基于响应面法的钻割一体化喷嘴稳健性优化

针对现有钻割一体化喷嘴可靠性及破岩能力较差的问题,在泵压(30 MPa)一定的条件下,基于Hashish切割理论,以喷嘴出口直径、收缩角、出口圆柱段长度以及锥形直线段长度为设计变量,以喷嘴出口轴心速度为响应变量,结合喷嘴特征参数与钻割一体化钻头的匹配及加工精度问题,选择适当的约束条件,以喷嘴出口轴心速度最大为优化目标,采用响应面法(RSM)结合物理试验验证,在单因素筛选实验的基础上,建立了响应变量与其主控因素之间的响应面模型,分析了各主控因素之间交互作用对响应变量的影响规律,对适合松软煤层的大直径喷嘴进行稳健性优化.试验验证表明:相同条件下,喷嘴流量系数提高了1.26%,冲蚀体积明显增加,破岩能力及效果增强.     

不渗透小断层群瓦斯异常赋存特点及防治研究

基于地质构造对瓦斯灾害的控制作用,研究了不渗透小断层群的瓦斯赋存及抽采特点,总结出精细预测不渗透小断层群的还原对比法,提出了穿层钻孔定点旋转割缝强化抽采瓦斯方法.通过对平煤股份八矿井田内大型断裂和小断层的调查分析,确定了区域煤体受压扭性构造应力场控制,结合穿层钻孔施工数据,对己15-14140机巷区域煤层底板进行了高精度还原,与瓦斯动力现象对比分析后,预测巷道Ⅶ区(465～525m)存在不渗透小断层群,并在该区域采用定点旋转割缝强化抽采瓦斯方法进行了现场试验.结果表明:不渗透小断层群存在区域超量瓦斯富集现象,采用穿层钻孔定点旋转割缝强化抽采瓦斯方法后,构造区域煤体整体卸压,裂隙系统生长、扩容,煤体透气性增大至原来的297倍,70d单孔累计抽采瓦斯达9 750m3,取得了显著的效果.     

管道长度对爆炸波前流速与超压耦合关系影响研究

为了研究管道长度对瓦斯爆燃爆炸波前流速与超压耦合关系的影响,采用数值模拟的方法研究了封闭管道内爆炸超压与波前流速的传播特征。研究结果表明:不同长度下管道内的最终爆炸超压均趋于0.7~0.9 MPa之间;对于较短管道,流速峰值相对较小,流速峰值的下降趋势较平缓,流速在正负区间的振荡频率较快;对于较长管道,流速峰值相对较大,峰值下降趋势较快,振荡频率较慢;在15~20 m之间存在一个临界长度,当管长大于临界长度时,管道内会出现2个最低超压峰值,当管长小于临界长度时,则管内只会出现1个最低超压峰值;首次流速峰值与超压表现出良好的正比关系,通过拟合得到不同长度下首次流速峰值与超压的耦合关系。研究成果可为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供基础理论参考。     

高压水力割缝技术在快速掘进中的应用

依据卸压区与突出危险性之间的关系,提出通过水力割缝技术,在煤体中人为再造裂隙和微裂隙,增大煤层巷道前方煤体卸压区安全宽度,达到保护巷道掘进安全的目的。现场试验说明水力割缝技术在降低钻屑量及钻孔瓦斯涌出初速度方面具有显著的效果,提高巷道月掘进进尺。同时,由于有效影响半径的增大,减少32.6%的钻孔施工量。     

焦炉煤气的爆炸特性

以氮气为例系统地研究了惰性气体对焦炉煤气的爆炸极限的抑制机理,并进行了相关的理论探讨,结果表明,在整个爆炸极限范围内,最大允许氧含量和爆炸极限具有一一对应的关系,惰性气体对两者具有相似的影响,惰性气体能大大缩小焦炉煤气爆炸极限范围和最大允许氧含量范围,甚至使其退出可爆范围,大大降低其燃烧爆炸的危险性.运用爆炸极限和最大允许氧含量的理论关系,得到了两者互推的关系式.     

掘进工作面瓦斯流动场及涌出规律探讨

建立了一般状态下瓦斯在实际煤层中的单向流动场模型,推出了瓦斯涌出量的方程式.然后根据工作面的实际情况,推出该工作面的瓦斯流动场模型.同时根据实测数据计算出的瓦斯涌出量,利用数理统计中的非线性回归理论建立了该工作面的瓦斯涌出量回归模型.     

“三软”不稳定低透气性煤层采空区瓦斯综合治理技术研究

以瓦斯流动、瓦斯赋存规律为基础,运用三维模拟软件Flunt进行建模,分析了采空区瓦斯在立体空间范围内的分布特征。指出了"三软"不稳定煤层瓦斯综合治理的必要性,提出了以煤层高抽巷抽放为主,以高抽巷埋管抽放、高位钻孔抽放为辅的"一主两辅"的采空区瓦斯综合治理技术。     

穿层深孔水压控制爆破及其在防突工程中的应用

分析了国内外目前防突现状及技术措施,提出了整体卸压理念,开发了穿层深孔水压控制爆破技术并在煤层巷道掘进工作面进行了实际应用.穿层深孔水压控制爆破结合了爆破力和水力的双重作用,并发挥了两者的最佳优势.应用结果表明:该技术可用于具有突出或冲击危险的煤层,使钻孔之间互相连通、裂隙贯穿、煤层中的瓦斯得到排放、应力得到释放;同样条件下,卸压增透效果比普通的深孔控制爆破成倍提高.该技术实施后,己15-31010机巷掘进过程中安全性和工程进度明显提高,为高瓦斯、高应力、低透气性煤层的安全开采提供了一种新的技术措施,具有显著的经济和社会效益.     

压塞-粘液封孔工艺在浅孔抽采中的研究与应用

以浅孔抽采钻孔密封工艺为出发点,确定了煤岩作为等效连续介质注浆模型浆液的扩散半径,并基于Comsol multiphysics数值模拟软件对密封液在钻孔周围煤体裂隙中的渗透进行了模拟,分析了粘液在钻孔周围煤体中的渗流规律,开发了新型压塞-粘液封孔工艺,并在新丰煤矿25021回采工作面进行了现场试验,结果表明,瓦斯抽采浓度显著上升,抽采效率得到提高。     

煤层脉动水力压裂中脉动参量作用特性的实验研究

为了研究脉动参量对脉动水力压裂致裂效果的影响,制作了力学特征接近真实煤体的型煤试样,利用脉动水力压裂实验系统分别从不同压裂方式、不同脉动频率和不同参量组合3个方面进行了实验,实验结果表明：对于相似型煤试样,脉动压裂在较小压力下使试样破坏,其原因在于使试样产生疲劳破坏;脉动压裂时试样内部变化可分成脉动水充满原始裂隙、裂隙发育和扩展、裂隙贯通3个时期;相同压力下,脉动频率越低裂隙发育越充分,脉动频率选择24 Hz时煤层增透效果和脉动压裂效率均能得到保证;实施脉动水力压裂时应适当控制脉动压力,为脉动水在煤体内部的反复作用提供时间保证。结合脉动参量组合特点,提出了“双频-双压”压裂工艺。