可拆卸定点取样装置在高突低透气性煤层中取样工艺优化研究

煤矿瓦斯治理过程中,瓦斯赋存情况能否准确掌握,直接影响着瓦斯防治效果。针对发耳煤矿高突低透气性煤层瓦斯赋存特点,引进优化改进后的可拆卸定点取样装置进行现场对比试验,以寻得适用13_-2~#煤层的最佳取样方式,保证取样的有效性,提高瓦斯含量测定的准确性。在同等条件下,通过改变取样钻孔倾角,发现上向孔取样效果优于下向孔,且取样钻孔倾角过大时,取样效果明显降低;在同等条件下,通过改变取样深度,发现随着取样深度的增加,取样效果逐渐降低,当取样深度大于100 m时,所取煤样不能有效保证瓦斯含量测定所需煤样。同时,为了保证可拆卸定点取样装置取样的最大效果,取样钻孔设计应考虑压风管风压、钻孔倾角和取样深度,取样过程中应保证钻杆-钻杆、钻杆-尾辫之间的密封性。     

深孔定点取样技术在平煤十矿的应用研究

煤层瓦斯含量是煤矿瓦斯防治的基础数据,煤层取样是现场瓦斯含量测定的关键。在平煤十矿戊8.9-20230和丁5.6-21180工作面进行了定点取样研究,采用深孔定点取样装置和孔口接粉两种方式进行取样,分别测定瓦斯含量并进行了对比分析。考察了深孔定点取样技术在平煤十矿取样的适用性,结果表明:深孔定点取样技术可实现定点、快速取样,取样深度达到72 m,取样时间控制在5 min以内。利用深孔定点取样技术取样进行瓦斯含量测定,可有效提高煤层瓦斯含量测定的准确性。     

基于SDQ-63型深孔定点取样装置的回采工作面瓦斯含量合理取样深度研究

不同钻具及不同煤层赋存条件下的取样深度不同,为确保瓦斯含量测定的可靠性和准确性,并为工作面布置提供依据,对回采工作面的合理取样深度进行了研究。通过仿真取样实验研究了反循环取样装置的最大取样深度,并以贵州某矿12033回采工作面为例,基于SDQ-63型深孔定点取样装置,通过现场考察确定3#煤层上向孔的合理取样深度为110 m、下向孔为94 m。     

深孔定点取样技术在大湾煤矿的应用研究

瓦斯含量是瓦斯防治的基础依据,取样是现场含量测定的关键。在大湾煤矿西井X11101工作面进行了定点取样研究,采用深孔定点取样装置取样和孔口接粉2种方式进行取样,分别测定瓦斯含量并进行了对比分析。考察了深孔定点取样技术在大湾煤矿取样的适用性。结果表明:深孔定点取样技术可实现定点、快速取样,取样深度已达到87 m,取样时间控制在5 min以内。利用深孔定点取样技术取样进行含量测定可有效提高煤层瓦斯含量测定的准确性。     

深孔定点快速取样技术在钻屑瓦斯解析指标 K1值测试中的应用

钻屑瓦斯解析指标K1值是综合反映煤层瓦斯含量及卸压初期瓦斯解吸速度大小的指标,是确定煤层局部突出危险性程度的关键参数,对煤与瓦斯突出灾害防治起到了重要作用。本文针对煤矿采用麻花钻杆机械排渣取样方法取样测试K1值过程中存在的无法准确确定取样位置和煤样暴露时间,有效测试深度浅,现场测值与实际情况误差较大等问题,利用基于反循环钻进原理研发的深孔定点快速取样技术及装置对K1值合理有效取样测试深度进行了研究。研究结果表明：深孔定点快速取样技术利用双壁钻杆的中心管将钻孔底部煤样快速排出,所取煤样中未掺混钻孔壁上的煤粉,达到了定点取样的要求,保证了测定煤样的有效性,且取得足够数量的煤样时间不超过2min,有效降低了煤样暴露时间,可以有效提高时K1值的有效测定深度及测定结果的准确性,在仲恒煤矿和湾田煤矿采用深孔定点快速取样技术可增加钻屑解吸指标K1值有效测试深度至30m。     

