本煤层瓦斯抽采钻孔注浆材料优化试验研究

针对本煤层瓦斯抽采钻孔周边裂隙多、注浆效果差、抽采浓度低等问题,对注浆封孔机理及注浆液性能进行了分析,并通过13125本煤层钻孔注浆材料配比优化试验,得出高水材料注浆时间为水泥浆液单孔注浆时间的65%;高水注浆材料单孔成本最高仅为水泥注浆单孔成本的79%;高水材料注浆效果优于水泥注浆效果,最佳注浆配比为水料比9∶1。     

穿层瓦斯抽采钻孔封孔材料优化研究

为解决土城煤矿瓦斯底抽巷穿层抽采钻孔封孔质量差、抽采负压小、抽采浓度差的问题,采用了聚氨酯、水泥浆及高水材料3种封孔材料进行"两堵一注"封孔优化试验,通过试验发现:使用高水材料封孔抽采负压及钻孔瓦斯浓度基本不变;水泥浆液封孔抽采负压下降幅度20.1%,钻孔瓦斯浓度下降幅度40.3%,漏气相对较大;聚氨酯封孔抽采负压下降幅度55%,钻孔瓦斯浓度下降幅度68%,漏气严重;高水材料水料比在8∶1时,封孔效果最好,成本最小。     

区域赋水条件下瓦斯抽采特性及数值模拟

顾桥矿松软突出煤层4煤层受砂岩裂隙水渗入,瓦斯抽采受到影响,为了研究区域赋水条件下煤层瓦斯抽采规律,使用COMSOL Multiphysics模拟不同含水率下瓦斯压力变化及抽采半径。模拟结果显示,含水率为1.73%和5.68%时,抽采半径分别为3.1 m和1.8 m,含水率越高瓦斯压力降低梯度越小。通过现场试验研究不同含水率及应力综合影响下的煤层渗透率及吸附特性,经顾桥矿4煤层现场试验证明,赋水煤层瓦斯抽采半径降低了70.9%,瓦斯抽采初始浓度降低了50%,单孔瓦斯抽采含量降低了75%。     

抽采钻孔“三堵两注”固-液两相封孔技术

为了提高抽采钻孔封孔效果,在理论分析液相材料轴向和径向流动特征的基础上构建了“三堵两注”固-液两相封孔方法,并在现场对新方法的封孔效果进行了验证。理论分析表明：为了使液相材料顺利地进入钻孔周围的裂隙,需要及时补液保持液相材料压力;为了避免过多的流体材料漏失,液相材料需保持一定的粘度。试验研究证明,当膨胀土与水的比例为1∶4时,配置成的液相材料具有合适的粘度。最后,现场试验研究表明：抽采200 d后,试验钻孔的平均瓦斯抽采浓度为45.10%,比钻孔的平均瓦斯抽采浓度为25.88%提高了74.28%.“三堵两注”固-液两相封孔方法提高了密封质量,能大幅提升瓦斯抽采浓度。     

瓦斯抽采钻孔CF固化膨胀封孔材料性能研究

针对传统常见瓦斯抽采钻孔封孔材料中存在的固化收缩、初凝过快和强度不足等问题,为保证井下瓦斯抽采效果,研发出CF固化膨胀封孔材料。CF材料以普通水泥为主料,配入一定质量比的缓凝剂、稳定剂和膨胀剂,并与一定水混合搅拌后制成封孔浆液材料。测试对比了CF材料与普通水泥、聚氨酯及膨胀水泥在初凝时间、黏度、膨胀性能和强度4个方面的参数,并得出CF材料各成分配比的优劣性。研究结果表明:CF材料在料水比为5∶3、缓凝剂质量比含量为1.5%~2%、膨胀剂质量比含量为2%~3%下具有流动性较好、黏度较高、膨胀体积和稳定膨胀时间适中的特点,且具有较高的抗压强度,材料4种性能参数均优于其他常见封孔材料。     

