深部首采关键保护层预抽钻孔高效封孔技术研究

为提高深部首采关键保护层预抽钻孔的封孔质量及抽采效果,基于淮南矿区谢桥矿B组煤首采6煤层瓦斯地质条件,理论分析了钻孔围岩应力场、裂隙场的分布规律及合理封孔位置,现场试验了“囊袋式两堵一注”与“聚氨酯+水泥浆”两种封孔方法的应用效果,获得了提高穿层、顺层预抽钻孔封孔质量的关键影响因素及封孔参数。结果表明:“囊袋式两堵一注”封孔方法瓦斯抽采效果较好,穿层预抽钻孔的封孔效果在0~15m范围内随封孔长度增加而提高,若继续增加封孔长度,封孔效果提高不明显;顺层钻孔封孔范围为5~18m,从保证封孔质量、降低经济成本两方面综合确定封孔深度为13m。     

底抽巷穿层钻孔封孔深度与布孔间距优化研究

为了研究抽采钻孔间距、封孔深度、抽采时间对抽采瓦斯浓度的影响,以沙曲矿高瓦斯突出煤层群为研究对象,基于钻场围岩破碎区及其应力集中区现场开展了不同封孔深度的瓦斯抽采对比试验,应用COMSOL数值软件分析了抽采时间及布孔间距对瓦斯抽采效果的影响,提出了合理的穿层钻孔封孔深度和布孔间距。结果表明:随封孔深度增加,瓦斯抽采浓度先逐渐增大后趋于稳定,且存在临界封孔深度;随抽采时间延长,相邻钻孔间瓦斯压力降低呈叠加效应,抽采一定时间后趋于稳定;确定了沙曲矿4号煤层穿层钻孔封孔深度及布孔间距均为10 m;实测得出单孔平均抽采流量随时间延长呈负指数衰减,一年抽采期后有效消除了抽采区域的突出危险性。     

煤矿穿层钻孔封孔位置选择的数值模拟研究

利用数值模拟软件FLAC3D对平煤十矿己15-24080采煤工作面底抽巷钻孔封孔位置进行了数值模拟研究,并在底抽巷垂直方向上布置一系列的应力监测点,进而绘制了底抽巷围岩应力变化曲线图。通过绘制的曲线图结合底抽巷围岩应力分布云图,确定出钻孔的封孔深度,即穿层钻孔封孔深度10 m。按照煤矿打钻封孔的具体要求封孔。选择3组钻孔抽采的平均瓦斯浓度进行分析,得出该封孔位置能够取得较好的抽采效果,抽采30 d后,平均抽采瓦斯浓度最低能够达到65%。     

穿层钻孔返渣封孔技术研究与应用

为了提高松软煤层穿层瓦斯抽采钻孔封孔效果,分析了现有穿层钻孔封孔技术的不足,阐述了返渣封孔技术在穿层钻孔应用中的原理、要求,分析了返渣封孔技术的封孔深度和抽采负压,并在平煤股份八矿己15-14140胶带运输巷底抽巷开展了现场试验。试验结果表明:穿层钻孔返渣封孔技术在松软煤层具有良好的适应性,采用穿层钻孔返渣封孔技术后,每孔封孔成本减少50%左右,在13 kPa负压条件下连续抽采100 d后,钻孔抽采浓度全部维持在35%以上,有效提高了穿层钻孔封孔效果。     

穿层钻孔封孔工艺在松藻矿的改进及应用

通过对松藻煤矿2225工作面穿层抽采(K2巷道布置钻场,穿层抽采Kb3煤层瓦斯)钻孔的抽采效果分析,发现封孔工艺的好坏直接影响到抽采效果。在原有封孔工艺基础上,结合现场情况从钻孔布置、封孔材料及深度、注浆时间、预堵深度等方面提出运输巷钻孔改进方案,并进行了试验。结果表明:采用改进工艺后,虽然成本稍高,但钻场卸压时间增加,卸压抽采量提高;钻场预抽浓度提高了,几乎是原工艺抽采的4.4倍,有效的提高抽采效率。     

顺层钻孔确定合理封孔深度方法研究

确定合理的封孔深度是保障抽采钻孔封孔质量的重要环节之一,也是提高瓦斯抽采效率的关键。根据李雅庄煤矿煤层条件及应力分布情况,基于钻屑量和钻屑瓦斯解析指标方法,确定巷道周围松动圈范围并得出顺层钻孔合理封孔深度范围。通过现场实测数据和不同封孔深度的抽采效果验证表明,顺层瓦斯抽采钻孔封孔深度必须超过应力集中带,最后确定李雅庄煤矿顺层钻孔合理封孔深度为12 m,此时单孔初始瓦斯抽采浓度提高1倍以上,大幅提高钻孔封孔质量和单孔瓦斯抽采效果,为实现瓦斯高效抽放奠定了坚实基础。     