煤层瓦斯含量测定方法优化及现场应用

针对现有瓦斯含量测定过程中存在问题进行了分析,研制出了反循环定点快速取样装置,该装置包括取样钻头、双套管钻杆、双通道汽水龙头、煤样收集装置等。装置采用端头杆一端与取样钻头相连,另一端与双套管钻杆连接;通过钻机驱动双壁钻杆带动取样钻头旋转产生煤渣,利用压风在钻孔底形成压风涡流,将煤样带入双壁钻杆内管吹出进入采样装置。同时利用CHP50M煤层瓦斯含量快速测定仪对收集的煤样进行测定,通过对煤层瓦斯含量测定进行优化的现场应用结果表明：取样时间小于3 min,取样深度大于100 m,取样成功后3~5 min后立刻得到煤层瓦斯含量结果,优化了煤层瓦斯含量测定方法。     

穿层钻孔直接测定煤层瓦斯含量取样工艺研究

煤层取样是直接法测定煤层瓦斯含量的重要环节。目前穿层钻孔直接测定煤层瓦斯含量,采用取心法进行取样,取样过程存在操作时间过长、瓦斯损失量大的缺点,导致测定煤层瓦斯含量值不准确。现场试验表明,孔口直接取煤样,并将煤样进行筛分,选取1~2 mm粒度的煤样测定煤层瓦斯含量更为准确。     

深孔定点取样装置在中岭煤矿的优化应用

以中岭煤矿一井12033工作面为试验点对深孔定点取样装置进行了效果考察。根据初期取样结果对取样装置进行了优化研究,由数值模拟结果及后期取样效果可知:6喷嘴与8喷嘴喷射器串联内嵌于取样尾辫时所产生的负压最大,可达到-11 164 Pa,优化后的取样装置最大取样深度达102 m,取出煤样较多且取样时间不超过5 min,符合取样技术要求,适用于中岭煤矿的取样需求,优化后的取样装置更具推广价值。     

煤层气井抽采效果井下长距离取样检测技术研究

针对地面井煤层气（瓦斯）参数测定因工程量大、周期长、成本高而难以大规模实施的难题,探索采用井下长距离密闭取样技术进行煤层气井抽采前后瓦斯含量测定。根据地面井抽采效果评价需要,在潘一东矿井下布置4个不同深度钻孔,采用井下密闭取样技术及装置,配套大功率定向钻探设备和便于密闭取样的泥浆脉冲测量系统进行取样测试。针对淮南矿区碎软煤层钻进遇水易发生喷孔、塌孔的现实,提出以压风代替压水用于钻孔排渣和冷却取样钻头的取样钻进工艺;设计加工防逆流型的内合金与外复合片组合取样钻头,提高碎软煤层煤心采取率和密闭取样装置密闭效果。密闭取样瓦斯含量测试结果显示,水平井段平距32～79 m范围的吨煤瓦斯含量降低量达到3.91～7.31 m3/t,且地面井抽采影响区呈现距离水平井段越近瓦斯抽采效果越好的总体趋势。研究表明,通过密闭取样钻头、密闭式取样钻进和打压工艺等方面的改进与优化,井下长距离密闭式取样技术在碎软煤层中应用取得显著效果,试验成果为地面井煤层气井抽采效果考察提供了合格的煤层气含量等参数测试样品,也为地面煤层气井抽采效果井下长钻孔定点取样考察技术的开发奠定了基础。     

反转密封取样装置

直接法测定煤层瓦斯含量中,如何减少或准确推算损失瓦斯量是一个亟待解决的问题。从缩短取样过程中煤样暴露时间角度出发,设计了一种反转密封取样装置,并在祁南煤矿715底板巷24#钻场进行了现场试验。结果表明:该装置能够取到碎屑状煤样,且在取样完成时能够完成对煤样的密封,井下无需转移煤样,直接通过煤样筒利用快接装置进行井下解吸;与传统的岩芯管取芯相比,反转密封取样能够极大缩短取样过程中煤样的暴露时间,井下30 min瓦斯解吸量明显增大,减小了取样过程损失瓦斯量,能够提高直接法测定煤层瓦斯含量的准确性。     

