柱塞活塞直径比对高压脉动水锤装置峰值压力的影响

研究柱塞活塞直径比对脉冲压力波压力峰值的影响,选用4组不同直径的柱塞,采集并分析各组柱塞下装置出口压力的瞬态值和柱塞的运动速度,确定使得装置峰值压力最大的柱塞结构范围,其柱塞活塞直径比在1/3和1/2之间。     

高压脉动水锤装置理论峰值压力

高压脉动水锤装置是一种能够产生压力冲击的设备,它通过弹簧蓄能并瞬间释放这种能量,在流体管路中激发压力冲击。根据运动过程分析对其建立能量方程,通过合理的简化处理,得出冲击峰值压力的理论计算公式,并利用实验数据分析其影响因素,证明活塞密封摩擦阻力的影响较大,从而为煤层脉动注水的压力计算提供了理论支持。     

煤层高压脉动注水装置增透机理及脉冲特性研究

从理论上分析了脉动水力锤击煤层的激发机理,针对煤层透气性能差、瓦斯抽采效率低等问题,进行了高压脉动水力锤击注水技术研究,生成波函数曲线,建立起波函数。脉冲波以交变应力的形式对煤层中的孔隙和裂隙进行干扰,使煤层孔隙扩展和延伸,以此改变煤层的透气性,对改善瓦斯抽采效果、进一步理论和实验研究煤层注水技术有一定的参考价值。     

脉冲式注水防治综掘工作面粉尘技术及应用

煤层注水是从源头减少煤巷综掘工作面煤尘的治本性措施,然而一些低透气性、高硬度煤层严重影响煤层注水效果,基于解决低透气性煤层注水除尘困难的问题,提出了脉冲式煤层注水方法。以煤巷综掘工作面为研究对象,对煤层脉冲式注水除尘技术进行现场试验,通过现场试验发现在压力8 MPa、频率20 Hz时注水效果最好。对注水后煤层进行采样分析,发现其水分增量与湿润范围明显增大,对比不注水的情况下浮尘达到稳定状态的距离提前了12 m左右,工作面粉尘量降低了70%左右,煤体含水率也显著增加。     

水系体积对水锤注水装置压力峰值的影响

实验的目的是探究水系的体积变化对煤层高压脉动水锤注水装置工作时产生的峰值压力的影响;通过实验发现随着水系体积的增加,压力波在管路中传播的时间延长;从高压缸出口到管路末端的压力衰减程度增大;高压缸出口处压力波峰值压力减小。     

采用高压脉动水锤注水法防治采煤工作面粉尘

为了解决低透气性煤层注水降尘难的问题,提出了一种新型煤层降尘方法——高压脉动水锤注水。该方法以水为载体,对煤层施加周期性的脉冲压力波,增裂并连通煤层原有孔隙,增加煤层有效孔隙,改善注水效果。现场试验表明,该方法可以克服传统注水方法流量逐渐降低的问题。对注水后的煤层采样发现,相比传统静压注水,其水分增量和湿润范围明显增大。经测定,采用高压脉动注水后,工作面粉尘量降低60%,有效地改善了井下工作环境。     

脉动水锤增透技术对煤体有效孔隙率影响实验研究

煤体的有效孔隙率与煤层的增透效果密切相关。针对这一特性,以透气性较差的难注水煤层为研究对象,研究脉动水锤增透技术在不同注水压力下对煤体有效孔隙率的影响。实验表明:采用常规静压注水时,煤体有效孔隙率数值较低,随注水压力的升高,其增长幅度较小;采用脉动水锤增透技术后,在较低的注水压力时,煤体就具有较高的有效孔隙率,增透效果明显,且在整个注水过程中,煤体能够保持很高的有效孔隙率。     

高压脉动水锤装置动态特性的仿真研究

介绍新型煤层注水设备高压脉动水锤装置的结构原理,进行受力分析,借助Matlab/Simulink构建仿真模型,将仿真结果与实验结果进行比较,验证仿真可行性。进一步仿真分析主弹簧刚度的影响,结果表明:主弹簧刚度从2 250 kN/m减小到1 000 kN/m,装置输出的峰值压力和稳定压力都增大。     

