瓦斯抽采钻孔孔口装置的研制与应用

研制了一种适合煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工使用的孔口装置,该装置由孔口管、防溜管、四通、孔口密封管和气水分离器等组成。介绍了该孔口装置的结构性能特点、工作原理及使用方法,工业性试验效果良好。该孔口装置,能够解决钻孔施工过程中孔内瓦斯不断涌出造成的钻场附近区域瓦斯超限问题,为煤矿安全、高效生产提供保障。     

瓦斯抽采钻孔二次封孔装置及封孔工艺研究

瓦斯抽采封孔不严密易导致钻孔内瓦斯向巷道内涌出,威胁井下作业安全,研究提出一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔装置,在瓦斯抽采后,对抽采钻孔进行第1次封孔后,随着孔内煤壁瓦斯涌出,瓦斯集聚,钻孔内的瓦斯量不断增加,可自行通过水和水泥的混合对孔洞进行二次封孔,提高封孔质量,减少瓦斯涌出,比聚氨酯封孔孔口瓦斯浓度降低了61.8%,比水泥砂浆封孔孔口瓦斯浓度降低了43.2%,降低了钻孔向巷道内瓦斯涌出量,为井下了安全生产提供了保障。     

瓦斯抽采钻孔负压沿孔长动态变化特性研究

通过分析孔口负压、瓦斯流量等参数对钻孔孔内负压分布影响的基础上,得出了抽采钻孔负压沿孔长的动态分布规律,抽采负压沿钻孔长度方向逐渐减少。通过对不同瓦斯流量、不同孔口负压对孔内负压分布的影响研究,得到抽采钻孔负压分布与钻孔长度服从负指数关系;随着钻孔流量的增加,孔内负压损失逐渐升高,两者符合幂指数关系。     

下向瓦斯抽采钻孔自动排水技术试验及装置的开发

针对矿井在采用下向钻孔抽采瓦斯过程中,由于岩石和煤含水多,钻孔内的积水无法有效地排出抽采通道的问题,开发设计了1套下向钻孔抽采瓦斯自动排水工艺及装置。介绍了该工艺及装置的技术特点、工作流程,并在兴山煤矿进行了现场试验,结果表明:该工艺解决了下向钻孔积水后瓦斯抽采效果较差的难题,提高了下向钻孔瓦斯抽采效率,减少了抽采巷道和钻场工程量,提高了瓦斯抽采钻孔利用率。     

煤矿下向抽采钻孔积水诊断与积水量计算方法研究

煤矿下向抽采钻孔孔深、孔径小,且瓦斯抽采孔的数量和钻进深度急剧增加,如何有效地排出下向钻孔中积存的水,成为了高效抽采瓦斯、保证煤矿安全生产的一大难题。针对下向抽采钻孔积水的问题,在直观诊断法的基础上,提出了基于下向钻孔抽采流量、抽采负压变化曲线和放水量多数据关联分析的下向钻孔积水异常诊断方法。通过激光测距计算钻孔内积水量,建立积水判断标准,以提前预测下向钻孔积水状态,包括下向钻孔不积水、轻微积水、中等积水和积水严重,为及时采取有效的排水措施奠定基础。     

下行瓦斯抽采穿层钻孔排水技术及装置研究与应用

针对下行瓦斯抽采钻孔"排水难度大、易沉渣、封孔质量差、抽采浓度低"的问题,采用理论分析和现场试验的方式,研究下行瓦斯抽采穿层钻孔排水技术及装置。把下行穿层瓦斯抽采钻孔排水分为3个阶段:在施工过程中,通过理论计算,优化供水参数、供水管径,减少打钻过程中的沉渣量;在封孔前,采用潜入式排水装置,排水效率达到20 L/min以上,钻孔注浆量提高40%;在抽采过程中,采用正压排水装置,排出抽采空间内的积水,排水效率达到10 L/min以上,排水后瓦斯抽采浓度达到30%以上,保证了下行穿层瓦斯抽采钻孔的瓦斯抽采效果。     

抽采钻孔“二堵一注”带压封孔技术的研究与应用

钻孔封孔工艺是矿井瓦斯抽采工程的一个重要环节,封孔不严、孔口漏气,容易造成抽采短路、钻孔孔口负压低、浓度上不去,直接影响瓦斯抽采效果。鹤岗矿区多数抽采矿井存在受巷道卸压带裂隙及钻孔卸压圈裂隙影响,孔口近端裂隙发育,采取常规钻孔封堵技术,气密性差、漏气明显。为改善这一状况,鹤岗矿业公司全面开展瓦斯抽采科技攻关,抽采钻孔采用"两堵一注"带压封孔技术,较好地解决了抽采瓦斯时漏气问题,抽采孔口负压提高、瓦斯抽采浓度增大。     

