瓦斯抽采钻孔非凝固材料性能与智能封孔装置研究

为了解决已有瓦斯钻孔封堵技术中固态封堵材料无法封堵次生裂隙、导致瓦斯抽采后期抽采效果急剧下降的难题,提出了一种操作简单、成本低廉、提高钻孔密封效果的瓦斯抽采钻孔密封方法,即通过注浆泵带压注浆的方法将一种非凝固的半流体封孔材料注入2段膨胀封堵材料形成的密闭空间内对煤岩裂隙进行封堵,同时为了配合非凝固浆液在井下需要长期保压的需求,研发了智能控制瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液封孔系统,这套系统通过对抽采瓦斯钻孔封孔状况进行自动监测,可以在钻孔压力下降到一定数值后自动补浆,形成动态持续封堵机制。重点介绍了研制的非凝固材料成分,主要有钠基膨润土和高岭土构成,还添加了粉煤灰,三聚磷酸钠和硅酸盐水泥材料。通过测试不同水灰比范围为5∶1至20∶1的浆液的流动度、析水率的变化情况,得到4组符合要求的非凝固材料浆液水灰比,分别是8∶1、10∶1、12∶1和14∶1,最后通过测试这4组水灰比浆液在纱网中的滞留百分比,确定了非凝固材料在井下使用的最佳水灰配比为10∶1,同时对研发的智能瓦斯封孔系统也进行初步介绍。在城郊煤矿的应用结果表明:使用该技术,钻孔瓦斯抽采浓度比原有水泥基材料封孔提高了62%,同时抽采时间延长2倍。证明该工艺技术具有良好的应用前景。     

瓦斯抽采钻孔成孔和非凝固恒压浆液封孔方法及应用

提出了一种瓦斯钻孔成孔和非凝固绿色浆液封堵瓦斯抽采钻孔的方法。首先以较小直接钻杆钻机在煤巷破碎煤体上施工一个抽采钻孔,再用注浆泵以一定压力将一种液体凝胶注满两端膨胀封堵材料形成的密闭空间;待液体凝胶与破碎煤体紧密固结形成一体后,以扩孔的方式完成钻孔,减小施工造成的钻孔裂隙。用注浆泵以特定压力往封孔段注满一种具有固态封堵能力和良好流动特性的非凝固绿色浆液材料来封堵钻孔,实现动态瓦斯抽采钻孔封孔。该方法在河南永城城郊煤矿的应用表明: 瓦斯平均抽采浓度由20%提高至46%,效果显著。     

本煤层瓦斯抽采钻孔气囊封堵带压注浆密封技术

针对目前本煤层瓦斯抽采封孔注浆压力小、封孔深度小、封孔长度短、封孔操作繁琐等问题,分析了抽采钻孔漏气机制,研发了气囊封堵带压注浆密封技术。该技术通过两段膨胀时间可控的气囊,实现抽采钻孔两端任意深度的初步密封;然后在膨胀气囊之间的封闭钻孔空间内,带压注入高水速凝膨胀无机材料,通过浆液封堵、凝固后膨胀压实钻孔周围裂隙等作用,实现抽采钻孔可靠密封。现场应用试验表明:该技术可使本煤层钻孔瓦斯抽采浓度平均提高25.5%,瓦斯浓度衰减速度显著降低,有效抽采周期大幅延长。     

瓦斯抽采辅助钻孔布孔方法及应用

提出了一种通过辅助钻孔提高瓦斯抽采钻孔抽采浓度的方法。首先采用较小钻杆直径钻机在巷道煤层上施工多个并排瓦斯抽采钻孔,再用较大钻杆直径钻机在其基础上进行扩孔,减小施工造成的钻孔裂隙范围。使用瓦斯抽采管进行初步抽采,当抽采浓度低于50%时,两端用膨胀封堵材料进行封堵并往封孔段内注满半流体浆液,过程中抽采不间断。当抽采浓度低于30%时,使用较小钻杆直径钻机遵循一定规则在抽采钻孔附近施工相应辅助钻孔并对其进行封堵注浆。该辅助钻孔布孔方法可以大幅度提高瓦斯抽采浓度,延长钻孔有效抽采周期。该方法在山西一缘煤矿的应用表明:瓦斯平均抽采浓度由20%提高至46%,成效显著,有一定的推广价值。     