高压脉动水力锤击煤层注水技术研究

针对透气性较差的煤层采用传统方法注水效果差、湿润范围小的问题,提出高压脉动水力锤击注水新方法。分析了脉动注水作用于煤层的机理,并在大屯姚桥矿8号煤层进行现场试验,测定了高压脉动水锤注水后煤层注水孔两侧20 m范围内煤样水分增值。通过考察煤层的水分增值、湿润半径及粉尘浓度,发现与静压注水相比,经水锤裂化后的煤层湿润均匀,平均水分增值是静压注水的5.5倍,湿润范围至少扩大1倍,粉尘浓度在静压注水基础上降幅最高达28.57%。     

煤层高压脉动水锤器的脉冲特性研究

从理论上确定了高压脉动水锤装置峰值压力的大小及脉动水力锤击波的传播速度,分析了主弹簧的性能参数,设计试验测定了高压缸的压力,结果表明,在0.0044s内,装置峰值压力由2.77MPa激增至14.0MPa;供水压力为4MPa时,能够产生17MPa脉冲波。此脉冲波以交变应力的形式作用于煤体,能够改变煤层孔隙网络的通透性。     

高地压低孔隙率煤层注水工艺设计

为了解决高地压低孔隙率煤层注水困难的问题,分析了煤层注水润湿煤体的过程,研究设计了添加渗透剂和高压预裂波动式注水方式,应用于高地压区低孔隙率煤层注;并在星村煤矿E3101东工作面实际应用,分别优设了适用于该工作面的注水用渗透剂、注水工艺参数。结果表明:E3101东工作面应用后,平均每孔多注水超过53 m3;全尘、呼尘的平均降尘率分别为32.9%、33.8%;虽然矿震频繁发生,但每次矿震释放的能量均在105 J以下,在回采过程中未发生冲击地压;工作面、回风隅角和回风流温度分别平均降低了1.075、0.525和0.475℃。采取这些措施提高了E3101东工作面的煤层注水量,取得了较好的降尘、防治冲击地压和降温效果。     

单一低透煤层脉动水力压裂脉动波破煤岩机理

针对单一低透气性高瓦斯煤层瓦斯抽采困难的现状,采用理论研究、物理实验和现场测试相结合的方式,研究了高压脉动压裂过程中脉动应力波的产生、传播及对煤岩体的破坏机理,通过实验室试验,研究了脉动压裂与常规压裂的不同。研究表明：脉动应力波的反射与叠加使某些位置应力增大,某些位置应力减小,加之煤岩体的能量积聚作用,可以以较小的脉动压力产生比较大常规压力更好的压裂效果。应用该原理开发了高压脉动压裂卸压增透技术,经现场实施表明：脉动压裂起裂压力为8 MPa,为常规压裂起裂压力的1/2,压裂影响半径为8 m,脉动压裂后单孔瓦斯抽采量为普通抽采孔的3.6倍,最高为50 L/min,抽采流量为未压裂孔的4倍,是常规压裂孔的1.2倍。     

高压水射流技术在低透气性松软煤层瓦斯抽放中的实验研究

针对低透气性松软煤层中瓦斯抽放效率低的问题,采用高压水射流技术在煤层中进行了增加煤层透气性的实验。实验采用在钻场瓦斯抽放钻孔中进行高压水射流割缝的措施,把煤体割缝破碎后,进行封孔抽放。实验结果表明这个措施能有效提高瓦斯抽放效率,提高煤层的透气性,使抽放后煤体残存瓦斯量降得更低,也减少了瓦斯灾害事故的发生概率     

脉冲射流割缝控制压裂技术关键参数研究及应用

为解决常规水压裂缝受地应力影响,导致扩展形态单一、易在裂缝两侧遗留增透空白带等问题,结合脉冲射流破煤岩特点与缝槽-孔隙水压联合诱导裂缝定向扩展作用,研究了煤矿井下脉冲射流割缝控制压裂技术。通过冲击应力波效应分析了脉冲射流充分利用水锤压力高效破碎煤体割缝机理,阐明了脉冲射流割缝控制压裂大幅增加煤层透气性原理,明晰了脉冲射流割缝压力、割缝控制压裂实施压力和压裂钻孔封孔长度等关键参数,探讨了割缝控制压裂技术的工艺流程,并在逢春煤矿开展了割缝控制压裂、常规压裂和钻孔抽采三种现场试验,对比考察了三种方式的煤层瓦斯抽采效果。现场试验结果表明:由于缝槽卸压和孔隙压力场的存在,脉冲射流割缝控制压裂能降低煤层压裂时的实施压力;通过分析压裂后不同距离煤体瓦斯含量和含水率变化规律,得出割缝控制压裂技术比常规压裂的影响范围更远,提高约33%;煤层实施割缝控制压裂后单孔瓦斯抽采纯量为0.034m³/min,较常规压裂和传统钻孔抽采技术提高了3.7倍和10.6倍,瓦斯抽采汇总浓度约为73%,提高了1.7倍和2.25倍。     

