取芯过程中煤芯温度分布特征模拟研究*

针对取芯过程瓦斯解吸受煤芯的温度影响不明,造成煤层瓦斯含量测不准的问题,开展对取芯过程煤芯温度分布特征研究。采用自主研制的取芯管自动测温装置在赵固二矿原生结构煤层（f=1.71）进行深度20 m的取芯试验,获得取芯管管壁温升变化规律,变化曲线分为4个阶段:缓慢上升、加速上升、减速上升、缓慢下降阶段;应用COMSOL建立含瓦斯煤传热模型,将管壁的温度变化设置为边界条件,模拟取芯过程煤芯与管壁之间的热交换。结果表明:在取芯时间30 min内,煤芯平均温度快速上升,之后上升速度趋于平稳;在煤芯内,相同时刻,等间距的轴向与径向距离,径向较轴向的温度梯度较大,径向传导快于轴向传导;取芯过程煤芯径向温度Ta与径向距离d、时间t满足指数函数关系。研究结果可为测定取芯过程煤芯的瓦斯损失量提供参考依据。     

煤岩地层绳索取芯装备研发及应用实践

煤矿井下取芯是准确判定煤层瓦斯、煤层和地层赋存情况的主要方法之一。受井下作业空间的限制以及待取煤（岩）层特征的影响,尤其是煤（岩）体破碎时,实现取芯往往很难。介绍一种煤矿井下绳索取芯技术,通过改进井下钻机及钻具,实现了煤矿井下高效取芯。井下绳索取芯岩芯采取率高,工人劳动强度低,其技术具有推广应该价值。     

密闭液封堵条件下的瓦斯解吸规律实验研究

瓦斯严重威胁着煤矿的安全生产,煤层瓦斯解吸规律与矿井瓦斯灾害关系非常密切。本文首先提出了密闭液封堵条件下的瓦斯解吸实验原理,制定了相应的实验方案;然后,开展了密闭液封堵条件下的煤芯瓦斯解吸规律实验;最后,进行了密闭液封堵煤芯瓦斯的现场取芯试验。研究结果显示,与自由状态下解吸相比,密闭条件下的瓦斯解吸量呈现不同程度的降低,效果显著;在取芯过程中,密闭液能够包裹煤芯,该测定技术所获得的煤芯瓦斯解吸量与残存量之和,比普通煤芯取样法平均提高了9%。因此,利用该技术所测得的煤层瓦斯含量,其可靠性与准确率更高。     

冷冻取芯过程煤样温度变化特性研究

为探究冷冻取芯过程煤样温度变化特性,基于模拟试验的相似性,自主设计冷冻取芯模拟测试试验装置,选取榆家梁矿、首山一矿、六龙煤矿、九里山矿4个矿区不同变质程度煤样,用以测定瓦斯吸附平衡压力为0、1.0、2.0、3.0 MPa下冷冻取芯过程煤样的温度实时变化数据,并统计分析各条件下的数据。研究结果表明:冷冻取芯技术的冷冻效果与煤变质程度及瓦斯吸附平衡压力呈正相关关系;冷冻取芯对含瓦斯煤冷冻效果优于不含瓦斯煤;冷冻取芯对高变质煤冷冻效果优于低变质煤;冷冻取芯过程中,煤样温度随时间变化曲线符合指数函数关系。     

不同取样方式对煤层瓦斯含量测定的研究分析

快速实现原位取样是准确测定煤层瓦斯含量的基础,为研究不同取样方式对瓦斯含量测定的影响,以淮南潘二煤矿11223工作面为例,对比深孔定点取样与孔口接粉取样方式下取样效果,并对采取的煤样利用直接法进行瓦斯含量测定对比分析。结果表明:深孔定点取样装置满足现场取样要求,且采用深孔定点方式取样可提高瓦斯含量测定准确性。     

瓦斯含量快速测定技术应用研究

煤层瓦斯含量是煤与瓦斯突出矿井区域措施效果检验的重要参数之一,目前我国测定煤层瓦斯含量的周期较长、测定步骤复杂,基于煤的瓦斯解吸扩散数学物理模型得到瓦斯含量快速测定模型并将模型内置于CWY50煤中瓦斯含量测定仪中。研究表明,煤层瓦斯含量与瓦斯解吸动力学特征参数有较好的线性相关关系,采用瓦斯含量直接测定与快速测定相结合的方法确定出线性回归系数,并在贵州大湾煤矿X11101工作面进行应用。实践表明:与DGC型井下直接测定结果相比,煤层瓦斯含量快速测定仪最大误差为5.84%,能够满足高瓦斯突出煤层瓦斯含量测定需求。     