基于瓦斯抽采流量法确定本煤层钻孔有效影响半径

为了准确地测出新安煤矿现行抽采条件下本煤层抽采钻孔的有效影响半径,在不同钻孔间距条件下采用瓦斯抽采流量法,根据瓦斯抽采流量的变化确定了抽采钻孔的有效影响半径。结果表明:采用瓦斯抽采流量法确定的本煤层抽采钻孔的有效影响半径为1.2 m,这与以往的测试结果相符,说明采用瓦斯抽采流量法测定的本煤层抽采钻孔有效影响半径,可为现场钻孔间距布置提供依据。     

煤矿新型瓦斯抽采钻孔保压封孔技术研究

为提高钻孔瓦斯抽采效果,基于封孔工艺与封孔参数是影响钻孔瓦斯抽采效果的两个重要因素,通过分析钻孔轴向应力及径向应力它们各自与裂隙分布特征,得到了瓦斯抽采钻孔最佳封孔位置的选择方法以及封孔压力原则,通过分析传统“两堵一注”封孔工艺易出现漏浆“三角区”的不足,设计了一种新型保压注浆封孔装置,该装置通过把注浆管、回浆管以及瓦斯抽采管这三部分合理融合,进行一体化设计,封孔囊袋的气密性以及实际注浆压力得到了显著提升,实际应用结果表明,该种新型保压封孔技术,封孔效果更好,瓦斯抽采浓度更高,具有一定的推广应用价值。     

大直径钻孔高压保压封孔技术研究

为提高钻孔瓦斯抽采效果，基于封孔工艺与封孔参数是影响钻孔瓦斯抽采效果的两个重要因素，通过分析钻孔轴向应力及径向应力各自与裂隙分布特征，得到瓦斯抽采钻孔最佳封孔位置。通过分析传统“两堵一注”封孔工艺易出现漏浆“三角区”的不足，设计了一种新型保压注浆封孔装置，该装置通过把注浆管、回浆管以及瓦斯抽采管这三部分合理融合，进行一体化设计，封孔囊袋的气密性以及实际注浆压力得到了显著提升，实际应用效果表明：该种新型保压封孔技术封孔效果好，瓦斯抽采浓度高，具有一定的推广应用价值。     

瓦斯抽采钻孔水射流协同修护技术研究与应用

瓦斯抽采钻孔普遍存在因变形、煤渣积聚及塌孔等导致钻孔堵塞和抽采效果差的问题。通过分析钻孔塌堵失稳机制,得出煤岩体性质、地质构造及多应力耦合条件是造成钻孔失稳的主要因素,进而推断相应堵孔段情形。利用高压水射流解堵作用,提出了水射流疏通—筛管护孔协同修护技术,并研制出轻型气动钻孔修复装备。应用结果表明,该协同修护技术能有效解决瓦斯抽采钻孔塌堵后无法有效抽采的技术难题,试验钻孔修护深度达到50 m,修护完成后单孔抽采瓦斯浓度和瓦斯纯流量比修复前提高0.57~3.67倍和0.99~5.15倍,抽采效果大幅改善,实现了塌堵钻孔的快速便捷修复进而确保了瓦斯流动通道的畅通。     

高压脉冲水射流顶底板钻孔提高煤层瓦斯抽采率的应用研究

在分析松软煤层中钻孔塌孔、硬分层中成孔机理的基础上,提出利用高压脉冲水射流在硬分层或顶底板中钻孔,切至软分层提高瓦斯抽采率的新钻孔工艺。并基于高压脉冲射流破煤岩动力特性,分析计算了射流在松软煤层中切缝所需的射流压力及流量;研制出钻孔、切缝系统装置及工艺。在四川某煤矿的松软煤层进行了现场试验,应用结果表明钻孔深度是本煤层钻孔深度的2.7倍,平均单孔瓦斯的抽放纯量为0.19~0.26 m³/min,是采用原工艺钻孔的5.2倍以上。     

钻孔预抽煤层瓦斯运移规律研究

为了研究钻孔预抽煤层瓦斯运移规律,首先采用分源预测法,对某煤矿工作面瓦斯进行预测,得出回采工作面瓦斯涌出以开采层瓦斯涌出为主。分析了瓦斯抽放可行性和未卸压瓦斯抽放难易程度,确定该矿煤层为可以抽采煤层。然后,采用Fluent数值模拟软件分析了不同抽采时间的抽采影响范围。研究得出:钻孔抽采负压对煤层抽采半径的影响不大;抽采时间和钻孔直径对煤层的抽采影响较明显。研究为煤矿瓦斯抽放钻孔参数设置提供了理论指导。     

