瓦斯抽采钻孔漏气通道检测装置研制及应用

瓦斯抽采钻孔孔周裂隙和封孔段空隙通道是造成钻孔漏气失效的主要原因。为有效检测钻孔漏气通道,基于管流流体力学理论和漏气检测判别方法,研制了瓦斯抽采钻孔漏气通道检测装置。通过检测不同钻孔深度气样参数并分析其分布规律和突变情况,确定抽采钻孔失效原因和漏气通道位置;检测装置采用高稳压阻式压力传感器、激光甲烷传感器和荧光氧气传感器实现抽采负压、瓦斯浓度和氧气浓度检测,并采用1.5 m/节快接式25 mm薄壁不锈钢管作为取气管件,钻孔检测深度达30 m。现场应用结果表明,抽采管段检测参数变化稳定,说明抽采管未发生破损或接口漏气等,抽采管密封效果较好;在封孔段,距孔口9~18 m范围内存在多处不同程度的突变点,最大漏气通道在距孔口9~12 m范围内,说明原封孔深度不足,原封孔工艺无法有效密封漏气通道。将封孔深度增加至12 m,并采用“两堵一注”带压注浆封孔工艺,进行对比试验,结果表明,改进后试验钻孔整体抽采效果大幅改善,孔口瓦斯体积分数提升至55%以上,在距孔口12 m以深范围内瓦斯体积分数变化稳定,氧气体积分数近乎为0,漏气通道减少。试验结果验证了瓦斯抽采钻孔漏气通道检测装置能够有效检测漏气通道,为有针对性地调整封孔方式和相关参数及后续改进工作提供依据。     

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。     

大倾角碎软低渗煤层封孔提浓成套技术

新疆艾维尔沟矿区大倾角碎软低渗煤层存在预抽瓦斯浓度低且衰减快问题,抽采效果不理想。为解决该技术难题,基于围岩应力和裂隙带分布特征确定合理封孔参数,根据管流流体力学理论,研发了抽采钻孔封孔参数检测装备,实现了封孔深度、密封效果等参数的检测检验;提出了径向膨胀主动承压注浆封孔工艺,设计研制新型浆体膨胀封孔材料及工艺装备,形成了适合新疆地区大倾角多煤组赋存条件的高效封孔提浓成套技术装备。结果表明:通过在新疆焦煤二一三〇煤矿应用试验,经检测抽采钻孔封孔深度应超过12 m,试验钻孔封孔注浆压力达到1.5 MPa,单孔瓦斯抽采浓度提高比例在96%以上,抽采效果大幅改善。     

水力喷射外旋式钻进喷头关键参数及成孔效果试验研究

煤矿井下小曲率径向钻孔是一种新型瓦斯抽采水力化增产技术,是实现精准智能化高效抽采的重要途径之一,其中射流喷头的结构和成孔效果是该技术的关键和难点.为了满足高效钻进和成孔规则的要求,文章系统分析了外旋式喷头的结构参数、水力参数和射流参数对破岩成孔效果的影响规律.通过破岩钻进试验,获得了外旋式射流喷头喷嘴数量、喷嘴偏转角、...     

煤矿瓦斯抽采钻孔修护技术研究进展

瓦斯抽采钻孔易失稳堵塞,造成钻孔有效抽采时间缩短、抽采效果断崖式衰减,已成为制约加快推进煤矿区煤层气开发规模提升的瓶颈之一。在分析瓦斯抽采钻孔失稳机理的基础上,从钻孔护孔和堵塞疏通两方面,系统评述了“注浆加固技术”“筛管护孔技术”“机械式疏通技术”和“水射流疏通技术”这4种煤矿井下常用的抽采钻孔修护技术,分析了各自的适用条件与优缺点。对瓦斯抽采钻孔修护技术的发展方向进行了探讨,认为钻孔修护评价体系、随钻护孔及堵塞钻孔疏通—护孔一体化技术装备是钻孔修护技术的未来发展趋势。     

含水煤岩层下向钻孔多孔并联自动抽排水技术

含水煤岩层的下向瓦斯抽采钻孔中一般会积存大量的水,造成钻孔堵塞和有效气流断面减小,影响煤层瓦斯运移产出和钻孔孔壁的稳定性,严重制约了瓦斯抽采效果。为解决含水煤岩层下向瓦斯抽采钻孔的积水问题,采用多孔并联自动抽排水工艺,开发了下向抽采钻孔自动抽排水系统,设计了多孔并联的排水管路布置方式,通过将排水管路下入钻孔内,并利用集排水管路实现多个下向抽采钻孔排水管路并联,在矿用隔爆兼本安型可编程控制箱控制矿用电动阀和矿用排水泵协调工作下,实现多个下向抽采钻孔自动循环排水操作,该技术克服了压风排水对钻孔稳定性影响和煤渣堵塞抽采管路的弊端,并且不影响抽采钻孔的正常瓦斯抽采,实现了集约化、高效化排水的目的,提升了煤矿井下钻孔排水的自动化程度。结果表明：通过在山西霍尔辛赫煤矿煤矿3307工作面开切眼开展多孔并联自动抽排水技术应用,试验下向抽采钻孔共5个,钻孔倾角3°～15°,钻孔深度75～100 m,排水管路和集排水管路采用直径25 mm和50 mm矿用聚氯乙烯管,系统设定单孔自动排水时间2 min。考察试验钻孔单孔瓦斯抽采体积分数由原来的5%～13.8%提高至23.3%～53.6%,提高了2.19～3....     

煤矿井下水力增透降阻剂优选研究

针对在煤矿井下实施水力化增透措施过程中,由于液体流动管道直径小、流速大、输送距离长等原因造成的阻力损失过大,导致作业点压力不够的问题,通过实验对比分析了胍尔胶、UG-3、DR-12和EM30等4种常用降阻剂的热稳定性、降阻性、剪切稳定性等主要性能参数,优选出乳液聚合物DR-12降阻剂最适用于煤矿井下水力增透措施。研究了不同质量分数条件下DR-12降阻剂的降阻率随管径及流速的变化特征,得到不同工况条件下DR-12降阻剂的最佳使用比例及确定方法。现场应用结果表明,使用DR-12降阻剂进行割缝增透的钻孔的抽采瓦斯纯流量是普通钻孔的5.3倍,与清水割缝钻孔的抽采瓦斯纯流量相比提高了19.1%。     

瓦斯抽采钻孔解堵修复装备的研制与应用

煤层瓦斯抽采是解决煤矿瓦斯灾害的主要技术措施,而失稳坍塌和煤渣积聚造成的钻孔堵塞失效严重影响瓦斯抽采效果。为了解决上述问题,利用高压水射流在破孔透孔和疏通排渣方面的技术优势,研制了轻型气动水力化解堵修复装备,确定了该系统装备的水力参数,包括系统阻力损失、水力破煤岩参数和钻孔修复喷头结构参数,实现了对钻孔堵塞段的疏通解堵,形成了经济、高效的瓦斯抽采钻孔修复技术工艺。在石壕煤矿南五区3^#瓦斯巷应用结果表明,试验穿层钻孔23个,修复后效果显著的钻孔达91.3%,修复完成后45 d内单孔平均抽采瓦斯浓度和纯流量由36%和0.003 5 m³/min提升至60%和0.008 2 m³/min,分别提高了67%和134%,解堵修复效果较好,有效提高了瓦斯抽采钻孔的利用率和抽采效率。