瓦斯抽放钻孔高密封性封孔材料的研究

 摘要：针对现有封孔材料密封瓦斯抽放钻孔性能不太理想的现状,研发了高密封性封孔材料—PD系列材料。使用FEI QuantaTM 250环境扫描电子显微镜对该封孔材料与钻孔煤壁的结合情况以及向钻孔周边渗透情况进行了观察、分析。建立了钻孔周边缝隙流体泄漏模型,并在潞安集团常村矿进行了瓦斯抽放钻孔的密封效果考察试验。现场试验结果表明：PD系列材料较原有封孔材料（如聚氨酯）,前者可有效提高抽放负压,增大抽采瓦斯浓度值和纯瓦斯流量均值,并能大大降低两个指标的衰减速度,达到高密封性的要求,从而实现瓦斯的持续高效抽采。     

瓦斯抽采钻孔新型柔性膏体封孔材料研究

为了提高瓦斯抽采钻孔的封孔效果,开发了新型柔性膏体封孔材料,测试分析了柔性膏体材料、PD材料、膨胀水泥3种封孔材料的黏度、膨胀性、渗透性能,结果表明柔性膏体在这3个参数上都优于PD材料和膨胀水泥。针对柔性膏体不凝固、渗透性能好的特点,开发了基于重力加载的持续性补浆封孔工艺。柔性膏体封孔材料和重力补浆封孔工艺应用于平煤十三矿,与传统封孔材料和封孔工艺相比,抽采孔平均瓦斯浓度从7.2%的提高到32%。     

PD材料保压式封孔工艺

钻孔密封一直是制约瓦斯抽采的难题,封孔材料方面经历了水泥砂浆,常规聚氨酯到无机材料的过程。封孔工艺也从常压封孔演变到保压封孔。PD材料是在现有材料的基础上,开发的新型密封材料,既有水泥砂浆的可渗透性、致密性,又具备聚氨酯材料的膨胀性。保压式封孔工艺可以帮助材料在钻孔里向周围裂隙渗透,提高对周围裂隙的封堵效果。现场实验发现,PD材料相对聚氨酯材料,具有较好的抗衰减性,尤其在封孔15 d后,效果较好;同样保压封孔工艺相对常规工艺,抽采效果更佳理想,浓度提高近70%。     

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。     

PD材料在瓦斯抽放钻孔封孔中的应用

针对聚氨酯封孔存在的不足,双柳煤矿实验了一套全新的封孔方法,采用PD材料封孔,有效提高了抽放钻孔的封孔质量,提高抽放效果。     

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。     

自制膨胀材料在发耳煤矿瓦斯抽放钻孔封孔中的应用

自制膨胀封孔材料既具有聚氨酯发泡材料膨胀的性能,又具有水泥材料致密、强度高、粘接性能好的优点,且成本价格较低。自制膨胀材料通过自身的膨胀能够有效地填充钻孔周边裂隙圈,能达到较好的封孔效果,10个试验孔60 d内平均瓦斯体积分数高达71.3%,比矿方采用普通水泥的封孔工艺60 d内平均体积分数提高了17.4%。     

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。     

高水材料型瓦斯预抽钻孔封孔材料膨胀应力的试验研究

目前我国煤矿瓦斯预抽效果欠佳,其主要原因之一是瓦斯预抽钻孔的封孔质量差。膨胀应力大的封孔材料其内部结构必然致密,而且可以避免封孔材料本体与钻孔壁之间产生空隙,还可以对钻孔围岩产生支撑作用,抑制钻孔围岩裂隙的产生。通过分析封孔材料的约束状态开发了封孔材料膨胀应力测定试验的新方法。利用新开发的试验方法测定了龄期、水灰比、材料尺寸和矿渣硅酸盐水泥（PSA）等对高水材料型封孔材料膨胀应力的影响。结果表明:高水材料型封孔材料的膨胀应力随龄期的延长而增大并在一定龄期达到稳定;水灰比越小,封孔材料的膨胀应力越大;尺寸越大,封孔材料的膨胀应力也越大;掺入PSA导致封孔材料的膨胀应力降低。     

煤层瓦斯抽采钻孔高效封孔材料研究与应用

我国煤层瓦斯抽采主要以钻孔抽采为主,封孔材料性能决定了封孔质量。针对现有封孔材料存在的不足,研究了一种新型高效的瓦斯抽采钻孔封孔材料。该材料结合了聚氨酯膨胀倍数大、密封性好和PUA优异的物理及化学特性,具有抗压强度大、粘结性强等特点。在临县华烨煤矿井下的现场试验验证了该封孔材料的高密封性,市场前景广阔。     

本煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究

针对平煤集团十矿本煤层瓦斯抽采浓度偏低、钻孔有效抽放周期短的技术难题,在分析煤体特征的基础上,结合现有注浆工艺技术,提出了带压封孔的技术方法。阐述了带压封孔的基本原理,通过理论分析,确定了带压封孔工艺技术参数,3个月的工业性试验结果表明：应用带压封孔技术可提高本煤层瓦斯抽放浓度30%～55%,并可延长抽采钻孔的有效抽采时间40 d左右。     

巷道围岩应力变化规律及其对封孔质量的影响作用

 摘要：封孔质量与巷道围岩应力变化规律关系密切,对准确测定煤层瓦斯压力具有十分重要的作用。本文应用FLAC软件建立了巷道岩体模型,模拟了巷道周围不同位置点围岩应力的变化特征,提出了封孔最小长度应超过围岩应力变化趋于平衡点位置的观点;分析了围岩应力变化对封孔质量的影响,通过曲线拟合得出了封孔最小长度随围岩应力呈幂函数变化的规律,并与现场封孔的实测数据进行了对比验证。研究结果对现场准确封孔测压具有十分重要的理论指导意义。     

带压注浆封孔技术的研究应用

针对瓦斯抽采钻孔普遍存在封孔质量差、漏气严重等问题,提出了带压注浆封孔技术,能有效封堵钻孔周围裂隙、提高封孔质量,并在神华宁夏煤业集团有限责任公司金能煤业分公司进行了对比试验。结果表明,带压注浆封孔技术比原封孔工艺瓦斯抽采浓度提高25%~40%,效果显著。     

瓦斯抽采钻孔喷孔防护装置的研制与应用

针对松软且地应力较高的突出煤层中钻孔施工时,易发生钻孔喷孔,导致瓦斯超限和煤粉突出的问题,设计了一种钻孔喷孔防护装置。该装置由钻孔封孔装置、连接装置、气水分离器3部分组成,将喷出的高浓瓦斯直接抽入矿井瓦斯抽放管中,水和煤渣进入收集系统,实现气（瓦斯）、水（打钻水）、渣（煤矸渣）的有效分离。经过松藻煤矿现场试验证明,使用该装置后,平均穿煤时间增加79.1%,平均穿煤深度增加114.7%,钻场瓦斯体积分数0.15%～0.25%,远低于1%的瓦斯允许浓度。     

煤矿大口径投料孔施工

同忻煤矿为提高材料输送效率,采用投料孔,将砂石、混凝土等材料直接投送到井下。投料孔位于北三盘区,直径350mm,孔深517m,地质条件复杂。通过控制成孔工序,优化钻进参数,合理使用泥浆,及时测斜纠斜,严格控制下管固管质量等一系列技术措施,保证了投料孔实现安全快速施工。     

聚氨酯封孔材料双液混合均匀度CFD模拟

聚氨酯材料是目前煤矿钻孔密封应用最广泛的材料之一。双液聚氨酯在用封孔泵注入钻孔前,先要在静态混合器中混合,其混合效果对于聚氨酯的封孔质量来说非常重要。利用数学方法建立了基于混合不均匀度和样本方差的混合效果评价指标,在前人研究的基础上,设计了一种适合聚氨酯封孔材料混合的静态混合器。同时运用Fluent数值模拟软件,考察聚氨酯在混合器内的混合效果,进而对静态混合器的结构参数进行优化。     

本煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究与应用

瓦斯抽放钻孔的封孔深度直接影响抽放效果,合理封孔深度确定的原则就是要最大限度抽出煤体中赋存的瓦斯,提高抽采浓度,避免封孔材料的浪费,同时有利于煤体的卸压。通过现场实测钻屑质量以及打钻过程中的动力现象,确定煤体的应力分布,通过测试不同封孔深度下的抽采瓦斯浓度,确定了瓦斯抽采钻孔合理封孔深度。应用表明:平煤四矿己₁₅-23130回风巷道的合理封孔深度为9～12 m。     

测压钻孔三相泡沫密封液的试验研究

为选择合适的封堵钻孔裂隙三相泡沫,通过对3种发泡剂、4种稳泡剂和3种不同粒径范围固相填充物的试验研究,得出了发泡倍数高、稳定时间长和携带固体物能力强的三相泡沫密封液材料配比,即：水溶液质量比0.4%的发泡剂FP-1、1%的稳泡剂WP-3和4%的粒径范围0.2~1 mm的混合固相填充物。现场应用试验表明,该材料配比的三相泡沫封堵测压钻孔裂隙,具有封孔时间短、测定过程快、测定值准确性高等特点,对提高瓦斯压力测定水平具有重要意义。