双套管带压注浆技术在瓦斯压力测定中的应用

针对顶底板承压水大、裂隙发育的煤层,提出了一种采用双套管带压注浆技术联合M-Ⅱ瓦斯压力测定仪的封孔测压工艺。该工艺采用套管避免围岩孔壁坍塌影响;采用高压注浆充填围岩裂隙、隔绝瓦斯泄漏通道;采用M-Ⅱ瓦斯压力测定仪测得准确、可靠的瓦斯压力数据。应用该工艺对某煤层进行的瓦斯压力测定试验结果表明,该工艺彻底填充了钻孔围岩裂隙、含水通道,使得测压钻孔坚固、稳定,排除了承压水对测压结果的干扰,并解除了由于钻孔垮塌对封孔测压方式适用的限制,可以准确测得煤层瓦斯压力。     

KWYJ-1瓦斯压力测定自动集成系统研究

传统的瓦斯压力测定仪采用指针式压力表测定瓦斯压力,提供的只是静态数据,不能记录和观察连续变化的动态压力数据。文章介绍了一种采用先进的计算机和仪表技术设计的瓦斯压力数字信息集成系统,该系统可实现瓦斯压力测定的自动化,具有稳定性好、可靠性高、维护方便等特点。该系统还可用于研究煤层中瓦斯的流动规律,对预防瓦斯事故具有重要意义。     

基于ATmega64L的煤层瓦斯压力监测仪的研制

针对传统瓦斯压力测定仪无法实时准确记录瓦斯压力的问题,文章设计了一种基于ATmega64L的高性能、低功耗的煤层瓦斯压力监测仪,给出了该瓦斯压力监测仪的软、硬件结构,并详细介绍了其供电电源、瓦斯压力测量、数据存储部分的电路和节电功能设计,以及压力测量功能模块的实现。该监测仪体积小、重量轻、操作简便,能够实现瓦斯压力的在线监测,同时该监测仪系统电路采用低功耗和本安设计,能够在不更换电池的情况下在井下长时间可靠地工作。     

新型封孔剂在含水煤层瓦斯压力测定中的应用

针对传统封孔材料在含水煤层钻孔经过裂隙带情况下应用时凝结时间长且容易收缩、干裂而导致密闭性差等问题,提出了一种在传统水泥浆基础上加以改进的新型封孔剂,并将其应用于某矿井高压注浆封孔工艺。应用结果表明,该新型封孔剂的凝固时间约为12h;采用该新型封孔剂封孔时煤层瓦斯压力测定结果较传统封孔材料可靠,且堵水效果更好。     

煤的原位瓦斯放散初速度测定装置及方法研究

瓦斯放散初速度是鉴定煤与瓦斯突出危险性的重要指标之一。现有研究未将煤的瓦斯放散初速度指标测试与突出鉴定的其他3个指标（煤层瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的坚固性系数）的测试有机结合。现行瓦斯放散初速度测定方法基于AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指标（?p）测定方法》,测定结果仅反映标准实验条件下瓦斯通过煤粒子向外释放的难易程度,未考虑煤层瓦斯赋存的原位环境,无法准确反映现场煤岩体内部瓦斯向外释放的灾害严重程度。针对上述问题,提出了一种原位瓦斯放散初速度测定装置及方法：采用原始煤块代替煤颗粒,用原始瓦斯成分代替甲烷,增加煤体所处瓦斯压力、应力、温度环境,还原测定的原位环境。对某煤矿煤与瓦斯突出煤层进行原位瓦斯放散初速度测定试验,得出结论：(1)随着模拟瓦斯放散过程的进行,瓦斯放散流量逐渐减小,随时间大致呈负指数变化规律。用瓦斯流量表征原位瓦斯放散初速度,则Δp QA=7.1 mmHg,Δp QI=2.9 mmHg。(2)随着模拟放散过程的进行,放散空间内的瓦斯压力逐渐增大,放散瓦斯压力增大速度逐渐减小,瓦斯压力随时间变化大致呈对数函数关系。用放散瓦斯压力表征原位瓦斯放散初速度,则...     

