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。     

浅析井下瓦斯抽采钻孔封孔技术现状与进展

钻孔封孔技术是决定井下瓦斯高效抽采利用的重要因素之一。基于大量文献调研，对现有的井下瓦斯抽采钻孔封孔技术按封孔工艺分为一次封孔技术和二次封孔技术进行论述。分类列举了几种典型的封孔技术，并总结各类封孔技术的适用条件及优缺点。在综合分析一次封孔技术和二次封孔技术不足的基础上，展望了其未来的发展趋势。研究认为：二次封孔技术相较于一次封孔技术虽能有效地封堵新生裂隙，延长钻孔的服务时间，保证连续高效地抽采瓦斯等优势，但仍存在密封工序复杂、人为因素多、操作时间长、密封成本高等问题亟需解决；对漏气失效钻孔进行修复和再处理，延长钻孔服务时间将成为我国煤矿瓦斯抽采技术的关键环节；钻孔封孔技术将趋向自动化、无人化、智能化，钻孔智能探测技术、钻孔围岩智能识别技术、封孔智能控制技术、封孔智能执行技术的研发将成为我国煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术的主要研究方向。     

瓦斯抽采钻孔二次封孔装置及封孔工艺研究

瓦斯抽采封孔不严密易导致钻孔内瓦斯向巷道内涌出,威胁井下作业安全,研究提出一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔装置,在瓦斯抽采后,对抽采钻孔进行第1次封孔后,随着孔内煤壁瓦斯涌出,瓦斯集聚,钻孔内的瓦斯量不断增加,可自行通过水和水泥的混合对孔洞进行二次封孔,提高封孔质量,减少瓦斯涌出,比聚氨酯封孔孔口瓦斯浓度降低了61.8%,比水泥砂浆封孔孔口瓦斯浓度降低了43.2%,降低了钻孔向巷道内瓦斯涌出量,为井下了安全生产提供了保障。     

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。     

新型封孔技术在顺层钻孔瓦斯抽采中的应用

为防止顺层钻孔瓦斯抽采漏气,提升瓦斯抽采效率,针对山西晋城寺河煤矿二号井煤矿瓦斯抽采工程,深入研究分析瓦斯抽采工程中顺层钻孔气体泄漏规律,指出了顺层钻孔瓦斯抽采封孔基本原则,提出采用高强微膨胀型速凝封孔材料进行封孔的新型封孔技术。采用该新型封孔技术后瓦斯抽采纯量相较原封孔技术提升近167%。     

安尔特封孔工艺在高瓦斯矿井的应用研究

为有效提高瓦斯抽采钻孔封孔质量,通过对安尔特“两堵一注”封孔工艺进行研究,确定影响封孔质量的主要因素是封孔长度和封孔压力,采用数值模拟和现场实测确定了王坡煤矿瓦斯抽采钻孔合理的封孔长度和封孔压力,同时对比分析了安尔特封孔工艺和聚氨酯封孔工艺的应用效果。现场试验结果表明：安尔特封孔工艺条件下瓦斯抽采钻孔的最高瓦斯浓度、平均瓦斯浓度、最大瓦斯纯流量和平均瓦斯纯流量分别较聚氨酯封孔工艺提高了44.86%、135.62%、30.56%和82.63%,有效提高了钻孔封孔质量;同时安尔特封孔工艺的时效性较聚氨酯封孔工艺显著增加,可以全面提升高瓦斯矿井瓦斯抽采效果。     

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。     

不同封孔工艺参数下抽采钻孔评价试验研究

为了分析封孔材料和封孔方式对钻孔瓦斯抽采效果的影响,以古城煤矿S1306胶带运输巷作为本次抽采钻孔封孔方式应用效果对比试验的施工地点,通过对6种不同封孔方式和封孔材料进行不同搭配组合,对平均单孔封孔材料、单孔浓度和汇流组抽采量等关键参数进行对比分析。研究结果表明,封孔方式和封孔材料是影响瓦斯抽采效果的关键因素,如果要实现钻孔的高效瓦斯抽采,必定要针对不同煤层条件选择不同的封孔工艺和材料,实现抽采钻孔精细化密封。     

