煤矿井上下联合抽采瓦斯关键技术研究及应用

为解决煤矿井下压裂增透效果较差难以高效抽采瓦斯的问题,提出了煤矿井上下联合抽采瓦斯的模式,建立了基于地面井与井下钻孔抽采的方法;利用地面老井和井下钻孔通道,形成了一套长距离、多拐弯、大排量及可携砂的地面压裂井下对接技术。获得了水力压裂裂缝破裂扩展规律,给出了不同条件下煤层水力压裂裂缝形态,得到了压裂半径理论计算公式。提出了井上下联合地面井位置优选原则,给出了基于井上下联合的水力压裂设计方案。在寺河矿开展了井上下联合2个压裂孔的增透抽采试验,试验结果表明:1#压裂孔累积抽采量为50.31万m^(3),2#压裂孔的顺层考察孔2和顺层考察孔3抽采瓦斯纯量分别为238.35万m^(3)和129.29万m^(3),压裂孔及对比考察孔抽采效果分别提高6.34倍、43.8倍及31.37倍,压裂后平均抽采量比原始钻孔提高33.14倍,压裂后煤层具有较好的增透抽采效果。实现了井上下联合抽采瓦斯,对于同类型的矿井具有较好的指导价值。

废弃井“一井多用”瓦斯抽采关键技术及应用

煤矿区地面瓦斯废弃井改造再利用,可进行采动区瓦斯抽采,具有保障回采工作安全生产,瓦斯资源有效利用,减少瓦斯逸散对环境压力等经济环保多重效益。针对这一目的,结合采动区地面井和废弃井的特点,提出废弃井“一井多用”瓦斯抽采技术思路。通过分析试验工作面开采工艺、覆岩结构及废弃井的基本情况等条件,研究并提出了废弃井优选及判识、地面井改造工艺、防护装置安设、抽采系统布置及抽采控制技术等,改进了废弃井改造射孔造缝段长度确定方法。研发了基于油套环空动态调节、组合套管双重防护及筛管分级优化的安全防护方法,形成了废弃井“一井多用”地面井瓦斯抽采技术。选取晋城矿区岳城煤矿作为试验对象,完成了3口废弃井(井号为YC-50、YC-52、YC-54)再利用改造试验,其地面井瓦斯抽采量累计分别为257.88万、172.50万、129.60万m^(3)。YC-50井改造运行后,地面井抽采范围内工作面上隅角瓦斯体积分数最大值从0.77%降至0.40%,降幅48.05%;YC-52井改造运行后,采煤工作面上隅角瓦斯体积分数降幅为52.38%,有效保障了回采工作面安全生产,实现了废弃井“一井多用”目标,取得了良好的经济与社会效益。研究成果为其他区域废弃井改造利用提供了借鉴,建议今后从地面预抽井设计阶段便考虑“一井多用”方案,开展相关技术研发,以提升设计井质量和接续再利用问题,以降本增效。

岳城矿预抽地面井采动影响数值模拟研究

为提高地面井抽采效率及优化地面井井位选择,基于岳城矿1301下工作面概况、岩层参数及综合柱状图,采用FLAC 3D构建岳城矿综采工作面数值计算模型,对采场覆岩运移规律进行模拟计算分析。通过模拟1301下综采工作面回采情况,分析了采动过程顶底板塑性区变化及覆岩应力变化规律,得到了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,并进一步分析了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,为预抽井井位优选提供了理论依据。

煤试样巴西劈裂的声发射特征研究

基于细观损伤力学开发的RFPA2D数值模拟软件,分析了巴西劈裂试样的应力分布特征。利用微机控制试验机进行了煤试样的巴西劈裂试验,对煤巴西劈裂全过程中的声发射特征进行了研究。试验结果表明:声发射事件伴随整个煤试样劈裂过程,在不同的加载阶段有不同的声发射特征;随着载荷的增加,煤的应力场随时发生变化,从加载初期到破坏时,再到破坏后x轴方向拉应力经历了"不明显-最明显-不太明显"的过程;在煤试样将要破坏时拉应力达到峰值,证实了煤试样劈裂是受拉破坏,此时声发射事件最为明显。