压力和温度对瓦斯扩散规律的影响研究

针对瓦斯吸附解吸法测定瓦斯扩散系数时局限于颗粒煤、无法施加围压且气体压力不能任意设定等问题,采用规则块煤结合气相色谱分析法测定瓦斯在块煤中的扩散系数,分析了不同气体压力、温度下块煤瓦斯扩散规律。实验结果表明,随着气体压力的增大,煤基质吸附气体增加且发生膨胀变形,从而孔隙减小,扩散阻力增大,扩散系数减小;随着温度的升高,气体分子运动速度增大,扩散动力增强,扩散系数变大。     

基于6LoWPAN的煤层瓦斯压力监测系统设计

针对目前煤层瓦斯压力监测存在测量精度低、数据传输不及时、设备部署不便等问题,设计了一种基于6LoWPAN的煤层瓦斯压力监测系统。该系统测压节点通过多跳方式在6LoWPAN网络中选择最优路径,将实时采集的瓦斯压力数据传输至边界路由器,边界路由器通过工业以太网将数据传至地面服务器,同时地面设备可通过服务器查询指定区域测压节点的实时监测数据。测试结果表明,该系统可实时、准确地监测煤层瓦斯压力,具有较高的数据通信效率和稳定性,且功耗低。     

考虑煤体蠕变的瓦斯渗流规律及抽采钻孔布置

为了研究深部煤体蠕变对瓦斯渗流的影响,建立了考虑蠕变作用下煤体变形场、瓦斯扩散场及瓦斯渗流场多场耦合的数学模型,以陕西彬长胡家河矿业有限公司煤层瓦斯赋存及地质条件为依据,模拟分析了煤层瓦斯抽采动态变化规律,通过现场监测验证了数学模型的正确性、合理性、可靠性及工程适用性。研究结果表明:①煤层瓦斯压力随距抽采钻孔距离的增加而增大,距钻孔越近,瓦斯压力梯度越大,煤体渗透率比值越大,在远离钻孔处瓦斯压力和渗透率比值均逐渐趋于稳定。②在瓦斯抽采初期,距钻孔越近煤体的瓦斯压力降低幅度越大,随着抽采时间延长,瓦斯压力降低的幅度逐渐变缓;在瓦斯抽采初期,距钻孔较近煤体的渗透率比值增加幅度较大,随着抽采时间的延长,在应力和瓦斯压力共同作用下,煤体的蠕变变形导致渗透率比值增加的趋势趋于平缓。③与单孔瓦斯抽采相比,双孔抽采可显著降低煤层瓦斯压力;钻孔间距越小,不同抽采时间内两钻孔间的瓦斯压力梯度越小,但随着抽采时间延长,瓦斯抽采效率越低;结合陕西彬长胡家河矿业有限公司瓦斯赋存条件,确定其瓦斯抽采钻孔最合理间距为2m。     

煤钻屑瓦斯解吸指标Δh_2自动测定系统设计

针对当前实验室内测定不同瓦斯吸附压力条件下的煤钻屑瓦斯解吸指标值Δh_2的过程存在步骤繁琐、自动化程度低、人为干扰因素较多的问题,设计了一种基于单片机控制的高精度煤钻屑瓦斯解吸指标Δh_2自动测定系统。该系统以Atmega16单片机为核心,以USART_HMI触摸屏为系统指令输入及显示输出装置。单片机通过识别触摸屏发送的指令对各种传感器、继电器、电磁阀进行操作,完成煤样的自动脱气、吸附、卸压、测定等过程,最终测得煤钻屑在不同瓦斯吸附压力条件下的解吸指标Δh_2值。测试结果表明,与现有煤钻屑瓦斯解吸仪相比,该自动测定系统相对误差控制在5%以内,具有良好的实用性和较好的数据准确性。     

含夹矸煤层水力割缝瓦斯抽采技术研究及应用

为研究水力割缝强化瓦斯抽采技术在含夹矸煤层中的应用,通过理论分析得出,与普通钻孔相比,水力割缝钻孔可通过增加煤层渗透率、煤体暴露面积、瓦斯流动通道3个方面强化瓦斯抽采,并建立了考虑孔隙率和渗透率变化的煤层瓦斯流动控制方程。以东庞矿21218工作面为工程背景,采用COMSOL数值模拟软件建立了含夹矸煤层水力割缝瓦斯抽采数值模型,通过对煤层瓦斯流动控制方程进行解算,研究了不同割缝高度、不同钻孔间距条件下,水力割缝瓦斯抽采钻孔的瓦斯压力分布规律,从而确定了上煤层割缝0.3 m、下煤层割缝0.1 m、钻孔间距7.5 m的水力割缝瓦斯抽采钻孔施工参数。基于上述参数,在东庞矿21218工作面现场施工28组、每组7个水力割缝钻孔,对含夹矸煤层瓦斯进行抽采作业,结果表明：与普通钻孔相比,水力割缝钻孔的每百米巷道施工工程量减少了28.51%,瓦斯抽采纯量由11.53万m³提升至21.43万m³,增幅为85.86%,巷道掘进期间掘进工作面平均瓦斯体积分数由0.06%降至0.01%,瓦斯抽采效果好,且有效提高了瓦斯抽采效率。     

