煤层瓦斯测压中钻孔密封技术创新

针对瓦斯测压过程中钻孔孔外导气连接装置气密性不足、操作不方便和功能单一等问题,研发了一种密封可靠并具有多个接口的测压钻孔孔外导气管连接装置。首先,对测压钻孔孔外导气管连接装置进行了设计,然后制定了气密性检测实验方案,并提出了用于该连接装置的多种密封方法,开展了气密性检测对比实验,分析了实验数据,研究结果显示:利用密封圈、四氟垫和黄铜材质零件组成的孔外导气管连接装置在气密性、应用便捷、功能多样化和性价比方面最佳,该装置为准确测量瓦斯压力提供了有力的保障。

钱家营矿煤层气产能潜力数值模拟研究

煤层气产能潜力评价是研究煤层气产出与运移规律,指导压裂增透工艺优和排采制度优化的重要方法。采用COMET 3软件对钱家营煤矿7号煤层压裂水平井的产能潜力进行了模拟研究,在储层渗透率分别为0.05mD、0.1mD和0.2mD条件下,水平段为1000m的压裂水平井单井峰值产量在4761~7012m^(3)/d;生产10年的累计产气量为(1054~1401)万m^(3)。单井生产3~4年,影响半径130m范围内的瓦斯含量平均降低2~3m^(3),可以保障现有煤层及瓦斯条件下煤矿的安全生产。数值模拟研究成果表明,钱家营煤矿7号煤层具有地面煤层气开发的潜力及可行性,压裂水平井是钱家营煤矿煤层气开发的优势技术,提高压裂后储层渗透性是提高单井产量的关键。

基于单片机控制的自动均压模拟实验系统研究与应用

目前,煤矿井下工作面均压主要以调节风窗加调压风机均压系统为主。在实际调压过程中,主要通过调节风窗开口面积来实现工作面均压,而这种方法存在调节不及时、不准确和工作量大等问题。针对这一问题,以某煤矿6102工作面通风系统为蓝本,研制了该工作面均压系统的物理相似模型,设计了一种基于单片机控制的煤矿均压自动控制系统并进行了测试实验。实验结果表明:该均压自动控制系统具备实时监控和自动控制能力,能够实现工作面的自动均压调节,在实验条件下可以减小采空区漏风30%左右,为该煤矿井下应用均压自动控制系统提供了参考。

我国煤矿瓦斯抽采智能化技术现状与展望

为促进煤矿瓦斯抽采智能化技术的进一步发展,提升瓦斯抽采效果与技术水平。通过查阅、统计、分析相关文献资料,总结了我国煤矿瓦斯抽采在钻孔施工与密封、抽采数据监测与传输、抽采达标评判、抽采参数分析与设备调控四个方面的智能化发展技术现状,提出了煤矿瓦斯抽采智能化技术组成结构与未来发展方向。研究结果显示:现有煤矿瓦斯抽采智能化技术以自动化、综合化、可视化和数字化的协同发展为主,未来发展方向为抽采能力智能调配、抽采管网气体泄漏智能识别和抽采全过程一体化控制。

煤矿井下火灾侦察机器人研制

本文为解决煤矿井下突发火灾事故侦察的难题,研发了一种适应于煤矿井下火灾侦察机器人,论述了煤矿火灾侦察机器人设计方案,详细介绍了系统软件设计方法,并对机器人性能进行了测试。火灾侦察机器人实际应用表明:该履带式侦察机器人适应能力强、环境参数探测功能全、运行可靠性高、数据传输稳定,可代替救护人员深入危险环境探测各类环境参数信息,为事故救援提供科学依据。

本煤层瓦斯抽采半径测定技术研究与实践

为快速准确测定顺层钻孔的瓦斯抽采半径,采用SF_6气体示踪法作为测试方法,在唐山矿T_3285工作面沿煤壁布置平行试验钻孔,选定两端的其中一个钻孔作为SF_6气体的释放孔,其余作为抽采检测孔,在一定的抽采负压下,依次检测SF_4气体在抽采检测孔中出现的时间,可确定瓦斯抽采半径。结果表明,瓦斯抽采时间与抽采半径呈现幂函数关系,钻孔直径75 mm,抽采负压14 kPa条件下,抽采30 d时瓦斯抽采半径为4.2 m,当钻孔间距大于4.2 m时抽采所需天数可通过回归的方法计算得出。

矿井重大危险源监测识别及预测预警系统开发

对钱家营矿水、火、瓦斯和顶板等安全监测监控系统状况进行了分析,针对存在的主要问题,建立重大危险源指标体系库,运用先进的预警模型,实现对煤矿井下水、火、瓦斯和顶板等重大危险源的集成管理和超前预警,提高了煤矿对重大灾害的预防和应急处理能力。