采动区地面煤层气开发悬挂生产套管的研究及实践

在煤矿采动区地面煤层气开发钻井下套管过程中,为精确下放生产套管到指定位置,解决钻杆下放生产套管难提钻杆的问题,根据地面井钻井下套管的特点,研制了一套精确下放生产套管装置,较好地解决了精确下放生产套管的问题。在寺河煤矿、成庄煤矿及岳城煤矿地面煤层气开发钻井下套管试验中,煤矿采动影响后该悬挂装置极好地连接了二开套管与生产套管,保持了井身的畅通性,为煤层气抽采提供了保障,取得了较好的效果。

采动影响区地面井瓦斯抽采在岳城矿的应用研究

通过对采煤后覆岩裂隙形态的分析,根据采煤工作面瓦斯流动特征,获得采动影响下瓦斯地面井布置基本原则。结合覆岩移动规律及钻井井身结构变形破坏特征,设计了采动影响下瓦斯抽采地面井井身结构,并在晋煤集团岳城矿进行了应用,取得较好的瓦斯抽采效果,解决了采煤工作面瓦斯超限问题,为煤矿安全生产提供了保障。

采动影响下地面井煤层气抽采技术研究

建立覆岩移动变形模型,分析了覆岩各岩层沉降变形及剪切变形特征,给出了套管在覆岩作用下的剪切、拉伸变形破坏形式,建立地面井"S"型剪切变形数学模型函数及离层拉伸变形数学模型;通过对采煤后覆岩裂隙形态的分析,根据采煤工作面瓦斯流动特征,获得了采动影响下瓦斯地面井布井基本原则,设计了采动影响下瓦斯抽采地面井结构,在晋煤集团成庄矿、寺河矿应用该技术,取得很好的抽采煤层气效果,解决了采煤工作面瓦斯治理难的问题,抑制了瓦斯超限,保障了煤矿回采的安全,取得了很好社会经济效果。

煤矿地面水力压裂理论研究及应用

利用弹性力学原理,建立了水力压裂力学模型,给出了起裂压力理论计算公式。从压裂后压裂液的滤失速度出发,推导出了压裂半径理论计算公式,提出了新的压裂工艺技术,给出了压裂参数。试验结果表明:压裂孔后平均抽采量较原始孔提高了33.14倍,平均浓度较原始孔提高了44.28%,说明压裂后的增透效果较为显著。

采动区瓦斯地面井抽采技术在含水地层矿区的应用

山西端氏煤矿在应用采动区地面井抽采煤层气技术时发现钻越地层涌水量较大,地面井受采动影响后地层水从井壁破损处涌入套管内堵塞抽采通道,导致产气效果欠佳。针对这一问题,通过分析井身破坏模式,确定含水地层位置,进一步优化钻固井工艺及井身结构,改进后地面井抽采效果提升显著:有效运行时间从30 d增加到180 d,抽采瓦斯纯量由15.95万m3增加到172.25万m3,地面井运行后工作面回风巷瓦斯浓度降幅为29.60%,工作面上隅角瓦斯浓度降幅为46.27%,井下工作面涌水量没有增加。现场试验结果表明,采动区地面井抽采技术经过优化改进后可以在含水层赋存矿区成功应用。

采动区瓦斯地面井破断防护研究及应用

为攻克采动区瓦斯地面井抽采中井筒易破断的技术难题,采用"避"、"让"、"防"、"疏"的技术理念优化完善了采动区地面井瓦斯抽采技术。用"避"的理念,得到了采动区地面井井位布置规律;用"让"的理念,完善了局部固井技术,提出了局部固井方法,"让"出了水平移动量;用"防"的理念,开发了局部防护装置,偏转结构、伸缩结构及厚壁刚性结构;用"疏"的理念,研发了悬挂完井技术,解决了三开筛管段泥沙堵孔难题。在晋煤岳城矿进行了工程应用,YCCD-02井连续抽采35个月,累计抽采瓦斯量约1 300万m^3。地面井抽采后,工作面回风巷瓦斯体积分数下降了58.75%,上隅角瓦斯体积分数下降了56%。该技术保障了煤矿回采的安全,具有推广价值。