利用“解吸法”测定钻孔煤层瓦斯含量

用“解吸法”测定煤层瓦斯含量的方法、钻孔取样时间、解吸量分析、瓦斯在煤导台赋存量分析、赋存形态和流动认识、瓦斯与盖层厚度、煤岩性关系。     

反循环原位快速取样技术在煤层瓦斯含量准确测定中的应用研究

瓦斯含量测值的准确度是影响矿井瓦斯防治措施制定与实施的关键因素,而实现原位快速取样则是准确测定瓦斯含量的前提条件,为研究不同取样方式对瓦斯含量测值的影响,以仲恒煤矿1320_-11工作面的20_-1^#煤层为例,利用基于反循环钻进原理研发的原位快速取样技术及装置,对相同深度下反循环原位快速取样与孔口接粉取样方式所采取煤样粒度分布情况进行对比分析,对不同取样方式所采取的煤样利用直接法进行可解吸瓦斯含量测定对比分析,并对不同暴露时间、不同煤样粒度对瓦斯损失量的影响进行了实验室分析。结果表明:原位快速取样技术所取样品不受孔壁残粉影响,取样时间短、暴露时间少,煤样粒度大、瓦斯含量测定结果准确性更高。     

定向多分支长钻孔治理瓦斯技术体系研究及应用

为实现煤层瓦斯的高效率、低成本治理,对定向长钻孔“两堵一注”定点定长带压封孔测瓦斯压力技术方法进行了改进,研制了深孔定点密闭取样装置,优化了定向长钻孔强化抽采增产技术,进而形成了定向多分支长钻孔治理瓦斯技术体系。开展了现场工程试验,结果表明：在永夏矿区地质条件下定向多分支长钻孔成功施工深度达630 m以上,所研制的深孔定点密闭取样装置能够完成632 m钻孔的密封取样,密闭取样装置结构合理;实测试验区域煤层瓦斯含量、瓦斯涌出初速度、钻屑量结果一致性较好,测试结果可靠性满足要求;掘进过程中瓦斯涌出量与掘进速度呈明显的正相关关系,且瓦斯涌出量最大值位置与瓦斯含量、区域验证指标最大值区域位置一致,证明了定向多分支长钻孔治理瓦斯技术体系的可靠性。     

取样过程中损失瓦斯量推算模型研究

根据取样测定煤层瓦斯含量过程中损失瓦斯量难以准确推算的难题,在实验室对吸附平衡绝对瓦斯压力1.5 MPa、实验温度20℃条件下的1³ mm粒径煤样瓦斯解吸过程进行了模拟测试。利用SPSS软件对测试数据进行回归分析,结果表明:指数模型不但能较好描述瓦斯解吸过程,还能准确地推算取样过程中损失的瓦斯量,并建立了取样过程中损失瓦斯量推算模型。根据建立的模型和实验数据,得出暴露时间在3 min以内时,模型推算的损失瓦斯量误差小于10%,利用模型进行损失瓦斯量推算时,取样时间应控制在3 min以内。利用实验室和现场测试数据分别对建立的模型进行了验证,验证结果表明:利用建立的模型进行推算取样过程中的瓦斯损失量时,误差为1.68%3 mm粒径煤样瓦斯解吸过程进行了模拟测试。利用SPSS软件对测试数据进行回归分析,结果表明:指数模型不但能较好描述瓦斯解吸过程,还能准确地推算取样过程中损失的瓦斯量,并建立了取样过程中损失瓦斯量推算模型。根据建立的模型和实验数据,得出暴露时间在3 min以内时,模型推算的损失瓦斯量误差小于10%,利用模型进行损失瓦斯量推算时,取样时间应控制在3 min以内。利用实验室和现场测试数据分别对建立的模型进行了验证,验证结果表明:利用建立的模型进行推算取样过程中的瓦斯损失量时,误差为1.68%¹0.97%,平均为6.98%,能够满足工程需要。     

煤层瓦斯含量直接测定取样技术研究进展

煤层瓦斯含量的精准测定是煤矿瓦斯灾害防治和瓦斯利用的前提,“保真”取样技术的发展是精准测定煤层瓦斯含量的关键。基于前期研究及文献调研,回顾了煤矿井下煤层瓦斯含量测定取样技术的发展历程,分析了当前我国井下煤层瓦斯含量直接测定取样的代表性技术的原理、技术特点,以及工程应用中的适用条件和攻关难点。深孔定点取样技术解决了取样时间、取样粒度、煤样的原位采集等问题,长距离密闭取芯技术满足了长距离一孔多次测定的瓦斯超前精准探测和区域瓦斯抽采效果评价的需求,低温冷冻取样技术能够抑制煤样瓦斯解吸的温度影响。对煤层瓦斯含量直接测定取样技术的发展趋势进行了展望,认为可视化取样、实时控温、保压取样等工艺发展能够减少测量误差,指出了科技攻关随钻孔内原位测定技术的必要性。     

