瓦斯抽采钻孔螺旋式水力机械扩孔装置及其应用

水力机械扩孔增透技术是提高煤层瓦斯抽采效果、预防煤层瓦斯突出的重要方法之一。目前水力机械扩孔装置多采用直角式刀臂结构,但直角式刀臂在应用过程中存在着塌孔严重、排渣不畅、扩孔初期刀臂遇阻展开不畅以及水压动力分配不均等缺陷,严重影响着煤层扩孔的施工效果。基于此,研发一种瓦斯抽采钻孔螺旋式水力机械扩孔装置,将刀臂结构由传统的直角式改变为螺旋式,设计内部动力驱动装置,并提供一种高低压水切换装置以控制各管路开闭,进而完善煤层扩孔工艺流程。所设计的螺旋式水力机械扩孔装置在阳煤集团平舒煤矿15211工作面进行试点应用,结果表明:螺旋式刀臂较直角式刀臂拥有更好的切削煤体能力,扩孔装置卡刀次数明显减少,扩孔总长度提升10.59%,成孔率提高12.5%,并将扩孔总施工周期缩短1 d。证明螺旋式水力机械扩孔装置结构设计的合理性与优越性,为煤矿井下扩孔设备的优化改进提供了方向。

基于三维空隙率模型的采空区瓦斯运移及富集规律

采空区空隙率分布对采空区流体流动有重要影响,因此基于"O"型圈理论和砌体梁理论提出三维空间上的空隙率分布函数,建立三维渗透率模型,进而以平舒煤矿15111综采工作面为研究对象,模拟研究了重力和采空区平均粒子直径对采空区瓦斯运移及富集的影响规律。结果表明:在考虑重力因素下,采空区瓦斯在上隅角处形成明显"下扎"效果,并使得瓦斯在上隅角积聚;采空区平均粒子直径取值增大,低浓度瓦斯富集区扩大,高浓度瓦斯富集区减小;并通过对比实测数据,发现在考虑重力因素下平均粒子直径设置为0.12 m时更符合实际情况。

加卸载煤体损伤-渗透特性影响因素实验研究

深部煤层开采过程中,多重因素影响着煤体损伤-渗透特性。为揭示采动煤体损伤-渗透特性演化规律,开展了不同工程条件代表的恒围压加轴压(路径1)、恒轴压卸围压(路径2)和同时加轴压卸围压(路径3)3种力学路径下煤体损伤-渗透实验,分析加卸载方式、轴压加载速率、围压卸荷速率以及围压等因素对型煤煤体损伤-渗透特性的影响规律。结果表明,不同加卸载方式显著影响着试样损伤程度,按严重程度排序依次是:路径1<路径2<路径3;试样的抗压强度随加卸载速率的增高而较快达到,损伤程度和渗透率增幅却随之增高;随着围压的增高,损伤的时间响应变慢,渗透率最终恢复程度降低,煤体的损伤、渗透特性具有显著的围压效应。能量累计量随时间的变化呈指数函数关系,损伤扩容后相对渗透率k/k_(0)呈幂函数关系。

低位巷掘进过程对下伏煤层瓦斯抽采影响分析及工程应用

高瓦斯煤层群开采过程中往往伴随着各类煤与瓦斯突出问题,其中瓦斯赋存规律及涌出特征的难以把握更是制约着煤矿的安全高效开采。为有效解决高瓦斯煤层群环境下的煤层透气性低及瓦斯含量大等问题,文中以华阳集团平舒煤矿为试验背景,采用高低位瓦斯协同抽采技术,在工作面上方布置高低位巷道来对煤层进行卸压以及瓦斯预抽,并通过数值模拟方法重点分析了低位巷与下伏煤层的垂直间距大小对煤层应力释放和变形特征的影响。结果表明:低位巷的掘进会对15~#煤层造成非均匀性扰动,通过模拟得到低位巷与煤层的垂直距离为5 m时,最大应力释放量约为13.90%,最大变形量为3.20%;提出了低位巷的合理布置参数,即在距15~#煤层上方5 m的砂质泥岩中布置巷道宽度为5 m,巷道高度为2.6 m的低位巷;通过对生产、检修期间工作面上隅角和回风巷的瓦斯浓度进行长期监测,有效验证了该技术在治理本煤层及邻近层瓦斯的可行性。