煤矿采动影响下地面井群瓦斯抽采范围研究

随着我国煤矿开采强度的日益提高,矿井回采空间瓦斯涌出量大幅增加,即使低瓦斯矿井也有瓦斯“爆涌”问题显现。如何进行大范围、区域化的连续抽采,形成对回采空间涌出瓦斯的低成本长效控制,依然是目前面临的重要难题。采动区瓦斯抽采地面井在地面施工,能够连续进行采动区/采空区抽采,是区域化连续抽采控制回采空间瓦斯浓度的有效技术。因此,在对采动区内覆岩裂隙场渗流特征分析基础上,建立了采动区地面井抽采条件下地面井周围采动影响范围内的气体压力衰减梯度变化函数,提出了以采动裂隙场内气体压力衰减梯度曲线拐点为依据的地面井有效抽采范围判定原则;进而,建立了采动区瓦斯地面井(群)抽采效果评估方法,并提出了抽采率指标的计算模型;最后,以晋煤集团岳城矿为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟分析和现场小井群抽采试验相结合的方法对采动区瓦斯地面井小井群抽采的参数优化、应用效果等进行了对比分析与验证,证明了采动区瓦斯地面井(群)抽采具有很高的实用价值。

重复采动下煤矿采动活跃区地面井变形特征研究

为解决采动影响下的采场覆岩运动,尤其是重复采动影响导致地面井断孔率较高的问题,以分层开采条件下的工程环境为基础,通过建立平面相似模型,进行煤层的分层开挖、采场覆岩的剪切滑移和离层位移对地面井监测线的影响的连续监测,获得了地面井在重复采动影响下的变形特征:采动区地面井在重复采动影响下剪切变形呈现出"增大→减小→增大→减小"的反复错动的活动特征且下分层开采后地面井剪切滑移量较上分层开采后增大了30.12%;离层拉伸变形呈现出"增大→增大→增大→增大"的持续增加的活动特征且下分层开采后地面井离层拉伸变形与采厚比较上分层开采后增大了29.8%。同时,针对地面井变形规律提出了井身强化设计的防护思路。

悬链受力新模型及刮板链拉力计算

采煤工作面回采过程中,工作面刮板输送机机槽下侧刮板链在距离输送机端头一定距离内呈悬链状态,此悬链状态区别于一般静止状态下的悬链,这里考虑其与刮板槽存在相互间的摩擦作用,给出了求解此状态下悬链拉力的计算模型。同时该模型还给出了在弯曲或局部鼓起处悬链与接触面间的拉力求解方法。

一种高转换速率衬底电位选择电路的设计

本文基于0.5μm 5V DPTM CMOS工艺设计了一款用于LED驱动芯片的衬底电位选择电路。该电路采用峰值电流镜作为偏置,使其在低电压下能够正常工作,并运用源端输入带正反馈的比较器,使得电路具有一定的迟滞和高的转换速率,最后巧妙的设计了输出级,使输出结果尽可能的与芯片中的最高电压相等。仿真结果显示,比较器的转换速率为55.7V/μs,并且具有0.2V的迟滞,满足设计要求。

煤矿采动稳定区煤层气资源评估方法及其应用

受多煤层赋存条件和煤矿井下回采工艺影响,采空区内的大量遗煤导致废弃矿井或老采空区内赋存丰富煤层气资源,对这一资源的准确评估、合理开发和高效利用是我国进行非常规油气资源开发的重大需求,如何准确评估废弃矿井或老采空区的可抽采煤层气资源量是进行高效开发的关键问题。因此,通过分析煤层气的来源、赋存空间和关键影响因素,建立了基于"间接减法"理念的采动稳定区(废弃矿井或老采空区)煤层气资源评估模型,提出了进行采动稳定区煤层气资源评估的方法。运用建立的评估模型和方法,在晋城矿区成庄矿5310工作面区域进行了采动稳定区煤层气资源的地面井抽采试验,单井连续抽采433 d,抽采煤层气资源243.27万m^3,抽采量核算与评估结果基本一致,初步证明了评估方法的适用性。

