压塞-粘液封孔工艺在浅孔抽采中的研究与应用

以浅孔抽采钻孔密封工艺为出发点,确定了煤岩作为等效连续介质注浆模型浆液的扩散半径,并基于Comsol multiphysics数值模拟软件对密封液在钻孔周围煤体裂隙中的渗透进行了模拟,分析了粘液在钻孔周围煤体中的渗流规律,开发了新型压塞-粘液封孔工艺,并在新丰煤矿25021回采工作面进行了现场试验,结果表明,瓦斯抽采浓度显著上升,抽采效率得到提高。     

粘液在煤层浅孔中的渗透规律

采用粘液密封钻孔周围裂隙是解决浅孔抽放过程中空气大量泄露的有效方法。针对目前浅孔抽放中粘液在卸压区煤体内渗透规律模糊不清,注液量没有明确量化标准的情况下建立了相关实验系统。通过对实验数据的整理及分析得到了粘液渗透面积与注液量的关系,为现场实施浅孔粘液封孔提供理论指导。     

瓦斯抽采钻孔围岩漏气流场分析及漏气位置测定研究

钻孔密封段漏气是降低钻孔抽采瓦斯浓度的主要原因。为分析钻孔围岩漏气流场分布特征并指导漏气位置确定,利用FLUENT软件对钻孔围岩漏气流场进行模拟分析,得出了不同钻孔密封条件下的围岩漏气分布及强度特征;同时,开发了钻孔束管式定点甲烷浓度检测装置,并给出了相应的漏气位置判定模型,并在现场进行试验分析。研究结果表明,钻孔密封深度和煤壁裂隙对钻孔密封段漏气具有明显控制作用,且高河能源W4301回风巷瓦斯抽采钻孔漏气主要由钻孔密封深度和长度不足及钻孔间距较小所致,增加钻孔密封长度后,平均单孔瓦斯抽采浓度可增加3～5倍,该研究成果对于快速分析钻孔漏气特性,并制定出相应的合理提浓措施具有重要的意义。     

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.     

承压三相泡沫瓦斯压力测定仪

瓦斯压力测定一直是个难题,尤其在煤层里测定更是难以保证。通过分析和模拟直接测定法中钻孔与封孔器之间的流体泄漏形式和影响因素,开发了承压三相泡沫瓦斯压力主动式测定仪,对煤层钻孔的裂隙有较好的密封,现场试验效果良好,取得了四钻孔平行测定、高度一致的好成绩。     

基于黄陵一号煤矿UDEC高位钻孔优化设计应用研究

为对黄陵一号煤矿工作面高位抽采钻孔参数进行合理优化,应用UDEC软件对工作面采空区上覆岩层的运移和裂隙延展进行了数值模拟,模拟得出了上覆岩层冒落带和裂隙带的裂隙延展范围;对高位钻孔抽采的最佳布孔层位进行了现场测定考察,结合数值模拟和现场考察结果,确定了两带的高度范围和高位钻孔抽采的最佳抽采层位,实现了对高位钻孔瓦斯抽采参数的合理优化。     

三相泡沫封堵钻孔裂隙特性试验研究

在分析三相泡沫流体密封原理的基础上,设计和完善了三相泡沫流体密封性能试验系统,并且针对三相泡沫流体组分、泡沫压力、裂隙孔道分布和裂隙面粗糙程度对密封的影响进行了深入研究,获得了利用三相泡沫体密封钻孔,主动法测定瓦斯压力的一些基础数据,对开发瓦斯压力主动测试仪具有重要意义。     

高水膨胀材料注浆工艺在瓦斯抽放钻孔密封中的应用

瓦斯抽放钻孔密封的根本是封堵钻孔周边的裂隙,包括巷旁泄压带里广泛发育的裂隙及钻孔径向的裂隙圈。高水膨胀材料具有高水灰比、高强度、迅速凝固、具有一定膨胀倍率的性能,结合手摇式注浆泵注浆封孔,能实现封孔成本低廉、操作简单、密封严密等3方面的要求。     

浆液在煤岩体裂隙中渗透规律的数值模拟

为了改善本煤层瓦斯抽采钻孔的封孔效果,解决本煤层瓦斯抽采钻孔封孔段易失稳的现实难题,通过数值模拟的手段,分析对比了单裂隙注浆和无裂隙注浆这2种方法中浆液的渗透范围,得出在钻孔单裂隙注浆中浆液的渗透以从裂隙面渗透为主,浆液能够很好的充填煤体中的裂隙。在此基础上,认为采用煤岩体注浆技术可以把某些可凝浆液注入到煤岩体的裂隙或孔隙中,使煤岩体形成强度高、抗渗性好、稳定性高的新结构体,从而改善煤岩体的物理力学性能,提高煤岩体稳定性,为本煤层瓦斯抽采钻孔的高效密封奠定基础。     

胶囊-水泥浆-聚氨酯联合带压注浆封孔测压技术

提出了胶囊-水泥浆-聚氨酯联合带压注浆封孔测压技术。该技术利用膨胀胶囊对钻孔初步密封,形成测压气室;在孔口用聚氨酯进一步封堵,然后在膨胀胶囊和聚氨酯封孔段之间进行带压注浆。浆液在压力作用下对钻孔周围裂隙进行填充封堵,有效防止瓦斯室内的气体通过钻孔裂隙泄漏,测压结果快速准确。     