非分光红外瓦斯传感器压力补偿分析

近年来受到国民经济快速发展的推动,煤矿的开采量和消费量呈现快速增长的势头,同时很多煤矿企业存在着安全监测不完善等煤矿安全问题,严重影响了煤矿的开采和人员的安全,其中瓦斯监控是煤矿安全中的重要组成部分。介绍了一种基于非分光红外原理的瓦斯传感器的工作原理,同时阐述了压力补偿的必要性,然后基于最新的单光源双通道甲烷传感器进行分析,介绍了一种压力补偿方法,基本克服了压力的漂移问题,提高了测量的准确性。     

复杂地质矿区3种封孔工艺应用分析

复杂地质矿区水文地质条件较复杂,岩层孔/裂隙较发育,若采用的封孔工艺不合理,将导致煤层瓦斯压力测定结果不能准确反映煤层瓦斯实际情况的现象。针对上述问题,在贵州久益矿业股份有限公司宏宇煤矿5,6-1号煤层布置4组测压点、12个测压钻孔,每组测压点钻孔分别采用目前常用的注浆封孔、短胶囊+注浆封孔、长胶囊-压力黏液封孔3种封孔工艺进行瓦斯压力测定试验。根据试验结果分析了3种封孔工艺的应用效果,得出3种封孔工艺的适用条件:注浆封孔工艺适用于较深、岩石较细密且较坚硬的岩孔;短胶囊+注浆封孔工艺适用于倾角较大的下向钻孔;长胶囊-压力黏液封孔工艺适用于煤层顶底板岩石破碎或可能存在含水层处钻孔。     

王行庄煤矿近距离保护层开采防突效果考察

以河南新能开发有限公司王行庄煤矿为研究背景,介绍了保护层开采理论,考察了采取保护层开采措施前后同一测试地点的瓦斯参数,主要包括瓦斯含量、瓦斯压力、煤层的透气性系数及突出预测指标。现场试验结果表明,采取保护层开采措施后,被保护层区域瓦斯压力及含量大幅降低,瓦斯涌出量及突出预测指标明显下降,煤层透气性系数大幅增加。     

夹矸对煤层瓦斯抽采影响的数值模拟研究

为解决含夹矸煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立瓦斯抽采的煤岩体变形控制方程、瓦斯运移控制方程和孔隙率与渗透率演化方程,结合瓦斯抽采的初始及边界条件,推导出了瓦斯抽采固气耦合模型。利用多物理场分析软件COMSOL Multiphysics,并结合某矿IV13煤层的实际地质条件,对煤层单一抽采钻孔周围煤体的瓦斯压力、渗透率、位移的分布规律进行了数值模拟与分析,确定了含夹矸煤层瓦斯抽采钻孔的孔间距,从而为含夹矸煤层抽采钻孔的优化布置提供了依据。研究结果表明,在瓦斯抽采过程中,随着煤体距钻孔距离的减小,煤层不含夹矸时钻孔周围煤体瓦斯压力下降幅度、渗透率上升幅度最小,钻孔周围煤体位移量最大;钻孔未穿过夹矸时钻孔周围煤体瓦斯压力下降幅度、渗透率上升幅度最大,钻孔周围煤体位移量最小。     

长钻孔远距离定点瓦斯含量测定研究

针对定向长钻孔定点取样测定瓦斯含量存在取样时间长,因现场无解吸量而无法准确测定煤层瓦斯含量的问题,提出采用类比法推算取样过程瓦斯损失量和常压瓦斯解吸量的方法。在相同地质条件和瓦斯地质单元内,将普通回转钻机浅孔风排粉取样瓦斯含量测定结果中的损失量和现场瓦斯解吸量占总瓦斯含量的比例作为标准,类比为千米定向钻孔深孔定点取样损失量和现场解吸量占总瓦斯含量的比例,将类比的损失量和现场解吸量所占的比例加入最终所测定的残余瓦斯含量中,得到千米定向钻机深孔定点取样总瓦斯含量。将该方法用于平煤十一矿己16-17-24070工作面长钻孔瓦斯含量测定,对千米定向钻孔取样瓦斯含量测值进行修正。测试结果表明,运用类比法修正过的长钻孔瓦斯含量测值与短钻孔直接法测定的瓦斯含量测值对比,平均误差由12.07%降至0.19%;运用类比法修正过的长钻孔瓦斯含量测值与瓦斯含量预测值对比,平均误差由12.90%降至4.71%。     

