高压水射流破煤机制及技术应用研究

为了研究高压水射流对破煤机制以及对该技术的推广应用,本文以云冈矿为工程背景,通过理论计算、数值模拟、现场试验等技术手段对高压水射流破煤机制及技术应用进行研究。数值模拟表明,随着高压水射流与煤体作用时间的延长,高压水射流在煤体形成的坑底尺寸逐渐变大,随着后续水流的不断增加,能量不断升高,会继续对煤体进行损伤破坏。现场试验表明,钻孔累计抽采瓦斯纯量约为42 598.13 m3,与之前未进行高压水射流冲孔造穴相比,平均瓦斯抽采浓度提高3.2倍,平均抽采纯量提高7.3倍。     

都岭煤矿高压注水破煤掘进实践及效果分析

介绍煤与瓦期突出矿井煤巷掘进工作面高压注水破煤掘进工艺流程、施工方法及取得的良好效果。     

煤层注水致工作面前方集中应力前移的机理分析

针对新兴矿煤层注水消除工作面冲击地压和煤与瓦斯突出过程中集中应力前移的问题,分析了注水润湿煤体并使其支撑能力下降而导致集中应力前移的机理;结合新兴矿地质条件,对钻孔注水过程进行了数值模拟,着重分析了注水后集中应力前移、煤壁位移增大和注水钻孔周边渗流场分布情况;数值模拟结果与理论分析结果相一致。另外推导出在注水时间一定时,注水钻孔的渗透半径及应力前移距离公式。     

高压水射流防治煤与瓦斯突出的数值模拟及分析

我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一,频繁发生的突出事故成为矿工生命安全的主要危害。文章基于RFPA软件建立了高压水射流破煤冲孔的数值模型,并对射流后煤岩的应力变化进行了数值模拟。结果表明,高压水射流冲孔技术能很好地起到煤岩破裂释放瓦斯的效果,达到防治煤与瓦斯突出的目的,具有很好的发展前景。     

高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透数值模拟及应用

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采钻孔施工量大、效率低等问题,研究了水力压裂技术的破煤理论及高压水对煤层的卸压增透理论,提出水力压裂强化抽采瓦斯的措施,以岩土工程数值模拟软件FLAC3D对煤层进行水力压裂数值模拟,得到煤层水力压裂过程中裂纹扩展规律,确定了水力压裂现场试验的工艺参数、压裂装备及抽采系统,完成封孔及压裂试验。     

高应力节理化煤体高压注水防片帮技术研究

煤性脆、裂隙发育的煤层在高地应力下极易产生煤壁片帮,运用FLAC~(3D)数值模拟软件研究此类煤层在不同注水压力下煤层长孔注水湿润范围、湿润形态及塑性区范围,采用超长钻孔高压注水技术破碎煤层提高煤层塑性区范围及增强煤层的内聚力。在现场应用中,超长钻孔高压注水防片帮技术减缓了煤壁片帮,提高了采煤机开机率,平均日产量增加3400 t,技术经济效益显著。     

炮采放顶煤工作面煤壁高压注水降尘试验

论述了放顶煤工作面煤壁高压注水降尘原理，对难注水放顶煤工作面深孔高压注水参数、封孔设备的选择及降尘效果进行了分析。     

水力挤出煤体破裂数值模拟试验研究

为了选取水力挤出措施最佳注水参数,提高防突效果,用数值模拟方法定量分析高压注水作用下的煤体起裂、裂纹扩展延伸和挤出过程。采用数值模拟软件RFPA2D研究注水过程中注水孔周围煤体应力场、水压梯度分布场和位移矢量场的变化规律。通过模拟得出注水参数和各种因素之间的关系,为注水参数合理配置提供了依据。     

放顶煤工作面煤壁深孔高压注水降尘试验

论述了放顶煤工作面煤壁深孔高压注水降尘原理，对难注水放顶煤工作面深孔高压注水参数，封孔设备的选择及除尘效果进行了分析。     

高压注水快速消突技术的应用与研究

研究了高压注水的消突机理,并对水驱替瓦斯理论进行了一定的研究分析,提出高压注水快速消突技术.通过RFPA2D-Flow模拟软件对高压注水快速消突技术进行了数值分析研究,对单孔定向、双孔定向进行了注水压裂模拟试验.试验表明:在定向孔存在的条件下,注水压裂效果更加显著,卸压增透更加彻底.又通过对高压注水快速消突技术的钻孔布置方式的研究,提出了双循环递进式高压注水快速消突技术的钻孔布置方式,即注水孔的循环利用和抽放孔的循环布置.     

煤层注水降尘新工艺及效果分析

结合千秋煤矿煤层开采的实际状况,对不同工作面煤层分别实施浅孔、中孔及深孔联合注水降尘新工艺,从注孔深度、间距等工艺参数进行分析研究和应用。注水前后煤尘质量浓度的比较显示,降尘效果显著。     

豫西三软煤层区域快速消突技术研究

为了解决三软煤层掘进工作面区域快速消突过程中存在的问题，通过现场观测、理论分析和模拟计算等方法，查明了高压水射流卸煤增透施工过程中煤与瓦斯喷出的主要原因，是卸煤所引起的水平应力集中；区域验证指标超限主要原因是钻孔密度小、瓦斯抽放量少。在选择合理参数基础上，采用水力压裂和钻孔加密的方法，现场应用中效果显著，有效减轻了高压水射流卸煤期间的煤与瓦斯喷出，掘进速度提高了72%左右。实践证明，穿层孔抽放结合水力压裂和高压水射流卸煤增透，可实现煤与瓦斯突出掘进工作面的快速消突。     