井下采空区全尾砂充填材料试验研究

银鑫矿经过多年开采,井下形成较大采空区,为充填治理井下采空区,需要进行实验室充填材料试验。通过进行流动性和强度试验,并在室内和矿山井下采场中进行养护,优选得到最佳的充填料浆质量浓度和材料配比,确定了银鑫矿的充填工艺。结果表明,使用胶固粉G料作为胶凝材料,74%质量浓度、灰砂比1∶10可以达到3 d强度1 MPa以上;74%质量浓度、灰砂比1∶6可以达到28 d强度4 MPa以上,银鑫矿充填料浆在其井下采场条件下,充填体的强度明显降低,采场中的充填体强度只有室内试验试块强度的80%左右。     

瓦斯抽采钻孔非凝固材料性能与智能封孔装置研究

为了解决已有瓦斯钻孔封堵技术中固态封堵材料无法封堵次生裂隙、导致瓦斯抽采后期抽采效果急剧下降的难题,提出了一种操作简单、成本低廉、提高钻孔密封效果的瓦斯抽采钻孔密封方法,即通过注浆泵带压注浆的方法将一种非凝固的半流体封孔材料注入2段膨胀封堵材料形成的密闭空间内对煤岩裂隙进行封堵,同时为了配合非凝固浆液在井下需要长期保压的需求,研发了智能控制瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液封孔系统,这套系统通过对抽采瓦斯钻孔封孔状况进行自动监测,可以在钻孔压力下降到一定数值后自动补浆,形成动态持续封堵机制。重点介绍了研制的非凝固材料成分,主要有钠基膨润土和高岭土构成,还添加了粉煤灰,三聚磷酸钠和硅酸盐水泥材料。通过测试不同水灰比范围为5∶1至20∶1的浆液的流动度、析水率的变化情况,得到4组符合要求的非凝固材料浆液水灰比,分别是8∶1、10∶1、12∶1和14∶1,最后通过测试这4组水灰比浆液在纱网中的滞留百分比,确定了非凝固材料在井下使用的最佳水灰配比为10∶1,同时对研发的智能瓦斯封孔系统也进行初步介绍。在城郊煤矿的应用结果表明:使用该技术,钻孔瓦斯抽采浓度比原有水泥基材料封孔提高了62%,同时抽采时间延长2倍。证明该工艺技术具有良好的应用前景。     

充填配比方案优化的正交试验研究

为解决国内某铜矿充填分级尾砂供应量不足,充填料浆离析严重,充填体强度低的问题,应用正交试验展开了充填配比方案优化研究,试验以充填料浆质量浓度、灰砂比和细砂含量作为影响因素,以试块28 d单轴抗压强度、充填料浆泌水率和充填料浆扩散度作为试验指标,运用极差和方差分析法分析影响因素对试验指标影响的敏感性和显著性。试验结果表明：影响试块强度敏感性最强的因素是灰砂比,影响料浆泌水率和料浆扩散度敏感性最强的因素都是浓度;灰砂比对试块强度影响显著,浓度和细砂含量都对料浆泌水率影响显著（其中浓度影响最显著）,浓度对料浆扩散度影响显著。最终推荐充填配比方案为充填料浆浓度70%~72%,灰砂比1∶6~1∶8,细砂含量15%~20%;最优充填配比方案为充填料浆浓度72%,灰砂比1∶6,细砂含量15%。     

基于正交试验的全尾砂胶结充填材料配比优化

以某矿山全尾砂为骨料、水泥和粉煤灰为胶凝材料制作胶结充填材料,采用正交试验探讨了料浆质量浓度、灰砂比和掺灰量对充填材料泌水率、7 d和28 d抗压强度的影响程度,并确定了最佳的全尾砂胶结充填材料配比方案。研究结果表明:料浆质量浓度是影响充填料浆泌水率的主要因素,料浆质量浓度为71%和74%时泌水率小于15%可满足工艺要求;灰砂比对充填材料7 d和28 d抗压强度的影响最大,掺灰量次之,料浆质量浓度最小;确定的最佳配比方案为料浆质量浓度74%、灰砂比1∶4、掺灰量10%。     