穿层钻孔有效抽采半径的测定

钻孔的有效抽采半径是在矿井瓦斯抽采设计中的一个关键性参数。准确测定钻孔的有效抽采半径,有利于合理布置瓦斯的抽采钻孔,实现最佳设计、最小工程量和最优抽采效果。根据实际煤层的存在条件,首先采用压降法对矿井试验区内穿层抽采钻孔有效抽采半径和水力冲孔抽采钻孔有效抽采半径进行实测。然后通过Comsol Multiphysics数值模拟软件建立穿层钻孔瓦斯抽采的数值计算模型,所得模拟结果与现场实测数据基本一致。这证明了现场实测结果的正确性和方法的可靠性。该钻孔的有效抽采半径的测定结果可为金牛建业煤矿技改井二1煤层预抽煤层瓦斯的钻孔设计提供参考。     

穿层钻孔水力压裂强化抽采瓦斯消突技术应用研究

高瓦斯突出煤层预抽瓦斯消突是突出矿井煤巷掘进前的主要技术措施.由于我国煤矿煤层透气性低,原始煤层预抽瓦斯效果差,抽放时间长.为提高低透气性高瓦斯突出煤层的抽采瓦斯消突效果,在潘三煤矿1271(3)运顺进行了底板穿层钻孔水力压裂强化抽采瓦斯消突试验.介绍了穿层钻孔水力压裂抽采钻孔的布孔设计、压裂工艺及压裂增透抽采瓦斯消突效果.结果表明,水力压裂技术有效扩大了钻孔抽采瓦斯半径,提高了抽采瓦斯消突效果,解决了高突煤层煤巷掘进的突出威胁,提高了煤巷掘进速度.     

煤层瓦斯含量测定定点取样方法研究进展

基于文献调研及前期研究,分析了目前煤矿井下煤层瓦斯含量直接测定时所采用定点取样方法及其弊端,阐述了学者们提出的改进型定点取样方法,并对煤层瓦斯含量测定定点取样方法的研究进行了展望,指出:①取样过程瓦斯损失量小、取样时升温低、机械复杂度低是基于煤芯管法定点取样方法的发展方向;②开展煤储层条件下的瓦斯运移规律研究,建立并完善各种基于煤芯管法的定点取样方法的瓦斯损失量模型;③适用于松软煤层的定点取样方法的研发亟待开展;④基于负压气力输送理论的定点取样方法是定点取样方法研究的趋势,动态颗粒煤变负压瓦斯解吸规律是建立对应瓦斯损失量模型的基础研究。     

基于自动水位补偿的含水煤层瓦斯压力测定方法研究

通过研究含水煤层瓦斯压力测定方法现状,确定主要影响测定结果的因素为水压干扰、煤泥水干扰。针对以上问题提出了测定新方法,运用自动水位补偿方法剔除水压对测定结果的干扰,通过设计装有复合材质倾斜滤网的煤泥沉淀池,完成对煤泥的过滤和导流,实现对煤泥水的净化。此方法直接测定瓦斯压力,避免反推计算,从而减小了环境因素对测定结果的干扰。依据理论设计了含水煤层瓦斯压力测定装置,并进行了井下对比试验,现场试验结果表明:运用新设计装置测定结果比普通方法更接近理论值,数据利用价值高。该装置操作简单、自动化程度高、测定结果准确,可为含水煤层瓦斯治理提供数据支持,确保生产安全。     

取芯管取芯过程管壁温度变化特性试验*

为给冷冻取芯过程中瓦斯解吸模拟试验提供依据,依托自主研制的取芯管管壁温度自动采集装置,研究不同取芯深度及煤体破坏类型下取芯过程管壁温度变化特性。结果表明:在原生结构煤中取芯时,取芯过程管壁温度变化主要分为3个阶段,即稳定不变阶段、快速上升阶段与缓慢下降阶段,分别对应进钻、取芯与退钻过程;在构造煤中取芯时,管壁温度变化可分为缓慢上升阶段、快速上升阶段与缓慢下降阶段,分别对应进钻、取芯与退钻过程。在构造煤中,取芯深度越大,取芯管管壁升温幅度越大,取样过程中管壁温度峰值越大,且在取芯过程中,取芯管管壁温度传感器B1,B2,B3存在温升滞后现象;同一取芯深度,煤体破碎程度越大,取芯管管壁升温幅度越小,取芯结束时取芯管管壁温度越低。     

低温取芯过程热传递方式的数值模拟和实验研究

为了研究热量在低温取芯过程中传递的方式,以型煤为研究对象,使用自制低温取芯模拟装置,通过实验并结合数值模拟,对低温取芯过程热量传递方式进行研究,进而分析煤芯温度的变化规律。研究结果表明:甲烷的存在降低了煤样的热交换速率,使煤芯温度变化滞后于煤样罐壁温度变化;煤体内部温度分布存在差异,煤样中心轴线不同半径处的圆柱面构成变温过程的等温面,在降温过程,热量沿径向由煤样内部向外部传递,升温过程,热量沿径向由外部向内部传递;低温取芯过程热量传递同时存在3种方式:热传导、热对流,煤体表面与罐体内壁表面之间的热辐射,以热传导方式为主。     