新型“堵-注-排”封孔工艺在正珠矿的应用

正珠矿通过使用新型"堵-注-排"封孔工艺,解决了钻孔封孔质量差、填充材料不能充填封堵段围岩裂隙、单孔浓度偏低的问题,提高了瓦斯抽采钻孔单孔抽采浓度、抽采负压,并保持了长时间的稳定抽采效果,为回采工作面正常回采提供瓦斯治理保障,值得推广应用。     

深埋松软煤层全孔深异径封孔技术研究

为了解决深埋松软煤层钻孔全孔深封孔技术难题,提高钻孔瓦斯抽采效果,通过对郑州矿区某煤矿瓦斯抽采钻孔护孔和封孔施工工艺以及钻孔瓦斯抽采实际情况进行分析,提出了异径护孔和"软连-短接"封孔改进技术措施及施工工艺。试验结果表明:采用异径护孔技术,通过优化孔径管径比,减少了护孔管下管阻力,全孔深护孔成功率显著提高;采用"软连-短接"封孔技术,提高钻孔有效抽采长度,增强封堵材料的可塑性,减少了封孔管和封堵材料的破坏,提高了钻孔密封效果。经测试102 m深钻孔瓦斯抽采参数,在测试周期内平均单孔甲烷抽采浓度提高了93%,抽采量提高了119%。     

瓦斯抽采钻孔立体式"二次封孔"技术研究

针对余吾煤业部分工作面煤质松软破碎等原因而引发封孔后瓦斯抽采钻孔单孔浓度低甚至成为废孔的技术难题,提出瓦斯抽采钻孔立体式"二次封孔"技术,并阐述了该技术的基本原理。在余吾煤业N1101回风巷进行了工业试验,结果表明立体式"二次封孔"技术能有效封堵发生串孔的钻孔周围裂隙,避免周围空气进入抽采钻孔,提高了瓦斯抽采浓度和钻孔利用率。     

管柱法带压注浆封孔技术在告成煤矿瓦斯抽采钻孔中的应用

钻孔封孔是矿井瓦斯抽采工程的一个重要环节，为提高抽采钻孔封孔效果，告成煤矿引进了管柱法带压注浆封孔工艺技术，在井下瓦斯抽采钻孔封孔现场进行试验及应用研究。结果表明，新封孔工艺能有效封堵裂隙，封孔质量高、效果好，提高了抽采浓度，延长了抽采时间，达到了预期目的。     

瓦斯抽采中新型封孔材料及工艺的应用研究

为解决杉木树煤矿瓦斯抽采钻孔封孔质量差、抽采负压小、抽采效果差等问题,采用了新型矿用封孔材料PD及封孔工艺。该材料采用了微胶囊化技术,使得该材料的浆体在缓慢凝固的过程中体积逐渐膨胀,并渗透到钻孔周边微裂隙,形成对钻孔周围裂隙的封堵;该材料应用过程中,辅以膨博封孔剂作为注浆堵头,从而形成两端封堵中间注浆的“两堵一注”的封孔工艺。应用结果表明,与传统封孔工艺相比,抽采孔平均瓦斯体积分数从22．6％提高到了36．8％;平均抽采负压从2．8kPa提高到9．1kPa;平均单孔瓦斯纯流量从9．42L／min提高到44．53L／min。     

煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析

通过对我国煤矿瓦斯抽采主要封孔方式的分析,认为钻孔周边裂隙发育范围研究不透彻,始封深度、封孔长度选择不合理,注浆压力偏低,聚氨酯和水泥砂浆等封孔材料不能有效封堵钻孔周边煤岩层裂隙,是造成目前我国煤矿瓦斯抽采封孔效果不理想的主要原因。论文指出,研究多重损伤条件下的抽采钻孔周边裂隙发育时效特性,确定抽采钻孔的合理始封深度和两端封堵段长度,采用合适的注浆材料,提高注浆压力,是提高"两堵一注"带压封孔方法封孔效果的技术途径。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔技术研究

针对我国现有煤矿井下瓦斯抽采主要封孔方式,通过分析各个封孔方式的优缺点,得出采动效应下钻孔周边裂隙发育规律研究不透彻、封孔位置选择不合理、现有封孔技术及材料不能有效封堵采动过程中钻孔周边发育的裂隙是造成目前煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔效果不佳的主要原因。通过实验室试验、数值模拟及现场应用手段相结合,深化模拟基础理论研究;构建采动过程钻孔煤体裂隙发育规律理论与模型,确定及优选瓦斯抽采钻孔封孔位置、材料及装置;瓦斯抽采钻孔封孔技术的多元耦合化,降低乃至克服各个技术缺点,提高封孔质量;研发和改进"一体化"封孔装置,简化封孔操作、保证封孔效果、降低封孔成本等方面是封孔技术发展主要方向。     

膨润土基封孔材料界面改性及长效封孔功能研究

针对煤矿瓦斯抽采平均浓度低、持续时间短的技术难题和工程实践的现场需求,选择机械改性法、有机活化改性法等界面改性方法,以膨润土为基础材料,提高保水性、稳定性和触变性,研发得到瓦斯抽采钻孔液相封孔材料。采用“液封气”思想实现全周期触变封堵新生裂隙。现场应用结果表明：新材料封堵效果良好,平均抽采浓度41.66%,较传统材料提高15.27%,浓度衰减系数降低48%,补浆提升系数提高22%,可实现废孔利用。     

松软煤层顺层钻孔带压注浆封孔技术研究应用

松软煤层顺层钻孔瓦斯抽采普遍存在封孔深度不合理、封孔不严等问题,抽采效果差。针对以上存在的问题,文章从松软煤层钻孔稳定性及巷道围岩应力场分析出发,确定了松软煤层钻孔合理封孔深度;并通过增大钻孔内压力对孔壁施加主动支撑,封堵充填钻孔孔壁裂隙,提出适用于松软煤层顺层钻孔带压注浆封孔技术。通过保安煤矿现场应用显示,在60d的考察期内试验钻孔平均瓦斯浓度提高30%以上,显著提高松软煤层顺层钻孔封孔的密封性和抽采效果。     

突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔新技术研究与实践

针对工作面煤巷扰动裂隙的客观存在,瓦斯抽采钻孔封孔质量难以满足钻孔密封要求、抽采瓦斯浓度和流量偏低等问题,提出了双胶囊配合带压黏液的封孔新技术,其基本原理是采用高压胶囊封堵瓦斯气室同时配合低压胶囊封堵黏液,黏液封堵钻孔裂隙,实现抽采钻孔的密封;并对双胶囊中间段采取了加长加粗的改进技术。利用ANSYS软件对封孔过程中钻孔周围煤体应力进行了分析,并结合应力渗透理论对封孔效果进行了考察。通过理论分析,确定了合理的封孔工艺参数,并进行了现场工业性试验。结果表明:双胶囊配合带压黏液封孔技术可增加封孔深度和提高封孔质量,使瓦斯抽采浓度提高40%～60%,平均瓦斯流量提高15m3/min左右,且高浓度抽采周期可达2个月。     