端氏煤矿瓦斯抽采钻孔封孔质量检验方法应用研究

根据管流流体力学理论和漏气检测原理,提出了瓦斯抽采钻孔封孔质量检验判断方法,即通过在正常抽采状态下检测抽采钻孔内不同深度位置的抽采负压和瓦斯浓度,分析瓦斯抽采浓度沿孔深分布的变化规律,实现快速准确判断抽采钻孔密封质量和漏气位置。以端氏煤矿为例,采用钻孔封孔质量检验判断方法,开展了抽采钻孔的密封质量和合理封孔深度的现场试验,结果表明在钻孔深度9~15 m内瓦斯浓度变化幅度较大,存在漏气情况,抽采钻孔的密封质量较差、封孔深度不足。该方法实现了对瓦斯抽采钻孔封孔质量的有效检测,为端氏煤矿调整封孔工艺参数和改进封孔方式提供了科学依据。     

钻屑回填封孔工艺在郑煤大平矿的应用与研究

矿井瓦斯灾害是影响煤矿安全生产的重大因素之一,预抽煤层瓦斯可以有效地释放煤层中的瓦斯潜能,改变煤体本身的性质,达到消除煤层区域突出危险性的目的。为了解决郑煤集团大平煤矿井下瓦斯抽放钻孔抽采浓度低、抽放效果不达标、封孔质量差等问题,介绍了一种新型瓦斯抽采钻孔的封孔工艺,即钻屑回填囊袋式带压注浆封孔方法,并对其封孔原理、封孔方法、封孔效果和封孔成本等方面进行了论述。通过与大平矿现用的聚氨酯封孔工艺相对比,在封孔效果、封孔效率、工人劳动强度等方面有了很大改善,在实验室和大平矿井下实际钻孔进行封孔注浆,得到了良好的封孔效果,为矿井提高瓦斯抽采效果提供了理论和技术支撑。     

新型囊袋式注浆封孔器在阳煤集团的研发与应用

针对阳泉矿区瓦斯抽采钻孔封孔质量差、抽采效率低的问题,分析了传统的瓦斯抽采钻孔封孔工艺的缺陷,结合阳泉矿区多年来在瓦斯抽采钻孔封孔中的研究,提出了新型囊袋式注浆封孔装置及封孔方法,阐述了该装置的结构、封孔原理及优势,并在阳泉矿区寺家庄煤矿得到了验证。     

布囊式定点定长带压封孔工艺应用

瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害的根本措施。N1101胶带顺槽钻孔原采用两堵一注封孔技术,为减少钻孔与封孔使用材料及提高抽采钻孔封孔效果,采用8 m一体式布囊定点定长带压封孔新工艺,不仅封孔用料较原封孔工艺节约25 kg/孔,而且提高了封孔的气密性,钻孔抽采瓦斯浓度提高10%左右,封孔时间缩短1/2,大大降低封孔成本,扩大瓦斯抽采能力,提高瓦斯抽采率,缩短抽采达标时间,效果显著。     

两堵一注装置在封孔技术中的研究与应用

瓦斯抽采钻孔的封孔是煤矿瓦斯治理核心问题之一,钻孔封孔质量受制于封孔方法和封孔工艺。钻孔密封不严,导致煤层瓦斯流动压差减小,不利于瓦斯的快速排放,影响瓦斯抽采时间,同时大大降低了钻孔抽采瓦斯浓度。针对钻孔封孔质量存在的问题,采用一体化囊袋式两堵一注封孔装置新型封孔工艺,通过现场应用效果来看,应用矿井无论在穿层钻孔还是顺层钻孔,其钻孔瓦斯浓度均能抽采30%以上高浓度瓦斯,并保持着较低的衰减水平。     