聚氨酯-水泥带压注水封孔测压技术研究

基于传统上向钻孔测压技术的分析,提出一种新型上向孔测压技术—聚氨酯—水泥带压注水封孔测压技术。该技术利用气体渗透性大于液体的弱点,变传统封堵漏气通道为封堵液体泄漏通道,降低封堵漏气难易程度,提高测压成功率;同时利用水作为动力介质和辅助封孔材料,实现主动测压和钻孔带压注浆,隔绝钻孔瓦斯与外界环境的直接接触,提高系统本身测压的可靠性。通过理论分析及与常用测压技术对比表明,该技术用于煤层瓦斯压力测定是完全可行的。     

冷冻取芯过程煤芯瓦斯解吸特性试验研究

为探究冷冻取芯过程煤芯瓦斯解吸特性,基于模拟试验的相似性,依托自主研发的含瓦斯煤冷冻取芯响应特性测试平台,开展不同变质程度煤样(长焰煤、贫瘦煤、无烟煤)及不同吸附平衡压力(1.0,2.0,3.0,4.0 MPa)下冷冻取芯过程煤芯瓦斯解吸特性试验研究。研究结果表明：冷冻取芯过程中,煤芯瓦斯解吸量与吸附平衡压力及煤变质程度呈正相关关系;在煤芯瓦斯解吸过程中存在倒吸现象,煤与瓦斯初始吸附平衡压力越大,煤的变质程度越高,倒吸开始时间越迟;冷冻取芯过程中,瓦斯解吸速度与吸附平衡压力及煤变质程度呈正相关关系,且瓦斯解吸速度随吸附平衡压力及煤变质程度变化曲线符合幂函数关系。     

煤层瓦斯含量影响因素分析及灰色预测

矿井煤层瓦斯含量与煤层埋藏深度、围岩性质等密切相关,以不同煤层地质参数及其相对瓦斯含量数据为原始序列,通过灰色处理建立微分方程预测模型,使用GM(1,4)灰色预测模型建立了未开采区瓦斯含量的预测方程,并进行了残差检验.同时对不同因素对瓦斯含量的关联程度进行了分析.     

基于压力与温度对损失瓦斯量影响试验研究*

为研究取芯管取芯过程中压力与温度对损失瓦斯量的影响,以及t法的偏差,利用自主研发的取芯管取芯过程模拟测试装置,基于模拟试验的相似性,开展不同加热功率下取芯过程模拟试验与室温（30 ℃）对比,以及变温条件下不同吸附压力取芯过程模拟试验。结果表明:前30 min煤芯瓦斯解吸曲线符合Qt=a+b/［1+(t/t0)c］。吸附压力一定时,取芯过程模拟测试的煤芯瓦斯解吸率均大于室温下的对比测试,3~16 min（退钻过程）温度对损失量的影响大于0~3 min（取芯过程）;随着加热功率的增加,煤芯瓦斯解吸量增大,煤芯损失瓦斯量的模拟值亦增大;t法推算值与模拟值的绝对误差随加热功率的增大而增大,相对误差在65.08%~70.79%;加热功率一定时,随着吸附压力的增加,煤芯瓦斯解吸量愈大,煤芯损失瓦斯量t法推算值增大,模拟值亦增大;t法推算值与模拟值的绝对误差随吸附压力的增大而增大,相对误差在68.21%~72.13%。     

立井揭煤前测定煤层瓦斯压力的方法与实践

为了解决复杂环境下立井揭煤前煤层瓦斯压力的可靠测定,基于揭煤井筒瓦斯地质特征、煤岩体物理力学性质,应用COMSOL软件模拟揭煤工作面在接近目标煤层时,井筒周围煤岩的地应力分布特征,直观展现了目标煤层中的应力分布结果。模拟结果表明,立井工作面距煤层的垂直距离为7 m时,煤层中会形成一个近似于环形的卸压圈,卸压半径为16 m,因此煤层瓦斯压力测试孔的终孔位置应布置在井筒中心线16 m以外的原始地应力区,以保证测压点瓦斯压力不受揭煤井筒卸压区的影响,令测压结果准确可靠,从而更好地预测煤与瓦斯突出区域的危险性。同时,结合立井揭煤工作面的水文地质特征和井筒严重淋水情况,自主研发并应用了瓦斯测压孔"两堵一注"封孔材料及特定的封孔工艺,进一步保障了封孔质量和瓦斯压力测试结果的可靠性。最后,依据测压结束时测压管内的实际水压情况,对测压结果进行修正,并依据实测瓦斯含量,采用间接法对所测得的瓦斯压力进行验证,实测值在反算得到的瓦斯压力值域内,表明此方法有效可行。