基于低透气性煤层的二氧化碳爆破增透技术试验研究

为考察利用二氧化碳爆破增透技术对低透气性煤层瓦斯抽采效果的影响,采用理论分析研究了二氧化碳爆破增透技术对低透气性煤层的增透原理,并在20321工作面回风巷道进行了二氧化碳增透技术试验,对比分析了爆破孔间距分别为2 m和3 m时与爆破前的增透效果。试验表明,距离2m处的抽采孔瓦斯抽采浓度提高至5倍,抽采纯量提高至6倍,160min后瓦斯浓度衰减明显;距离3m处抽采孔瓦斯抽采浓度提高至4倍,抽采纯量提高至4倍,120min后瓦斯浓度衰减明显。     

穿层钻孔瓦斯抽采通管直连技术在孟津煤矿的研究与应用

为了解决孟津煤矿底抽巷穿层钻孔抽采浓度低、衰减快的技术难题,通过分析影响瓦斯抽采浓度提高的关键因素,通过工程试验和分析,优化了封孔段的长度和位置,确定了水泥的合理配比和用量;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。封孔器改进和工艺优化方面,将传统“两堵一注”式封孔器原返浆管优化为阻浆滤水纱布,由返浆改变为返水;去掉爆破阀,将传统“两堵一注”式封孔优化为“两堵两注”,最终将“两堵一注一返浆”工艺优化为“两堵两注一返水”工艺。结果表明:采用通管直连技术后,百米纯流量提升了6.8倍,抽采达标时间缩短了2个月,单孔封孔成本减少310元,全年可节省封孔费用100.75万元。     

不同瓦斯抽采钻孔封孔工艺封孔效果的现场试验对比研究

为了考察不同封孔工艺在低渗透煤层中的瓦斯抽采效果,通过现场瓦斯抽采试验,对比分析了传统封孔、自胀式封孔、袋装封孔、封孔器封孔以及主动承压式封孔5种封孔工艺的钻孔瓦斯浓度变化特征,介绍了主动承压式封孔工艺的工艺原理。结果表明:主动承压式封孔工艺的钻孔瓦斯浓度在抽采初期呈上升趋势,随后缓慢降低并稳定在70%左右,钻孔瓦斯浓度出现显著衰减的时间为70～80 d,高瓦斯浓度抽采的时间长达91 d,远高于相同条件下采用其他封孔工艺的抽采钻孔;此外,采用该封孔工艺的钻孔瓦斯浓度自孔底向孔口仅衰减14%,为各类封孔工艺中瓦斯浓度衰减最低的封孔方式。综合对比各类封孔工艺下抽采钻孔瓦斯浓度变化特征、瓦斯浓度显著衰减时间和高浓度瓦斯持续抽采时间等指标,采用主动承压式封孔工艺可以取得良好的瓦斯抽采效果。     

三软难抽煤层瓦斯抽采浓度偏低的影响因素研究

杨河煤业主采的二叠系山西组二₁煤层为全层构造煤发育,煤层渗透率低,属较难抽采煤层,普遍瓦斯抽采浓度偏低,抽采水平低下。通过对煤层结构、瓦斯赋存、封孔工艺的分析,找出三软难抽煤层瓦斯抽采浓度偏低的根本原因。采用瓦斯抽采工艺流程分源剖析法,对钻孔成孔质量、封孔质量、护孔筛管深度、抽采负压、抽采系统积水、抽采参数测试误差、抽采系统气密性等各项影响因素深入研究。分析得出煤层结构及瓦斯赋存条件对抽采系统瓦斯抽采浓度起着决定性作用,钻孔成孔质量、封孔质量对抽采浓度的影响起着关键的作用。分项剖析瓦斯抽采工艺流程的影响因素能够有效掌握影响抽采浓度的关键环节,使瓦斯抽采工作找到侧重点。     

