瓦斯抽采钻孔密封段防塌支护材料试验研究及现场应用

为有效解决高瓦斯松软煤层瓦斯抽采钻孔密封段易塌孔问题,研制了一种以普通硅酸盐水泥为基料,掺入膨胀剂、早强剂等辅料的钻孔防塌支护材料.首先采用单因素试验法考察防塌支护材料中铝粉及CaO掺量、硫酸钠掺量、水料比对材料抗压强度的影响,再以此为基础,根据中心组合(Box-Benhnken)试验设计法,选取铝粉及CaO掺量、硫酸钠掺量、水料比三因素,以抗压强度为响应值设计三因素三水平试验方案进行响应曲面法分析,利用Design-Expert软件优化得到各添加剂掺量间的最优组合,最终确定铝粉及CaO掺量0.54％、硫酸钠掺量4％、水料比0.70为最佳配比参数.同时在潞安集团余吾煤业3#煤层N1103工作面进行现场验证,解决了钻孔密封段易塌孔问题,经测试单孔瓦斯初始体积分数约为80.705％,较普通钻孔提高约30％,历时60 d单孔瓦斯体积分数仍保持在43.89％,较普通钻孔提高约25％,钻孔密封性能得到显著提升.     

高瓦斯松软煤层钻孔加固密封技术研究

为解决高瓦斯松软煤层瓦斯抽采钻孔孔口失稳这一重要难题，通过研究高瓦斯松软煤层中钻孔封孔段失稳机理及钻孔孔周裂隙场及位移情况，将传统技术及加固技术导致钻孔失稳的理论进行对比分析|得出了在封孔初期对封孔段实施固化能够增大周边煤体的主动支护作用的结论，基于分析结果提出了采用“大孔径”打孔护壁注浆+“小孔径”打孔的新型孔口加固密封技术|最后，在潞安集团古城煤矿S1303主运输大巷进行加固密封技术的现场验证，实验结果表明30d后单孔瓦斯浓度提升约30%，加固技术很好地解决了钻孔孔口失稳变形导致的瓦斯抽采管难以送入指定位置的问题。     

基于光纤光栅的煤层瓦斯钻孔塌孔位置表征试验研究

钻孔瓦斯抽采是解决瓦斯超限问题的重要手段，受地应力、钻进扰动等影响矿井瓦斯抽采钻孔易塌孔变形，严重影响瓦斯治理效果。针对煤层瓦斯抽采钻孔塌孔位置难以监测的问题，提出了一种基于光纤光栅智能传感技术的钻孔塌孔监测技术。首先从光纤光栅传感器应力监测理论出发阐述了光纤光栅钻孔塌孔监测原理，在此基础上构建了基于光纤光栅的塌孔表征实验平台，开展了不同塌落煤量下3种光栅布置方式（0°、90°、180°）的钻孔塌孔监测模拟试验，研究了光栅测量波长偏移量、抽采流量随塌落煤量的变化规律，划分了钻孔塌孔等级。结果表明：光栅测点位于基体材料下方布置方式的塌孔监测准确度最高，此时中心波长偏移量Δλ与塌落煤量m的关系为m=3.017Δλ，抽采流量Q与波长偏移量Δλ的关系为塌孔评判标准划分三级塌孔标准：Ⅰ级塌孔抽采流量衰减至90%，Ⅱ级塌孔抽采流量从90%衰减至50%，Ⅲ级塌孔抽采流量衰减至50%以下。最后，通过在潞安集团漳村煤矿2802工作面的现场试验验证了光纤光栅塌孔监测技术的有效性，发现钻孔30 d后塌孔位置分布与钻孔打钻完成后的初期期情况相近；在现场试验中，基于所提出的塌孔监测技术成功定位并修复了5个钻孔，...