赵固二矿坚硬煤层超高压水力割缝增透技术应用

针对赵固二矿煤层坚硬、透气性低、钻孔瓦斯抽采效果差及钻孔工程量大等问题,提出采用超高压水力割缝技术提高瓦斯抽采效率。基于应力波原理,分析了高压水射流破煤机理,研制了适用于坚硬煤层条件且能够有效提高射流打击力的圆锥收敛型喷嘴和适用于坚硬煤层条件的定点冲击割缝方式。现场试验表明,针对坚硬煤层条件,割缝钻孔平均单刀出煤量约0.18t,等效割缝半径0.99～1.57m,割缝后瓦斯自然涌出量是普通钻孔的11.3倍,抽采纯量较普通钻孔提高3.8倍,钻孔抽采有效半径较普通钻孔增加了90%左右。超高压水力割缝技术能有效的解决低渗透性坚硬煤层的瓦斯抽采难题。     

煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔爆破中的研究与应用

针对高瓦斯低透气性煤层,从理论上探讨了煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔中爆破时,炸药爆炸冲击波初始峰值压力和传播到孔壁处的入射压力以及孔壁煤面上的透射冲击压力。建立了炮孔周围煤体中的动态应力场,分析了爆源区径向裂隙区的形成和扩展半径。最后将裂隙区半径应用于煤层爆破孔和抽采孔布置参数设计,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破孔和瓦斯抽采孔的合理间距,并进行工程实践。结果表明该方法为高瓦斯低透气性煤层增透,进而为解决煤层瓦斯抽采提供了一条有效的解决方案。     

穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术研究与应用

为了解决高瓦斯突出煤层巷道掘进过程中的煤与瓦斯突出问题,开发了将钻机钻进与射流割缝技术有机结合的穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术。采用数值模拟的方法对比分析了钻孔和射流缝槽卸压效果,研究结果表明:割缝卸压比单纯钻孔卸压要优越很多,割缝缝槽破坏了钻孔周围的"瓶颈效应",多个割缝钻孔形成的裂隙相互导通,煤体透气性增大,促进瓦斯释放。工业性试验结果表明本卸压增透技术效果明显,瓦斯抽采流量、煤体扰动体积都有较大幅度增加,提高了瓦斯抽采效率。     

煤体渗透性试验研究

针对水压力对煤体渗透性的影响问题,采用相对渗透系数Kr作为主要参照量,运用实验方法,研究了煤体在不同水压力下的渗透系数Kr,以及轴向应力σ与水压力H的关系。实验结果表明:在静水压低压注水过程中,试验各煤样的渗透系数Kr均较小,煤层注水压力H对煤注水渗透性Kr有显著影响;在注水压力H从低压到高压的连续加载过程中,各组煤样的渗透系数Kr随之呈现连续增加的趋势,煤样轴向压力σ在减小,并且存在临界注水压力H临界;煤体破坏时,临界水压力H临界大于轴向围压,试件出现拉伸破坏,发生裂隙扩展导通泄水现象;以水压力H为基本变量的指数函数σ=a2H+b2和多项式函数Kr对渗透系数σ及轴向应力的变化有较好的拟合性。     

煤层气排采储层压降传播规律研究

根据煤层中的渗流机理建立了煤层压力分布数学模型,计算出煤层气排采时煤层中的压力分布情况,揭示煤层中压降传播的规律。利用Matlab7.11软件模拟晋城某区块煤层气储层压降传播情况,分析了影响压降速度、压降大小以及压降传播距离的因素。研究表明：煤层的渗透率、孔隙度、压缩系数及排采时间对煤层中各点的压降速度影响较大;煤层压降与产水量、煤层有效厚度、煤层的渗透率、孔隙度、排采时间和煤层含水量呈正相关;煤层的渗透率、孔隙度、排采时间与压降在煤层中传播的距离呈正相关。