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。     

新型瓦斯抽采钻孔注浆封孔方法及封堵机理

为研究封孔支护力对钻孔漏气量的影响，提出主动支护式注浆封孔原理并进行理论分析，得出了漏气圈截面积与漏气量的求解方程，并对影响漏气量的因素进行了分析。结果表明，漏气量随着封孔支护力和封孔段长度的增加而减小。提高钻孔的主动支护力并选择合适的封孔段长度可以减少钻孔漏气，提高抽采钻孔瓦斯体积分数和抽采纯量。据此设计了新型的注浆封孔装置，封孔初期，利用复合囊袋和注浆压力给钻孔壁施加1 MPa左右的支护力，水泥浆液可以充分填充钻孔周围的裂隙，有效阻止裂隙漏气。后期注浆材料凝固膨胀，再次对钻孔壁形成较大的支护力，又可有效预防封孔段收缩变形形成新的漏气通道，起到减小钻孔漏气量的作用。工程实践表明，与聚氨酯封孔方法相比，同等条件下，新型注浆封孔方法钻孔瓦斯体积分数提高162.2%，钻孔的瓦斯抽采纯量提高33.83%。     

深部低透煤层瓦斯抽采钻孔封孔方式研究

针对深部低透煤层瓦斯抽采钻孔封孔质量差的问题,分析了我国煤矿瓦斯抽采主要封孔方式技术特点以及存在的问题,认为巷帮及钻孔周围煤体应力“三带”分布、贯通裂隙发育情况及合理封孔深度的研究不够透彻,注浆压力和时间不足,钻孔应力失稳流动通道闭合、塌孔、淤塞等情况无法有效防治,是造成瓦斯抽采封孔效果不理想的主要原因。提出了研究扰动影响下钻孔周围煤体贯通裂隙发育情况,合理封孔深度,提高“两堵一注”囊袋堵头强度、注浆压力和时间,实施二次封孔以及孔壁支护等方面的改进对策,对深部矿井提高瓦斯抽采效率和安全生产具有重要的理论和现实意义。     

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。     

新型双阶段膨胀封孔注浆材料研究

针对目前封孔注浆材料存在析水、注浆后泄漏、凝固速度慢、凝固后收缩等缺点,借鉴高水材料和加气混凝土研究成果,以硫铝水泥熟料、石膏及生石灰为主料,柠檬酸、膨润土、铝粉及多种添加剂为辅料,通过三角坐标图、正交设计等实验方法,研发出一种新型双阶段膨胀封孔注浆材料。该材料与水混合后,在初凝点和终凝点之间通过有效加气反应促使料浆体积膨胀,实现对封孔注浆段浆液漏失的补偿及对钻孔周围裂隙的封堵;并可在凝固硬化阶段再次通过钙矾石结晶微膨胀实现对微细裂隙的进一步密封压实。性能测试表明,该材料具有高水灰比（1.2∶1）、速凝、早强、膨胀性好（可达15%）、强度适中、抗渗透性好等优点,且其凝结速度能够与施工进度良好吻合,在封孔注浆领域具有较好的应用前景。     

带压注浆封孔技术在金能公司的应用研究

 摘 要：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。     

胶囊式分段注浆止浆塞的研制

 本文介绍一种煤矿井下用的胶囊式分段注浆止浆塞的结构、工作原理和设计要点。止浆塞采用单管封孔注浆技术，封孔注浆系统简单。止浆元件选用钢丝膨胀胶管，承压能力高。试验结果表明：止浆塞设计合理，止浆效果好，并且体积小，重量轻，操作简单，适用于煤矿井下任意角度小口径深孔分段注浆。     

瓦斯抽采漏气失效钻孔修复技术研究

针对瓦斯抽采钻孔周围煤岩体裂隙贯通和封孔材料失效导致漏气,造成钻孔抽采瓦斯浓度和纯流量大幅度下降并无法达到抽采预期目标的问题,分析了造成钻孔漏气的主要原因,提出一种具有普适性的失效钻孔修复技术,即通过数值模拟分析得到应力增高区和原岩应力区的交界位置,并在此处施工环形缝槽,辅以“两堵一注”带压注浆封孔工艺,对失效钻孔进行修复处理。现场试验结果表明:失效钻孔修复后,平均抽采瓦斯浓度提高3倍以上,平均抽采瓦斯纯流量提高50%以上,并有效延长了钻孔服务寿命。     

瓦斯抽放钻孔封孔工艺改进及效果检测研究

 通过对瓦斯抽放钻孔传统封孔工艺研究分析,在实践总结的基础上,云盖山煤矿一矿改进封孔工艺,提出“矿用合成树脂、水泥浆加压注浆”联合封孔新工艺,并设计研制出瓦斯抽放钻孔封孔漏气检测装置确保钻孔封孔质量,从而简化了瓦斯抽放封孔操作工序,降低了瓦斯抽放封孔成本,保证了抽放钻孔孔口抽采负压,有效提高了矿井瓦斯抽放浓度,实现了矿井安全生产。     

突出煤层卸压增透后封孔技术研究与应用

为了解决突出煤层水力化卸压增透后,普遍存在瓦斯抽放钻孔塌孔严重、钻孔封堵难度系数大、抽采出的瓦斯浓度低、抽采衰减速度快、抽采钻孔经常出现一氧化碳等问题,传统的封孔工艺不能有效解决煤层中的裂隙对瓦斯抽采钻孔的影响,通过对高应力突出松软煤层封孔技术的研究,制定了八矿高应力松软煤层封孔工艺,提出了反压注浆封孔工艺方法。降低了瓦斯抽放钻孔漏气率、增强钻孔密封性、提高抽采浓度、消除钻孔自燃隐患,实现了瓦斯抽采最大化。