基于钻屑法顺层钻孔合理封孔深度的研究

为了确定瓦斯抽采中顺层钻孔的封孔深度,基于一系列假设建立钻孔附近瓦斯流动模型,通过理论分析得出合理封孔深度介于围岩的破裂区和塑性区的2个边界之间。通过对钻屑量与煤岩体所受应力关系的分析,可采用钻屑量法确定围岩的应力状态,即可确定顺层钻孔的封孔深度。用工业试验的方法,以钻屑量和钻进过程中出现的动力现象作为指标,可以得出车集矿2705工作面顺层钻孔的合理封孔深度为6~10 m。     

底板巷穿层钻孔合理封孔段位置的研究与确定

为了提高矿井瓦斯抽采钻孔的抽采效果,本文通过Comsol Multiphysic软件模拟了巷道围岩的应力分布,确定了浦溪矿井2254底板巷穿层钻孔的封孔段位置,并在2254底板巷进行了现场试验。结果表明:2254底板巷穿层钻孔的起始封孔位置在垂直方向上的投影高度为11m时,既能保证抽采效果,又能节约施工成本。     

顺层钻孔瓦斯抽采漏气规律及封孔技术研究

顺层钻孔瓦斯抽采时,在矿山压力作用下,极易出现抽采漏气的情况,为了提高顺层钻孔瓦斯抽采效果,据巷道围岩应力分布规律,分析了抽采钻孔轴向和径向的应力和裂隙分布特征,提出顺层抽采钻孔的4种漏气通道分别为:封孔材料漏气、钻孔周围煤体漏气、封孔材料与钻孔壁间隙漏气以及邻近钻孔影响漏气。基于漏气通道分析结果,得出顺层钻孔抽采应堵实钻孔径向松动圈和设计合理的封孔长度的封孔原则。根据钻孔漏气机理及封孔原则并结合现场条件,对孟津煤矿原聚氨酯封孔工艺进行考察并优化,得出优化后的封孔深度应为20 m,并结合径向裂隙范围,提出了两堵一注全程注SRS-Ⅱ高强微膨胀型快速凝固封孔材料的封孔工艺,在12030运输巷进行了工业试验。通过对封孔优化前后的跟踪监测数据进行对比分析,得出封孔优化后的瓦斯抽采体积分数为原封孔工艺瓦斯抽采体积分数的1.1～1.9倍,优化后的瓦斯抽采纯量为原封孔工艺的2.6倍左右,且原封孔工艺较封孔优化后的抽采体积分数和抽采纯量衰减明显。因此,优化后的封孔工艺抽采效果较原工艺明显提高,为同类型矿井顺层抽采封孔提供了借鉴。     

穿层瓦斯抽采钻孔通管直连新型封孔工艺研究

为了解决义煤集团孟津煤矿底抽巷穿层钻孔抽采浓度低、衰减快的技术难题,基于矿压"三带"理论,分析钻孔围岩裂隙带分布,明确钻孔抽放时可能漏气的通道,通过工程试验,确定封孔段的长度和位置;根据现场测量的钻孔抽放管不同部位的抽放浓度和地面试验,分析抽放管的漏气环节,确定了抽放钻孔通管直连的连管方式;封孔注浆方面,在分析钻孔封孔工艺流程的基础上,从水灰配比分析浆液终凝的膨胀率,从注浆工艺改进封孔器,经地面和现场试验,得出合理水灰比1∶2和两堵两注封孔器。综合封孔工艺全过程,提出通管直连带压封孔技术。结果表明:采用通管直连带压封孔技术提高钻孔抽采浓度到原来的2倍以上。     

采动影响下穿层钻孔围岩裂隙封堵新技术在芦岭煤矿的应用

针对芦岭煤矿地压大、底板巷穿层钻孔预抽时间长及穿层钻孔瓦斯抽采浓度偏低的情况,在分析目前国内外瓦斯抽采钻孔常规封孔技术特点后,提出了一种穿层钻孔围岩裂隙封堵新技术,用以解决封孔技术问题。并通过理论研究和Ⅱ817集中巷12号钻场工业性测试,大幅度提高瓦斯抽采浓度及抽采纯量;有效延长钻孔的瓦斯有效抽采期,大大缓解采掘抽接续紧张的局面;拓展了瓦斯治理的时间和空间,为矿井瓦斯治理和抽掘采平衡提供了有力的保障。     

返渣封孔新技术现场试验及机理探索

为了进一步提高穿层钻孔封孔质量和瓦斯抽采效果,分析了现有穿层封孔技术的不足,阐述了返渣封孔新技术的工艺原理和参数设计,以及其封孔深度和抽采负压的合理选择,并在平煤八矿己_(15)-14140底抽巷与中抽巷依次开展了3个设计方案的现场返渣封孔试验。同时运用颗粒流软件PFC~(2D)优化验证钻孔返渣技术。结果表明,经过返渣封孔工艺参数的多次优化改进,得出了具有突出工作效率和抽采效果的封孔设计,为矿井高效治理瓦斯奠定了技术基础。     