急倾斜厚煤层瓦斯分源抽采技术的应用

为解决大黄山煤矿735综采工作面回采期间瓦斯超限问题,分析了工作面瓦斯涌出的主要来源,提出采用瓦斯分源抽采技术抽采瓦斯的方法,即优化抽采管路,通过穿层钻孔直接抽采采空区瓦斯,实现采空区与本煤层瓦斯分源抽采。应用结果表明,实施瓦斯分源抽采后,工作面回风流瓦斯体积分数稳定在0.36%~0.46%,上隅角瓦斯体积分数稳定在0.4%~0.6%,瓦斯抽采率平均值达59.17%。     

基于改进BP神经网络的瓦斯含量预测模型

煤层瓦斯含量是矿井安全生产的重要性能指标之一,而常规基于经验和传统数学模型的预测方法难以准确预测煤层瓦斯含量。针对该问题,文章在分析了基于Fletcher-Reeves共轭梯度法的改进BP神经网络模型的基础上,结合煤层瓦斯含量的各种影响因素,建立了一个基于3层改进BP神经网络的瓦斯含量预测模型,并进行了具体的网络训练和预测仿真。结果表明,该瓦斯含量预测模型收敛速度快,预测精度高,可满足实际生产要求。     

高瓦斯矿井高、底抽巷联合抽采瓦斯技术研究

针对煤矿松软低透煤层U型通风回采工作面的瓦斯治理存在抽采效率低、抽采浓度低、煤层透气性差、打钻成孔难等问题,以山西晋煤集团赵庄矿1307综采工作面为研究对象,提出了一种高瓦斯矿井高抽巷和底抽巷联合抽采的瓦斯抽采技术,即在原有U型通风的基础上外加一条高抽巷、一条中部底抽巷和一条边部底抽巷,边部底抽巷掩护2个掘进工作面的掘进,中部底抽巷穿层区域条带预抽本煤层瓦斯,高抽巷抽采上隅角瓦斯。确定了边部底抽巷和中部底抽巷的层位、钻孔布置及高抽巷的合理层位布置。实际应用结果表明,边部底抽巷掩护的煤巷掘进工作面最大瓦斯体积分数为0.48%,穿层钻孔抽采有效降低了掘进工作面的瓦斯涌出量;中部底抽巷抽采本煤层瓦斯后,瓦斯含量平均下降了4.18m3/t;高抽巷抽采负压为12～15kPa时,抽采纯量在46.13m3左右,减小了瓦斯向工作面涌出。     

煤粒瓦斯解吸时变规律实验研究

针对目前瓦斯解吸研究采样范围小、解吸模型计算结果与实测数据之间存在误差等问题,采集多个煤矿的煤样进行解吸实验,扩大煤样采集范围;基于搭建的煤粒瓦斯解吸实验平台,采用控制变量法,分析煤粒在不同吸附平衡压力、不同温度、不同粒度下的瓦斯解吸时变规律。得出以下结论:吸附平衡压力越大,瓦斯解吸量越大;粒度越大,解吸量和解吸速度越小,到达阈值粒度后,粒度对解吸量和解吸速度的影响较小;温度越高,解吸量越大;随着时间的增加,瓦斯解吸量逐渐增加,瓦斯解吸速度逐渐减小。对不同地质条件下的煤样进行解吸实验研究,提高了瓦斯解吸模型的适用性,进一步验证了温度、粒度等主控因素对瓦斯解吸规律的影响。     

潘西煤矿低瓦斯煤层喷孔动力显现规律研究

为揭示潘西煤矿深部低瓦斯煤层喷孔动力显现规律,在潘西煤矿6198工作面对瓦斯含量与采动应力进行了现场测试,并采用FLAC3D软件对6198工作面前方应力分布进行了模拟分析,总结了工作面瓦斯含量和应力分布规律,分析了低瓦斯煤层喷孔动力显现机制。研究结果表明:①潘西煤矿6198工作面整体瓦斯含量偏低,采深越大,瓦斯含量越高。②受断层影响,工作面前方应力集中系数最大为1.36。③潘西煤矿6198工作面低瓦斯煤层喷孔等动力显现现象是高应力作用下煤体破碎、瓦斯压力作用下煤体喷出的过程;煤体释放的内部潜能和瓦斯内能为煤体破碎和移动提供能量,与浅部煤层相比,深部低瓦斯煤层喷孔动力显现所需的瓦斯膨胀能阈值降低。