乳化液钻机以乳化液作为驱动介质,由于结构轻巧、移钻方便,适合在煤矿综采工作面狭小的空间内进行瓦斯抽采孔、泄压孔的施工,对煤矿的安全高效开采具有重要意义。为了研究不同类型乳化液及其配比浓度对乳化液钻机回转效率的影响,研制了一款架柱式乳化液钻机。选取摆线马达和非圆马达作为乳化液钻机用马达,选取国标规定的乳化液,并将乳化液HFAE10-5、HFAE15-5和HFAE25-5分别配比成7%,5%,3%3种浓度的乳化液,测试乳化液钻机在每种乳化液中的回转效率、回转扭矩和回转转速;分析乳化液钻机的测试数据并得出最优乳化液及其配比浓度,为乳化液钻机的改型设计提供理论参考。

为进一步探究瓦斯抽采钻冲扩一体液压钻机的力学特征,结合某复杂条件矿井条件下的瓦斯局部治理工作需要,构建钻冲扩一体化装备,并明确其主要参数。而后以此为基础,建立该设备的仿真模型,并对设备中的滑锁、钻头、销轴和连杆四类关键部件进行有限元分析,结果显示,上述四类关键部件在应力和变形方面均处于较低水平,对于实际运行基本不产生影响。在此基础上,对钻冲扩一体化设备进行模拟实验测试,结果显示,该设备在钻孔横截面积这一主要指标上较具优势,扩孔效果较优,具有潜在应用价值。

为了分析瓦斯抽采钻孔封孔段注浆密封过程中封孔材料对钻孔密封性的影响,采集不同矿区水泥基封孔材料,在实验室测试其黏度、膨胀率、析水率、凝结时间及凝固后的强度参数指标,从前期封孔材料注浆到后期固结密封全过程分析各指标对钻孔密封的影响。结果表明:封孔材料前期注浆时浆液黏度是衡量其流动性的关键指标,浆液黏度上升越快,流动性降低越快,封堵钻孔围岩裂隙的难度越大;中期注浆完成后,不同材料表现出膨胀性和析水性,材料的膨胀特性可为钻孔围岩提供支护作用,提高钻孔封孔段异质结构的稳定性和完整性,材料的析水性会造成钻孔壁面与封孔材料分离,漏气通道增加,密封性降低;封孔材料后期凝固后的强度与煤体差异较大形成不稳定异质结构,在应力作用下,不稳定异质结构裂隙发育,密封性降低。

松软煤层瓦斯抽采钻孔易失稳、密封难的问题直接影响着松软煤层瓦斯高效抽采,在松软煤层施工钻孔成孔退钻后孔内塌孔导致无法及时密封,除此之外孔口煤体破碎区也形成大量漏气通道致使密封失效,由此对矿井生产带来安全隐患且造成了时间和经济上的浪费。从理论分析钻孔密封段受力情况入手,在利用黏弹性力学模型求解孔口破碎区煤体受力的基础上,结合影响松软煤层孔口塌孔外界条件理论研究松软煤层钻孔孔口易塌孔原因并提出合理解决办法,据此提出“同心环”加固密封技术,并从物理模型、技术原理与流程等方面进行详细阐述,最后在山西某矿区N2106松软煤层工作面开展现场应用试验。结果表明:松软煤层孔口破碎区在时间效应下易进入快速变形阶段,由于其吸附性强、易膨胀性等特点加之打钻偏移后钻杆对孔口的剧烈扰动,最终致使孔口退钻后...