软煤顺层瓦斯抽采钻封孔新工艺研究

以顺层软煤瓦斯抽采钻孔为研究对象,设计了一套新的封隔一体化封孔工艺,基于煤层抽采钻孔应力及注浆渗透率变化规律,分析计算了灌浆槽的位置。以钻孔抽采瓦斯的基本原理为基础,通过对五轮山软岩煤矿进行抽采实验,对比分析了运用传统封孔工艺和封隔一体化封孔工艺钻孔抽取瓦斯的效果,证明新工艺能有效提高瓦斯抽采浓度。     

大西矿顺层瓦斯抽采钻孔封孔参数研究

为了提高大西矿3021工作面本煤层顺层钻孔的瓦斯抽采率,对影响顺层钻孔抽采效率的封孔长度和封孔深度两大因素进行了数值模拟分析。结合现场试验表明,钻孔封孔深度7.5m时煤层瓦斯含量减小幅度更大,且封孔长度为7m时相对于其他封孔长度,瓦斯抽采浓度更大。     

抽采钻孔封孔质量检测方法研究与应用

封孔质量是决定抽采钻孔抽采效果的重要因素。研究抽采钻孔漏气机制,可以为确定抽采钻孔漏气位置和封孔工艺改进提供理论依据。基于采用理论分析、数值计算和现场测试相结合的方法进行抽采钻孔漏气机制研究,合理判定抽采钻孔封孔质量与漏气位置。应用表明,该方法能够准确判定抽采钻孔的封孔质量和漏气位置。     

底抽巷穿层钻孔封孔工艺改进及应用

封孔技术决定瓦斯抽采效率高低。基于底抽巷穿层钻孔的返渣封孔技术,是将钻孔后形成的含水岩屑、岩块通过工艺改进形成坚固的封孔材料加以利用。试验表明:封孔钻孔瓦斯抽采浓度平均为45%~73%;单孔封孔费用为原来的1/2。     

底板穿层瓦斯抽采钻孔定点封孔工艺研究与应用

传统的底板穿层瓦斯抽采钻孔原插接式封孔工艺存在易出现封孔管错位、钻孔漏气等问题，为实现一孔多用、提高钻孔抽采效率、降低钻孔封孔成本目的，以白龙山煤矿一井为工程背景，研究并应用了穿层瓦斯抽放钻孔定点封孔工艺。通过钻孔窥视仪选择钻孔内岩性相对较好的孔段作为封孔点，有效避开了巷道围岩松动圈、构造带，且缩短了封孔段距离。与原封孔方式相比，定点封孔方式由于实现整管一次性下管到位而提高了劳动效率，消耗的单孔材料降低了10%,定点封孔方式的抽采钻孔单孔瓦斯抽采浓度提高近15%。     

“两堵一注”带压封孔技术在白龙山煤矿一井的应用研究

针对白龙山煤矿一井在进行底板穿层抽采钻孔封孔时,存在封孔深度浅、钻孔孔壁裂隙不能有效封堵,从而导致抽采钻孔抽采效果差的问题,提出采用"两堵一注"带压封孔工艺和速凝膨胀封孔材料,并在地面和井下进行了现场对比试验。研究结果表明:相比原有封孔工艺,采用"两堵一注"带压封孔的每排抽采钻孔平均抽采浓度为50%~80%,提高了2~3倍;每排抽采钻孔的单孔瓦斯抽采浓度提高了30%,经过190d的连续抽采单孔瓦斯抽采浓度仍然维持在30%以上。     

单一松软低透气性煤层带压封孔成套技术及工艺研究

绿水洞煤矿瓦斯抽采钻孔采用水泥浆机械封孔,基于抽采钻孔预抽效果差的问题,通过对封孔工艺改进,采用"两堵一注"带压封孔工艺,在矿井530瓦斯巷、3131瓦斯巷、3251机巷对小角度和裂隙段、大直径钻孔等顺层、穿层钻孔封孔质量进行试验。研究结果表明,相比原来封孔工艺,采用"两堵一注"带压封孔的钻孔平均抽采浓度为35%以上,单孔流量提高了2倍以上;每排抽采钻孔的单孔瓦斯抽采浓度提高了30%,该技术能有效改善矿井松软低透气性煤层瓦斯抽采封孔工艺存在的问题,显著提高煤层瓦斯抽采效果。     

预掘底板岩巷穿层钻孔卸压抽采试验研究

为提高煤层瓦斯抽采效果,提出了预掘底板岩巷穿层钻孔卸压抽采技术。通过考察底板围岩位移量、煤层透气性系数,分析了底板岩巷上覆煤岩层的卸压效果;通过考察底板穿层钻孔的单孔抽采量及抽采半径、煤巷条带的抽采效果、煤巷掘进的预测指标及炮后瓦斯浓度,分析了卸压煤层的抽采效果。实践表明,底板岩巷布置在待掘煤巷正下方8~12 m位置时穿层钻孔卸压抽采效果显著。