顺煤层抽采钻孔浅孔注浆堵漏提浓试验研究

为了提高顺层钻孔抽采浓度,系统分析了钻孔密封段围岩漏气分布规律,提出了利用浆液封堵孔周裂隙通道的浅孔注浆堵漏提浓工艺,并在古城煤矿进行了试验。研究结果表明:钻孔周围煤层裂隙形成的贯穿通道,是导致抽采钻孔漏气的主要原因;通过浅孔注浆对钻孔周围煤层中的裂隙进行封堵,能阻断煤层中的贯穿性裂隙通道,有效提升钻孔瓦斯抽采浓度。     

瓦斯抽采钻孔化学注浆封孔技术的应用

针对现有瓦斯抽采钻孔封孔技术的封孔长度短、深度小、对钻孔周边的裂隙带封堵密实性较差等不足,提出了一种化学注浆封孔技术,可增加封孔长度和深度,有效地封堵了钻孔周边的裂隙带,提高了瓦斯抽采浓度,延长了瓦斯抽采期。在神华宁夏煤业集团公司1对高瓦斯矿井和3对煤与瓦斯突出矿井应用后,取得了良好的应用效果。     

“三堵两注”本煤层瓦斯抽采封孔技术研究

针对新景矿3216工作面本煤层瓦斯抽采效果较差的问题,提出了"三堵两注"本煤层瓦斯抽采封孔技术。该技术分为密封和封堵裂隙两个步骤,对此技术进行了地面和井下试验。结果表明,注浆处全部充满浆液无空隙,密封效果良好。"三堵两注"封孔技术的瓦斯抽采效果相较于传统封孔技术有较大提升,抽采瓦斯浓度平均为58.71%,是对照孔的1.43倍;抽采瓦斯浓度达50%以上的比例是80%,是对照孔的2.67倍。     

一种新型封孔技术在顺层钻孔瓦斯抽采作业中的应用分析

为提高顺层钻孔瓦斯抽采效果,针对顺层钻孔瓦斯抽采易出现漏气的问题,以山西潞安化工集团常村煤矿顺层钻孔瓦斯抽采工程为例,分析了顺层钻孔瓦斯抽采原封孔技术存在的不足,找出了气体泄漏的规律,基于顺层钻孔瓦斯抽采封孔的基本原则,提出了可采用高强微膨胀型速凝封孔材料来封堵顺层钻孔的新型封孔技术,应用结果表明,新封孔技术封孔效果较好,瓦斯抽采纯量明显提升,瓦斯抽采效果较好,可为类似工况下的瓦斯抽采封孔提供参考。     

分体组合式囊袋封孔工艺及封孔材料的开发与应用

为了保障井下钻孔抽采瓦斯效果,提高瓦斯抽采浓度,针对传统封孔工艺封孔效果差、成本高、操作复杂、效率低等缺点,通过研究巷道及钻孔围岩应力分布,开发了一种分体组合式囊袋封孔工艺和新型封孔材料。该工艺可随意调节封孔长度。采用该工艺和材料可以有效地对钻孔周围裂隙进行封堵,封孔长度超过巷道塑性区,减少漏气量,提高抽采效率。     

定长定位封孔工艺的研究及应用

为探索更加简便和有效的瓦斯抽采钻孔封孔技术及工艺,通过对常用的瓦斯抽采钻孔封孔技术及工艺进行分析,研究了定长定位钻孔封孔工艺,并研制出与之配套的两端自堵式封孔囊袋。该技术工艺简便快捷,实现了一次性带压注浆封孔,并能够实现瓦斯抽采钻孔的定长定位封孔,封孔效果较好、效率较高,降低了工人的劳动强度。在龙山煤矿进行了封孔工艺效果对比试验,结果表明:定长定位封孔工艺能提高瓦斯抽采钻孔的封孔质量,单孔平均瓦斯抽采浓度提高约37.5%,所封钻孔的瓦斯抽采浓度衰减速度较慢,钻孔的使用周期较长,高浓度瓦斯抽采钻孔的比例较高。