Numerical modelling of two phase flow of gas and water during drainage of a coal seam

This paper examines two phase flow of methane gas and water during drainage of a coal seam. A computer model is developed and applied to a mine at Bulli, N.S.W., Australia. Pressure and flow predictions for the two fluids, methane and water are made. For planners the point of interest is the drainage time required to achieve a desired seam gasiness and the most economical schedule of borehole drilling. That is, it is desirable to know the most effective borehole diameter, spacing and orientation, and the computer model can assist this planning. Transient one dimensional flow in the coal seam is assumed. The coal seam is modelled as having isotropic coal properties such as porosity and permeability and the seam is assumed incompressible, isothermal and horizontal. The model assumes incompressible flow for water and ideal gas behaviour for methane. Flow through the coal seam is assumed laminar Darcy with full two phase capillary and relative permeability effects. The flow equations are solved numerically using an explicit difference formulation bounded by experimentally determined initial conditions and a no flow condition at the axial limit, providing the ability to consider neighbouring borehole effects as desired. The output of the computer program is a graphical presentation of pressure distribution and flow rates at different times and at different locations within the coal seam.     

顺煤层平行钻孔抽采瓦斯合理布孔参数的确定方法

通过对煤层内瓦斯渗流过程的理论分析,建立了瓦斯抽采的流动模型,并进行了解算。利用所编制的煤矿井下瓦斯抽采数值模拟分析软件,提出了煤矿井下瓦斯抽采合理布孔参数的确定方法,并进行了实例计算。结果表明,该方法可以确定顺煤层平行钻孔抽采瓦斯合理布孔参数,用于指导生产。     

煤矿工作面顶板倾斜钻孔疏放水井流计算方法

以顶板疏放水中常用的倾斜钻孔为对象,以空间点源理论为基础,运用反映法,建立了均质各向异性无限水平承压含水层中非完整倾斜钻孔的井流计算方程,讨论了多个倾斜钻孔同时工作时,多孔叠加的疏放水井流计算方法。在此基础上,运用陕北某矿顶板含水层疏放水工程实例,验证了此方法的有效性。形成了一套集分析、模拟、预测为一体的倾斜钻孔疏放水计算方法。     

顺层预抽钻孔封孔技术优化及应用研究

煤矿井下顺层预抽钻孔封孔应根据不同倾角类型有针对性地采取优化措施。通过对平庆煤矿封孔现状的考察和大量的封孔优化对比实验,得出顺层预抽钻孔孔口免抽段长度、使用钻屑量与地应力之间存在的函数关系,确定了合理封孔深度。从瓦斯抽采效果、经济性、操作难易程度综合考虑,对比分析得出不同类型倾角顺层预抽钻孔封孔优化技术,并在现场实际使用论证。上行钻孔封堵孔外,下行钻孔封堵孔内,近水平钻孔封堵孔内和孔外。不同类型倾角顺层预抽钻孔封孔优化后,提高了抽采浓度,缩短了煤层预抽时间,保障了煤矿安全开采。     

李雅庄煤矿“U”型通风工作面瓦斯治理技术

针对高瓦斯矿井“U”型通风工作面上隅角瓦斯浓度高、管理难度大的问题,在李雅庄煤矿开展了本煤层抽采优化分析和裂隙带抽采研究。通过改进本煤层钻孔的封孔深度、联孔工艺、管路联接方式等,钻孔抽采浓度由抽采4个月后降低到9%,提高到抽采10个月后维持在19%;通过调整裂隙带钻孔布置方式、优化钻孔布孔层位、采取下筛管护孔等技术,裂隙带钻场最高瓦斯抽采纯流量达13.6 m3/min,平均瓦斯抽采纯流量达8 m3/min,2个钻场综合抽采瓦斯纯流量在13 m3/min以上;工作面取消了高抽巷和高位钻场裂隙带瓦斯抽采,上隅角和回风流平均瓦斯浓度分别控制在0.5%和0.4%以下。     

煤矿坑道用钻杆使用寿命影响因素分析

随着煤矿瓦斯抽采难度的提高,煤矿坑道用钻杆的使用寿命得到广泛的关注。结合当前煤矿瓦斯抽采钻孔所使用的钻具情况,分析在瓦斯抽采钻孔施工过程中影响钻杆使用的主要影响因素,针对这些损伤钻杆的各因素提出切实可行的措施,为煤矿坑道用钻杆的合理使用提供参考。