煤矿井下抽采瓦斯不仅使瓦斯能源得到利用,同时也有助于消除煤炭开采过程中的瓦斯灾害风险。瓦斯抽采钻孔的密封性能直接影响抽采效果,因此本文通过对水泥基密封材料进行改性优化,提升瓦斯抽采率,降低瓦斯事故发生的概率。本文讨论了纳米二氧化硅(NS)、多壁碳纳米管(MWCNTs)和氧化石墨烯(GO)对钻孔密封材料孔隙率、微观结构和力学性能的影响。结果表明,三种纳米材料的协同作用促进了水合硅酸钙(C-S-H)、钙矾石(Aft)等水化产物的生成,优化了微观孔结构。然而当NS的含量从2 wt%增加到4 wt%时,力学性能的改善明显减弱。2wt%NS、0.1wt%MWCNTs、0.03 wt%GO为最佳配比,与纯水泥相比,力学性能提高24.7%,总孔隙率降低23.9%。研究结果表明纳米水泥基改性材料优化了密封材料孔隙结构及力学性能,对于提高瓦斯抽采具有重要意义。

在煤炭开采过程中,为了预防瓦斯灾害、保证煤矿安全的生产,在高效瓦斯抽采过程中,提高钻孔封孔的有效性,提出采用强弱强新型密封技术改善矿井瓦斯抽采效果。文章解释了强弱强新型密封技术的密封原理并对其机理进行研究,并在潞安某矿2102工作面进行现场验证。实践结果表明:使用了强弱强新型密封技术现场实验效果显著,与原有全囊袋式密封工艺对比,瓦斯浓度衰减速度明显降低且抽采浓度提高了20%以上,最终为实现潞安矿区采掘工作面精准抽采提供参考。

为解决现有瓦斯抽采钻孔封孔工艺的封孔效果较差、导致瓦斯抽放效果不佳的问题,研究提出了新的瓦斯抽采钻孔密封关键工艺,在胡底煤业13091巷进行了瓦斯抽采现场试验。试验结果显示,应用该工艺后瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采量均有大幅提高,取得了显著的瓦斯抽采效果和经济社会效益。

为了解决瓦斯抽采钻孔围岩次生裂隙漏风而引起抽采后期瓦斯浓度急剧降低的难题,现场实测了钻孔周边煤岩裂隙及其尺度的分布特征,提出了裂隙封堵的颗粒级配黏液封堵材料制备方法。通过优选固相颗粒,同时以羧甲基纤维素钠为主料,以聚丙烯酸钠、明胶等为辅料制备了内掺级配颗粒的封堵黏液,测定了新型封堵材料的黏度、保水率、膨胀性等特性参数,并在现场进行了应用验证。结果表明,该新型内掺级配颗粒的黏液封孔材料稳定性好、黏性适中易注浆、膨胀率大,且与煤壁润湿接触性好。现场应用显示,相较于水泥基封孔材料可将钻孔平均瓦斯抽采浓度提高近40%。以此为基础,探讨了级配黏液对裂隙的封堵机理主要在于颗粒的桥堵堆积、支撑作用、膨胀堵塞及黏液滞留效应。

针对目前国内顺层瓦斯抽采钻孔密封效果差、漏气现象严重、瓦斯抽采浓度过低等问题,提出了主动承压式密封技术。根据主动承压密封技术的密封原理,对此技术需要配备的设备以及封孔材料的各种性能进行了分析。该技术在国投河南新能开发有限公司王行庄煤矿进行了现场井下应用试验,结果表明,主动承压式封孔技术能够提高密封效果,切实可行解决瓦斯抽采浓度过低等问题。

煤矿瓦斯抽采钻孔密封材料的性能在改善钻孔密封质量、提高瓦斯抽采效率等方面起着至关重要的作用。为了改变传统水泥基钻孔密封材料在水化初期发生无效膨胀的问题,采用理论研究、物理试验与测试相结合的方式,提出了利用微胶囊技术延缓密封材料膨胀时间的方法。实验确定了以乙基纤维素(EC)作为囊壁材料、蒙脱石(MMT)为囊芯材料,以相分离法制备延迟膨胀微胶囊,并通过单因素实验与响应曲面分析法(RSM)得出各关键参数之间的交互作用,结果表明各关键参数对包封率的影响程度大小排序为:搅拌速率>芯壁比>聚乙烯(PE)用量。此外,根据Design-Expert软件得出微胶囊制备的最优参数为:芯壁比为0.8,PE用量为1.5%、搅拌速率为400 r/min。最后,通过自主设计的模拟钻孔密封性能实验表明:延迟膨胀密封材料相较于普通膨胀材料具有更好的密封性能,其有效密封时间...