钻孔密封是钻孔瓦斯抽采的关键环节之一,直接决定着抽采瓦斯的浓度及效率。为解决高河能源有限公司3号煤层瓦斯抽采浓度低的难题,通过测试膨胀水泥材料物理力学性质,分析其作为封孔材料存在的问题,利用相变凝胶钻孔密封材料,试验研究了膨胀水泥+相变凝胶协同配合条件下的新型"两堵一注"钻孔密封工艺。试验结果表明:与传统水泥基注浆材料相比,利用相变凝胶作为主要注浆密封材料后,单位时间内单孔平均抽采瓦斯浓度及纯量分别提高2倍和1.5倍,且100 d内平均抽采浓度大于50%,具有明显的钻孔提浓效果。

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。

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...

当前煤矿水力化增透措施多采用大型矿用柱塞高压水泵,井下搬运困难且检修时影响增透作业,可采用多台小型高压水泵并联运行替代大型高压水泵予以解决。根据高压柱塞泵的运行原理,分别建立了单台泵和多泵并联泵组的瞬时流量计算公式。利用高压泵组并联运行实验装置开展并联泵组运行特性实验,结果表明:高压柱塞泵的电机转速、瞬时工况流量随射流压力升高而线性降低,并联泵组流量与泵的并联数量线性正相关。提出了高压柱塞泵瞬时流量修正公式,单泵和并联泵组瞬时流量修正值与实测值误差低于1.5%,可用于并联泵组方案的设计。

针对某矿为解决传统液压钻机工作难度大、效率及安全性低等问题而采用的液压ZYJ-1000/800架柱式液压回转钻机,分析其试运行过程及效果。运行效果表明,该钻机被安装于巷道轮廓外的12 m范围之外,不仅满足了瓦斯抽采的要求,且具有均匀的孔半径,实际应用效果良好,省时省力,提高了工作效率以及施工安全性。

在突出煤层中施工钻孔预抽煤体中的瓦斯是降低煤体瓦斯含量、瓦斯压力的有效措施,对煤矿安全生产至关重要,钻孔周围煤体的透气性系数是影响瓦斯抽放效果的重要因素。我国煤层地质条件复杂,煤体的透气性普遍较低,透气性系数为0.004-0.040m^(2)(MPad),导致钻孔抽采影响范围小、抽采效果差、瓦斯治理周期长,严重影响矿井的安全生产。近年来,国内众多研究人员围绕煤矿井下瓦斯抽采钻孔增透问题开展了大量研究,不仅丰富了瓦斯抽采理论,在工程实践中也取得了有益效果。大量研究和实践表明,对煤矿井下瓦斯抽采钻孔造穴增透可大幅提高瓦斯抽采效果,有助于扩大钻孔抽采影响范围,缩短瓦斯治理周期,具有显著的安全效益和经济效益。