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。     

新型高水材料封孔技术在新景公司的应用

针对新景公司3218工作面瓦斯抽采效果不好的问题,提出了一种新型高水材料瓦斯抽采封孔技术,并与传统封孔技术进行对比试验。该试验分别采用高水材料和水泥砂浆对钻孔进行封孔并对各参数进行比较。结果表明:高水材料的钻孔瓦斯浓度高于水泥砂浆的钻孔瓦斯,高水材料的瓦斯抽采达标时间比水泥砂浆的瓦斯抽采达标时间提前105 d,高水材料封孔的成本低于水泥砂浆封孔的成本。     

囊袋式“两堵一注”带压注浆封孔工艺关键参数技术研究

针对杨河煤业顺层钻孔存在封孔质量差、抽采浓度低和有效抽采时间短等难题，通过理论分析和现场试验，确定了杨河煤业囊袋式“两堵一注”带压封孔工艺技术参数，验证了囊袋式“两堵一注”带压注浆封孔技术在杨河煤业的适用性。试验表明，在考察时间内，试验组平均瓦斯抽采浓度提高了4.5%～13.5%，效果显著，同时减少了钻孔漏气，为下一步瓦斯抽采提供了可靠的技术支撑。     

新义矿顺层抽采钻孔合理封孔深度确定和应用

为了确定新义矿顺层抽采钻孔的合理封孔深度,在利用瓦斯解吸指标确定的卸压带宽度的基础上,在原始煤体区布置4组不同封孔深度条件下的试验钻孔,并在试验钻孔抽采不同天数时,使用抽采状态下孔内参数定点测量装置测定孔内4个特征点的瓦斯浓度和负压,分析钻孔轴向瓦斯运移规律;最后通过计算相邻特征点之间的漏气量比例大小,直观的反映出钻孔的漏气区域,综合分析确定了新义矿顺层抽采钻孔的合理封孔深度。通过在新义矿的现场应用表明,该封孔深度是可靠的,可以提高预抽瓦斯的浓度,保证较高的瓦斯抽采效率。     

“两堵一注”封孔工艺在银北矿区的应用研究

针对银北矿区抽采钻孔普遍存在封孔质量差、抽采浓度低及有效抽采时间短的难题，通过理论分析和现场试验，确定了“两堵一注”带压封孔的工艺技术参数。研究结果表明，赛瑞封孔剂结合“两堵一注”的封孔工艺克服了原封孔工艺中存在的弊端，加长了封孔深度和封孔长度，有效提高了煤层瓦斯的抽采效果，具有较好的适用性。     

九里山矿16131工作面穿层钻孔抽采异常现象分析

针对九里山矿16131工作面部分区域瓦斯治理过程中钻孔抽采浓度衰减迅速、抽采效率低的问题,通过现场调研、梳理分析,考察对比了矿井短时间内密集施工抽采钻孔、强化水力冲孔增透措施情况下穿层钻孔抽采浓度变化情况,分析了抽采钻孔大面积串孔漏气抽采异常现象,提出合理安排钻孔施工间隔、控制抽采钻孔冲孔煤量、加强抽采钻孔封孔管理等优化措施,为实现矿井瓦斯抽采、效率的最大化具有一定指导意义。     

1304工作面瓦斯抽采问题分析及技术优化措施

从抽放钻孔长度、钻孔成孔率、封孔质量以及抽采率等方面,分析了1304 T作面瓦斯抽采存在的主要问题,对原抽采工艺进行优化,采用了“风尘分离+泡沫抑尘”联合钻孔施工工艺,“本煤层交叉斜角钻孔+裂隙带高位钻孔”联合瓦斯抽采施工工艺以及PD新材料封孔工艺。优化后工作面及回风隅角瓦斯浓度控制在0.5%以下。