瓦斯含量法预测突出危险新技术

介绍了瓦斯含量直接快速测定工艺装备和基于瓦斯含量指标突出危险性深孔预测等方面研究所取得的新成果.利用新开发的取芯装备直接在井下取芯测定煤层瓦斯含量,取样深度超过了50 m,瓦斯含量测定时间一般不超过8 h.经过理论分析、数值模拟和现场考察对比试验结果表明:采用瓦斯含量指标预测突出危险性具有良好的敏感性,瓦斯含量指标预测突出危险在技术上是可行的.     

中风压钻进技术在本煤层瓦斯抽排钻孔施工中的应用

针对松软突出煤层本煤层瓦斯抽排钻孔风压钻进的风压低、钻进深度小问题,基于风压钻进基本原理,提出中风压钻进技术工艺流程,集成配套中风压钻进系统和钻具等配套设备,并进行工业性试验。结果表明,与普通钻进技术相比,松软突出煤层本煤层瓦斯抽排钻孔的中风压钻进技术能有效减少钻孔施工时间,提高钻孔成孔率和钻孔深度;并指出了该技术在实际应用中存在的问题及解决方法。中风压钻进技术为松软突出煤层本煤层瓦斯抽排钻孔施工和瓦斯治理提供了一种新的途径。     

基于梳状定向钻孔的碎软煤层瓦斯含量测定取样技术北大核心

针对碎软煤层瓦斯含量测定取样时存在的取样深度浅、取样位置不可精准测控、瓦斯气体损失量大等不足,提出了基于梳状定向钻孔的碎软薄煤层瓦斯含量测定取样方法,介绍了其技术原理、工艺流程和技术优势,研究选配了矿用密闭取心装置、定向钻机、泥浆泵车等钻进与取样装备,开发了主孔双动力复合排渣定向钻进、探查分支孔随钻煤层探查、取样分支孔密闭取心等关键技术。在祁东煤矿94采区碎软煤层开展了现场试验,完成梳状定向钻孔2个,进行密闭取心3次,取样成功率67%,最大取样深度达484 m,查明了目标煤层赋存情况和瓦斯含量。     

基于孔隙-裂隙双重介质模型的抽采合理布孔间距研究及应用

瓦斯抽采钻孔布置间距对矿井瓦斯治理具有及其重要的意义,为提高瓦斯抽采率,利用Comsol数值模拟软件对煤层瓦斯抽采钻孔的有效抽采半径及钻孔布置间距进行了模拟试验,并在现场进行应用验证。结果表明：瓦斯抽采钻孔有效抽采半径随抽采时间的变化曲线符合对数变化规律,抽采时间在30～60 d时抽采半径增长最为迅速,60～120 d增长缓慢,120～180 d趋于稳定,且稳定在2 m;三钻孔叠加抽采效应下的合理钻孔布孔间距应在2.77～5 m;现场考察钻孔最大残余瓦斯压力0.20 MPa,最大残余瓦斯含量1.932 m³/t,均达到瓦斯抽采标准,可以达到瓦斯治理的目的。     

基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究

为考察坪上煤业主采3号煤层的合理抽采钻孔间距,利用瓦斯在煤层中的运移和渗流规律,结合实测煤的参数条件,在相同的抽放负压、抽放时间等影响条件下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了不同钻孔间距时所抽煤层在抽采时间为400 d时钻孔影响范围内煤体瓦斯含量变化规律,得出了满足抽采时间条件下的合理钻孔间距为5 m。结合矿井2305（上）回采面巷道内开展了不同钻孔间距实测,在相同的瓦斯地质参数及抽采系统条件下,连续抽采且观测时间达到400 d时各钻孔的瓦斯抽采纯量和钻孔浓度变化。确定了在抽采时间达到400 d时,抽采钻孔间距为5 m时的钻孔瓦斯浓度为35%、流量为0.04 m3/min,受抽采系统影响明显;而间距在6 m的钻孔的流量和浓度仍保持自然衰减特征。模拟和现场实测均验证了该矿瓦斯抽采钻孔间距布置以5 m最佳,该研究为实际生产过程中确定合理的钻孔间距提供理论依据,为矿井瓦斯抽采布局及瓦斯治理提供了技术保障。