煤矿井下整体式多通道自动化封孔装置研究北大核心

为了实现煤矿井下钻孔自动化封孔,根据"十三五"重点研发计划课题"瓦斯防治钻孔及封孔机器人"要求,提出了整体式多通道自动封孔装置整体方案;设计了自动封孔控制方法,对封孔器注浆通道和封孔通道参数进行了研究和设计;采用有限元方法,进行了封孔装置坐封动力学分析,并对封孔装置样机进行了钻孔坐封、注浆模拟试验。研究表明:研制的封孔装置整体式结构可以配套钻孔机器人抓取、安装、通道自动切换完成"两堵一注"自动化封孔;满足不同封孔长度、不同倾角钻孔的封孔要求;3通道结构满足坐封、排气、注浆、瓦斯抽采等工艺过程对压力和压力损失的要求;从动力学分析坐封胶桶与孔壁接触应力、与孔壁的轴向摩阻力以及封孔模拟实验结果看,该装置抽采通道负压损失小于2 kPa,坐封压力6 MPa时,封孔注浆压力可承受3 MPa以上,完全满足目前煤矿井下"两堵一注"封孔技术要求;通过对坐封压力、封孔注浆压力、抽采流量、抽采压力等参数的监测实现自动化封孔的可靠坐封。     

突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术

针对突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔现场存在的技术难题,以钻孔封孔技术理论为指导,研究开发了组合封孔器带压封孔技术。在井下现场实施过程中,进一步优化了封孔施工工艺。现场实践表明,利用组合封孔器和与之相配套的带压封孔施工工艺,可有效解决本煤层瓦斯抽采钻孔封孔不严的技术难题,从而大幅度提高突出煤层瓦斯抽采效果,为突出矿井顺利开展煤与瓦斯共采技术研究工作提供技术支撑。     

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。     

抽采钻孔封孔质量和漏气位置检测装置的研究

煤层瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出的主要技术措施之一,在国内外突出矿井中得到了广泛应用.抽采钻孔的封孔质量是影响抽采效率的重要因素之一,研究抽采钻孔封孔质量和漏气位置检测的方法和装置能够为抽采钻孔的轴向瓦斯运移规律研究、合理封孔深度和封孔方法研究提供理论和现实依据.本文介绍了一种瓦斯抽采钻孔封孔质量和漏气位置检测的方法和装置,结合在孟津煤矿的应用,证明该方法和装置能够有效的测定抽采钻孔封孔质量和漏气位置,可有效的指导抽采钻孔的封孔作业,提高抽采效率.     

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。     

钻隔封封孔技术在提高瓦斯安全抽采效率中的应用研究

为解决瓦斯抽采钻孔密封性差、漏风量大和伴生的破碎煤体自燃灾害,提出了新型钻隔封一体化封孔技术来对瓦斯抽采钻孔封孔。钻隔封一体化封孔技术通过注入柔性膏体封孔材料密封钻孔,钻孔内和钻孔周围煤壁喷涂黏性无机密封材料,来实现动态密封钻孔周围新生裂隙,隔绝破碎煤体与周围空气接触,提高瓦斯抽采浓度和降低破碎煤体自燃风险。煤矿现场试验表明,采用新型钻隔封一体化封孔技术后,瓦斯抽采钻孔周围煤体漏风大大降低,瓦斯抽采浓度较常规封孔的钻孔提高了2.3倍,钻孔内部温度降低了12.8℃,破碎煤体自燃风险大幅降低,切实保障瓦斯抽采工作安全高效进行。     

瓦斯抽采钻孔封孔质量检测技术应用研究

结合新景煤矿瓦斯抽采钻孔封孔工艺现状,引进了一种新型的瓦斯抽采钻孔封孔质量检测技术。在新景矿3号煤层强突工作面进行工业试验,通过对不同钻孔、不同孔深进行测试,分析抽采负压和抽采浓度变化情况,能够较准确判断煤层瓦斯抽采钻孔封孔质量问题,为矿方评价抽采钻孔封孔质量,改进封孔参数和封孔方式、提高瓦斯抽采率提供有力的技术保障。