不同瓦斯压力下煤体瓦斯解吸试验研究

为了研究不同瓦斯压力下煤体瓦斯解吸规律,在开滦矿区开展了煤样在不同瓦斯压力下的瓦斯解吸试验研究。试验结果表明:新的解吸规律曲线模型要比国家标准推荐的瓦斯解吸规律模型相关性要高,其相关性系数最高为0.9984。开滦矿区钱家营矿的煤体瓦斯解吸能力强于吕家坨矿,开滦矿区煤体随着瓦斯压力的增大,吸附能力逐渐增大。

煤与瓦斯突出预测敏感指标确定方法探索及应用

煤与瓦斯突出预测敏感指标的确定,对突出煤层的安全开采有着重要意义。分析了传统指标敏感性确定方法在新时代所面临的局限性;提出了用于确定突出预测敏感指标的统计分析法,并找出各预测指标适应的地质条件,给出了其应用方案。在开滦矿区应用表明:钻孔瓦斯涌出初速度指标适用于典型的突出煤层,瓦斯解吸指标适用于以瓦斯为主导的突出煤层,钻屑量指标适用于以应力为主导的突出煤层;开滦矿区的煤与瓦斯突出控制性因素主要为高应力,其次是高压瓦斯,突出预测敏感指标为钻屑量和瓦斯解吸指标。

唐山矿水力压裂数值模拟研究

本文首先对水力压力试验方案进行了设计,在此基础上,对不同压力条件下的压裂效果进行数值模拟分析。试验结果显示,唐山矿合适的注水压力为12MPa,该压力条件下的注水影响半径为20m。

外力扰动条件下的瓦斯解吸机理与实验研究

从理论上对煤体孔隙壁面扩展位移进行了分析,在此基础上,提出了外力扰动条件下的瓦斯吸附分子转变为游离态的判断依据;开展了外力扰动条件下的煤样瓦斯解吸实验方案设计与实施,并对实验数据进行了处理;对扰动诱导煤与瓦斯突出等动力灾害的机理提出了新的解释。研究结果显示,在外力扰动条件下,煤体对瓦斯的吸附平衡被打破,游离瓦斯所占的比例有所增大,瓦斯压力上升,煤与瓦斯突出等动力灾害发生的动力增加。

RS-1型柔性深钻孔瓦斯涌出初速度测定装备研制

钻孔瓦斯涌出初速度是常用的煤与瓦斯突出预测指标之一,该技术最大的缺陷是预测深度较浅,严重制约着采掘速度的提高。针对传统装备的不足及现代化矿井高效开采的需求,提出了RS-1型柔性深钻孔瓦斯涌出初速度测定装备的结构与工作原理,对该装备的封孔胶囊进行了设计与加工制造,对该装备的性能进行了实验室实验和现场试验。研究结果显示,该装备具有测定钻孔瓦斯涌出初速度的功能,而且,能够有效提高测定钻孔深度。

地质组合熵在开平向斜东南翼矿井瓦斯地质工作中的应用

针对判定煤与瓦斯突出危险性程度的单个指标都有自己的适用范围和缺陷,不同的指标评判结果未必一致。组合熵异常区域受到多种异常因素共同控制。通过开平向斜东南翼分煤层组合熵区划图,说明了地质组合熵在开平向斜东南翼矿井瓦斯地质工作中的应用是可行的,为相关瓦斯地质工作提供了参考和借鉴。

含瓦斯煤气固耦合作用在顺层双钻孔瓦斯抽采中的应用

为研究顺层双钻孔抽采过程中煤层瓦斯压力和渗透率的变化规律,将煤体视为双重孔隙结构介质,结合气体滑脱效应等因素的影响,建立了基于双孔结构特征的含瓦斯煤气固耦合作用模型,并通过有限元方法进行了数值解算分析。结果发现,瓦斯抽采时,两钻孔之间区域的瓦斯压力下降幅度明显大于其他区域,而在两钻孔区域的外侧至研究区域的边界处均出现了较为显著的瓦斯压力梯度;当钻孔间距为5 m和10 m时,同等条件下相较于钻孔间距为2 m和15 m的情况,煤层渗透率相对较大,而且瓦斯抽采有效区域分布更为均匀。同时,当钻孔间距小于5 m时,有效的瓦斯抽采影响区域会出现严重重叠现象,增加施工成本,而当钻孔间距大于10 m时,煤层中会产生一定程度的瓦斯抽采盲区,因此,5~10 m可以作为瓦斯抽采钻孔的合理布置间距。

