水难易性评价的可拓物元模型与应用

基于可拓学的物元理论和熵原理,构建了煤体注水难易性评价的可拓物元模型,引入熵权法确定煤体注水难易性的权系数。选取裂隙发育程度、孔隙率、煤体湿润边角、煤的硬度和饱和水分增值五个指标作为评判因子,并确定煤体注水难易性分级标准和指标阀值范围,即构建了经典域物元和节域物元。利用建立的模型对五个工程实例进行综合评价,应用研究结果表明:评判结果与工程实际情况吻合良好。因此,可拓学评价方法应用于煤体注水难易性评价是可行的,与传统评价方法相比,具有计算简单、便捷实用,易于在同类工程中推广应用。     

煤层注水过程分析和煤体润湿机理研究

分析了煤层注水过程中水在煤体中的运动动力和过程,用界面化学理论分析了煤体表面的润湿过程,得出了煤体能够自行润湿的条件,即润湿过程的润湿功必须为正,同时得出了各种润湿过程的判断依据.根据上述理论分析,阐明了煤层注水降尘的润湿机理,为煤层注水提供理论基础.     

煤层注水除尘技术在综掘工作面中的应用

煤巷综掘工作面生产过程中产生大量的煤尘,采掘工作面煤层进人断层和褶皱发育的地带,倾角较大的和厚度大的矿层,其产尘量一般比较大,严重影响煤矿的安全高效生产。为了保障矿井工作人员的身体健康,使作业场所粉尘浓度达到国家规定的要求,实现安全生产,以煤巷综掘工作面为试验研究对象,对煤层注水除尘技术进行了探讨,详细的叙述了其注水工艺,对比了注水前后的粉尘浓度的参数的变化,进行注水工作之后,浮尘达到稳定状态的距离提前了10m左右,煤体含水率随注水钻孔的增加呈现先增加后减小的趋势,对今后的煤层注水除尘工作提供了指导。     

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…     

突出煤层掘进防突技术研究

针对焦作矿区单一煤层开采特点,分析煤巷掘进突出和瓦斯涌出规律,探讨防突措施的适应性,研究出严重突出危险掘进工作面中高压注水综合措施,即在巷道两侧布置长钻孔抽放工作面前方及两侧煤体瓦斯,向掘进工作面前方应力集中带内打短钻孔进行中高压注水。边掘边抽钻孔提前抽放瓦斯,增大煤体透水性,有利于煤层注水和较高的压力水压裂破坏煤体,增加煤体透气性,提高瓦斯抽放效果。通过在严重突出矿井试验,3115m巷道未发生一次突出,巷道掘进速度平均提高一倍以上,有效解除了突出危险,大幅度提高了掘进速度。研究与实践证明,中高压注水综合防突措施具有广泛的适用性、有效性和安全性特征。     

应用渗透棒提高煤层注水效果分析及试验研究

为改善煤层注水效果,降低粉尘对矿工及设备的危害,开展渗透棒注水煤体润湿效果分析及试验研究。通过建立煤层注水力学模型,运用驱替理论推导注水过程水气动界面的运动特征及润湿半径与注水时间、注水压力和渗透率的关系式;设计普通注水与渗透棒注水对比试验,分析渗透棒注水对煤体润湿效果的影响。试验结果表明:与普通注水润湿半径为6～8 m相比,渗透棒注水润湿半径为20 m以上,是普通注水润湿半径的2～3倍;渗透棒注水能够大幅增大煤体润湿范围、减少工作面钻孔数量、降低注水成本。     

辛置煤矿水力压裂卸压增透影响半径数值模拟研究

随着开采深度的增加,辛置煤矿瓦斯涌出量显著增大。为了提高瓦斯抽采效率,拟采用水力压裂卸压增透技术。理论分析了水力压裂对煤层的卸压增透作用,基于此利用RFPA模拟软件对辛置煤矿2-559回采工作面水力压裂卸压增透进行了数值模拟。研究表明,水力压裂主要在以下3个方面对煤体起到增透作用:使煤体卸压、提高煤层透气性;湿润煤体,增加塑性;改善瓦斯抽放环境。辛置煤矿2-559回采工作面水力压裂所需压力约为15MPa,压裂半径为5-6m,以此可以初步确定现场施工过程中水力压裂钻孔间距以不大于10m为宜。     

放顶煤综采工作面的煤层注水

针对放顶煤综采工作面采煤及煤层结构特点,提出了放顶煤综采工作面的煤层注水工艺及注水参数。     

高阶煤润湿过程中水分运移的低场核磁共振试验

为深入了解煤层注水过程中水分在高阶煤煤体中的运移特征，以焦作中马村矿高阶煤为研究对象，利用低场核磁共振(LNMR)设备，测试煤样在负压浸水试验、等温浸润试验过程中不同浸水时间时的核磁谱图，结合煤样负压浸水过程的质量变化，获得制备饱水煤样所需的试验条件；结合煤样等温浸润过程质量变化，从微观层面定量分析煤样润湿过程中水分进入煤体的分布特征、煤样含水率和含水饱和度的变化规律。结果表明：水分在毛细管力作用下，可以浸润到煤体的最小孔径对应的核磁弛豫时间为0.014 ms;水分按照较大孔→小孔→微孔的路径依次进入到煤体中，按照微孔→小孔→较大孔的路径依次达到饱和状态，试验煤样在相同的润湿时间时，虽然含水率不同，但整体含水饱和度几乎一致，且煤样整体含水饱和度与润湿时间的0.5次方之间存在定量关系。