分段电极介质阻挡放电CO_(2)重整CH4过程放电特性与反应性能研究

大气压低温等离子体可在温和条件下进行CO_(2)重整CH4反应,对环境保护和能源供应具有双重意义。介质阻挡放电(DBD)是进行该反应最常用的放电等离子体形式之一,但其工艺过程和反应性能受到反应器结构的显著影响。前期研究发现,分段电极DBD可以调节CO_(2)重整CH4反应过程的反应物转化率、产物分布及能量效率,但是分段电极数量和相邻电极间距对上述性能参数的影响机理尚不清晰。因此,该文设计了具有不同电极数量和不同相邻电极间距的分段电极DBD反应器,并用于CO_(2)重整CH4反应,从电学特性和温度特性的角度研究了不同实验条件下的放电特性,比较分析了对应条件下的CO_(2)重整CH4反应性能。结果表明,分段电极的引入可以增加放电边缘数量以增强边缘效应,且增加分段电极数量和增加相邻电极间距均可延长反应物的有效停留时间,上述因素均有助于提高等离子体CO_(2)重整CH4的反应性能。在施加电压11.0 kV条件下采用4段外电极时可获得最高的CO_(2)转化率(17.7%)和CH4转化率(29.5%),以及最大的CO选择性(36.0%)。而在2段电极结构中,当相邻电极间距为3 cm时,可获得最高的总反应物转化能量效率(0.334 mmol/kJ)。

寺河矿大采高开采地表移动现场监测及预测

以晋城矿区厚覆盖层下开采引起的地表移动为研究对象,在采煤工作面上方地表走向和倾向布置混凝土灌注测点,采用GPS快速静态定位测试与动态测试相结合的方法,对工作面回采后地表移动量进行了监测。采用MATLAB软件对地表移动数据进行分析,运用概率积分法得到工作面上方走向和倾向地表下沉曲线。结果表明,该区域内走向下沉最大值达4.692m,倾向最大下沉值为4.043m,充分采动后埋深采高之比与下沉量呈负相关关系;概率积分法对该区域内地表沉降预测较为准确,走向平均相对误差为4.7%;该区域地表下沉活跃期约130d。

井上下联合抽采瓦斯技术在岳城矿的应用

为解决采空区瓦斯大量涌出严重制约综采工作面生产的技术难题,针对岳城煤矿1302采煤工作面瓦斯浓度高的情况,基于煤炭开采时空接替、瓦斯抽采关系,提出适合高瓦斯煤矿瓦斯治理的井上下联合抽采采空区瓦斯技术模式。实践表明:该技术模式能够大幅度降低工作面瓦斯超限的威胁,有效抽采高瓦斯矿井采空区积聚瓦斯,提高了高瓦斯煤矿瓦斯抽采水平和安全生产效益。

煤层水力致裂对采场围岩应力扰动的影响

采用分析岩石损伤破裂过程的RFPA2D-Flow数值计算软件,研究了大阳煤矿3401综放面煤壁前方煤层水力致裂对采场矿压的应力扰动过程。结果表明:随着水压力的增大,围岩应力会不断经历集中、转移、再集中的过程,受水力致裂的影响顶板压力释放,高应力值不再出现,低应力值出现得较为密集,弱化了顶板(煤),围岩被湿润弱化,湿润弱化范围逐渐向四周扩展。现场试验验证了煤层水力致裂对卸除覆岩高应力、弱化坚硬顶板和提高放顶煤采出率的积极作用。

煤矿地面水力压裂增透技术研究及应用

为了提高煤层的透气性、强化井下瓦斯抽采,采用地面大排量压裂、井下抽采的井上下联合工艺。通过分析地层应力的分布特点和水压破裂规律,给出水压裂缝的两种典型形态,计算裂纹在平面应力状态下的位移场,得到了基于水力压裂变缝高椭圆压裂形态的压裂半径理论计算公式,为地面压裂设计提供依据。提出了煤矿地面压裂井下抽采的压裂工艺系统,给出了压裂位置的布置原则。在寺河矿进行地面压裂试验,压裂增透后瓦斯抽采量较原始孔提高了3.65倍,压裂孔抽采瓦斯累计量为218.66万m^3,压裂半径120 m,达到了较好的压裂增透效果。