基于主应力判定的高位钻孔抽采瓦斯参数优化研究

为了提升高位钻孔抽采治理采空区瓦斯的效果,需要准确掌握采空区覆岩“三带”分布规律,确定抽采钻孔位置参数。以某煤矿3185工作面煤层赋存特性及上覆岩层的基础参数为例,运用经验公式和ANSYS模拟软件,研究了3185工作面回采不同距离时上覆岩层应力变化规律。基于主应力特征的覆岩“三带”判别方法,判定3185工作面垮落带高度为8.4 m,裂隙带高度为29.2 m,以此设计的高位钻孔抽采瓦斯平均浓度提高了12.06%,瓦斯治理效果明显。

煤矿“一通三防”技术概况及智能化应用

随着我国煤炭产量的快速增长,煤炭产业的安全发展变得愈发重要,在“一通三防”安全工作中,传统的人工巡检方式不仅浪费人力而且效率低下已经无法满足需求,因此亟须引进更加高效精准先进的智能机器人,用于煤矿“一通三防”安全管理之中,有效避免事故发生。本文首先介绍了“一通三防”的定义和总体目标,随后阐述了“一通三防”技术的具体发展,最后介绍了智能化机器人各系统关键性技术及在“一通三防”技术中取得的实际效果。

水灰比和粉煤灰对静态破碎剂反应温度影响研究

静态膨胀剂致裂增透可以解决高瓦斯低渗透性煤层的瓦斯治理难题。为避免膨胀剂水化反应温度过高导致煤层自然发火,探究了膨胀材料的水化温度随时间的变化规律,分析了水灰比和粉煤灰掺料对水化反应温度影响。结果表明:在水温和气温一定时,随水灰比的增大,最高反应温度和最大升温速率逐渐降低,到达温峰所需时间增长;相同水灰比条件下,随着粉煤灰掺量的增加,反应的升温速率和温度峰值减小,并延长了反应所达到最高温度的时间。

综放工作面瓦斯综合治理模式研究

开滦集团某工作面的回采工艺为综放开采,开采强度大,瓦斯涌出量高。基于此,提出了该工作面的瓦斯治理模式:在"U+L"型通风方式的基础上,增设1个切眼和倾向高位瓦斯抽采钻孔,并采取措施调节回风巷和瓦斯排放巷的风量。然后,采用数值模拟手段对该瓦斯治理模式下的采空区瓦斯运移规律进行研究,并开展现场工程应用。结果表明,含有瓦斯的风流被诱导流入瓦斯排放巷和抽放钻孔,阻止了采空区深部瓦斯向上隅角的涌入,在很大程度上减小了采空区内部及工作面上隅角的瓦斯浓度,从而解决了上隅角瓦斯局部积聚的难题。

不同埋深煤体孔隙结构特征及瓦斯吸附特性研究

为研究同一煤层煤体孔隙结构及其瓦斯吸附性能与埋深的关系,通过等温吸附试验、低温N2吸附试验,测定了4个不同埋深煤样的瓦斯吸附量和孔容、孔比表面积等孔隙结构参数,应用孔隙分形理论研究了不同埋深煤样的分形特征,并确定了孔隙结构参数与吸附常数的关系。结果表明:随着埋深的增加,煤样的孔比表面积增加,瓦斯吸附量增加;4个煤样中埋藏最深的煤样较最浅煤样比表面积增加了1.2603 m^(2)/g,总孔容减小了0.0026 mL/g,瓦斯吸附量增加了67%,吸附饱和度降低了7.4%;吸附常数a与孔比表面积和分形维数的幂函数呈正相关关系,吸附常数b与吸附常数a呈幂函数关系。因此,可根据不同埋深煤样孔隙结构参数量化瓦斯吸附性能,为细化同一煤层瓦斯灾害防治方案提供了理论依据。

高压水射流枪头口径及冲孔角度试验研究

目前,小流量、小压力、小口径的高压水射流冲孔系统在井下应用少且效果不佳。为使此系统在井下防突措施应用中得到推广,在开滦钱家营矿5煤层,针对高压水射流冲孔枪头的口径和冲孔角度的选择及优化进行了试验研究。采用了理论推导,得出了高压水射流系统的沿程阻力损失及局部阻力损失。运用MATLAB数值分析方法,作出分析曲线,由图像坐标反算出最佳冲孔枪头口径。根据理论推导结果确定现场试验参数范围,得出高压水射流枪头口径最佳现场试验参数。结果表明,泵压达到额定最大值31.5 MPa,当枪头口径选择为6 mm时,冲孔效果最佳;采用理论分析与现场试验对比的方法对冲孔角度的选择进行了试验。运用灰色综合评价方法对冲孔方案进行预测评价。结果表明,掘进工作面最佳冲孔倾角范围为5°-10°,且排煤量为冲孔角度0°时的1.2-1.5倍。回采工作面采用中间孔与水平面夹角为10°,两侧孔与水平面夹角为5°,2个相邻孔水平方向夹角为30°的冲孔方式,其影响因素灰色关联度为r=0.960 91。