急倾斜特厚煤层高压水力“割-压”钻孔周围煤体润湿范围演化规律研究

为了明确急倾斜特厚煤层高压水力“割—压”钻孔间距的合理布置问题,采用数值仿真结合现场实测的方法,对单孔、双孔及六孔高压水力“割—压”钻孔周围煤体润湿范围进行分析。研究结果表明：在注水压力40 MPa、注水时间16 d左右时,六孔高压水力“割—压”钻孔饱和状态的注水湿润半径达15.3 m,可以更大范围地湿润煤体;与普通高压注水技术相比,采用水力割缝技术辅助湿润煤体时,钻孔周围煤体的注水润湿范围更大、注水效果更显著;在乌东煤矿北区+500 m水平45^#煤层现场实施高压水力“割—压”技术时,其“割—压”钻孔的布置间距选择30 m较为合理。     

深部奥灰水对L矿7~#煤层顶底板破坏的研究

为了评估逆断层条件下煤矿深部奥陶系高压岩溶水对煤层的危害,运用数值模拟对所选取的L矿13-9号钻孔进行了分析。根据柱状图,建立了一种计算模型,采用RFPA2D模拟了采场推进时煤层顶板和底板的破坏情况,估算了顶板的破坏高度和底板破坏深度。结果表明:开采7#煤层时,随着回采工作面的推进,矿压造成的覆岩破坏没有发展到关键层;顶板的破坏高度逐渐增加,当工作面推进到200 m时,破坏高度大约85 m,小于导水断裂带高度,奥陶系高压岩溶水未能沿F16逆断层面渗流突变溃入采场;随着回采工作面的推进,底板的破坏深度逐渐增大,但没有穿越隔水关键层;当工作面推进到100 m以后,底板的破坏深度不再发生明显的变化,此时底板破坏深度大约14 m。     

围压作用下水射流破岩损伤机理的数值模拟研究北大核心

采用显示动力学软件对水射流冲孔过程进行数值模拟,探究煤岩在高压水射流冲击下的破碎规律及裂隙发育状态,分析射流水柱冲击有/无围压的煤岩时,掏槽成孔的过程及机理,论证了煤岩体受拉伸力和剪切力的作用下导致横纵向裂隙形成并逐渐延伸成裂隙网的过程。研究结果表明:水射流冲击煤岩形成孔洞的同时,会在周围煤岩形成供瓦斯运移的裂隙,且成孔损伤范围受围压的影响;射流参数一定时,围压作用会阻碍孔深和孔径的扩展,但会使得周围裂隙的发育范围进一步扩张,20 MPa围压作用下扩张范围约增加40%。     

伏岩煤业工作面煤层注水降尘技术应用

为降低3109工作面区域回采时的粉尘含量,通过具体分析煤层注水降尘机理,结合3109工作面煤层特征,确定煤层注水压力为10 MPa,采用Fluent模拟软件确定注水孔的间距为10 m,通过计算分析确定单孔注水量和时间参数,并在工作面注水后,进行煤体含水率增量和注水前后工作面粉尘含量的对比分析。结果表明:3109工作面采用煤层注水技术后,煤体含水率增幅明显,注水后工作面区域全尘和呼尘的降尘率分别为72%和70%,降尘效果显著。     

磨料射流钻割一体钻头研制及切割特性研究

详细说明了磨料射流钻割一体压控钻头结构组成及其工作过程,介绍了高压磨料射流切割煤岩原理,通过试验,总结分析了磨料硬度、磨料粒径以及磨料流量对钻头切割性能的影响。     

三软煤层防煤壁片帮中压深孔注水技术

在分析研究中压深孔注水技术的基础上,提出了适合登封三软煤层特点的相关注水参数及注水工艺:注水压力为5~12 MPa,每个注水孔采用反复注水,每次注水以煤壁淋水为标准。通过对采煤工作面注水,测算出湿润半径为8~12 m,大大降低了工作面粉尘浓度,减小了三软煤层回采工作面煤墙片帮的危害。     

煤层注水增湿区域防突试验与参数优化的渗流力学数值解

为增强煤体黏结力和塑性并抑制瓦斯放散强度,以达到稳定煤体区域防突的目的。以重庆天府三矿K4煤层为目标区,进行了低温液氮孔隙结构分析实验、煤体润湿性实验和湿润边角测定实验,分析了煤层注水可行性。实验表明:煤体孔隙多数为平板状开放孔,润湿边角<90°,吸水性强,具注水可行性。在重庆天府矿业公司850 m深井底板岩巷进行了煤体扩孔卸压后的高压注水试验,测定了卸压后煤体透水性系数。建立了煤层注水的径向渗流力学方程,以实测数据为基础,优化计算了合理的注水压力、时间、注水半径等动态时空参数。     

瓦斯抽放孔射流排水排渣方法及实验研究

针对煤矿俯孔积存水和煤渣影响瓦斯抽放效果问题,提出射流排水排渣方法,设计加工出射流深孔排水排渣装置,采用正交试验法验证了该方法可行性,并研究工作参数对其性能影响规律.结果表明:压缩空气压力p对其性能影响最大,随着p值增大排水渣量呈现先增多后减少趋势,存在最优空气压力值p*使其性能最优;存在临界孔深Hnp,即孔深小于Hnp时排出水渣量保持不变,孔深大于Hnp时排出水渣量逐渐减小;其他条件不变,随着孔内水深升高,排水渣量逐渐增大.射流排水排渣方法可行,操作简单,能有效排出瓦斯抽放孔中的水和煤渣.