小常煤业静态破碎剂致裂顶板技术研究

针对矿井坚硬顶板垮落难度大的问题,以晋能控股集团小常煤业30217运输巷为工程背景,运用静态破碎剂(简称SCA)致裂顶板。通过实验分析、数值模拟和工程实践相结合研究SCA的致裂效果。结果表明:SCA的径向膨胀压随着钢管内径的增大而增大,一般钢管底部的径向膨胀压大于中部,钢管内径越大,钢管底部与中部的径向膨胀压差值越大,当钢管的内径相同时,钢管的径向膨胀压随着约束程度的增大也增大;SCA作用后,30217运输巷顶板下沉量较之前增加约148 mm;30217运输巷预裂孔装填SCA之后,辅助30217工作面顶板垮落步距减小10 m左右。工程的成功应用对具有相同开采难题的矿井具有参考意义。

表面活性剂对无烟煤润湿影响实验研究

为了提高无烟煤的润湿性,降低粉尘带来的危害,通过实验分析探究表面活性剂对无烟煤的润湿作用。拟选用10种表面活性剂,为了系统科学地获取无烟煤润湿液的最佳组分,先采用动态接触角实验对试剂进行单体优选。随后采用改良沉降实验对优选出的表面活性剂进行复配实验,得出无烟煤最佳复配润湿液。结果表明:通过改良的沉降实验得出,各试剂单体之间拮抗或协同效果,对无烟煤润湿效果最好的复配润湿液为AEO-9+NP-10(AEO-9的质量分数为0.4%,NP-10的质量分数为0.8%,体积比1∶1)。

聚氧乙烯型表面活性剂对无烟煤润湿的影响

为了探究聚氧乙烯型表面活性剂对无烟煤润湿性影响,采用分子模拟和实验分析相结合的手段,运用Materials Studio软件微观解释表面活性剂对无烟煤的润湿机理;实验分析利用改良沉降法和喷雾降尘实验来比较添加表面活性剂后水对煤的吸附强度并获取表面活性剂的最佳质量分数,并得出除尘效率。结果表明:表面活性剂在无烟煤表面定向排布;NP-10和AEO-9的环氧乙烷的氧原子是更容易发生吸附作用的活性位点;聚氧乙烯型表面活性剂使煤与水之间静电力和氢键作用提升,分子间作用力增强;在改良沉降法中,表面活性剂使煤尘的沉降速率提升,亲水性增强,测得AEO-9和NP-10的最佳质量分数分别为0.4%和0.8%,AEO-9对煤润湿性高于NP-10;在喷雾降尘实验中,供水压强增大,水滴速率增大,除尘效率提高。

注弱吸附性空气驱替低渗煤层瓦斯的试验研究

我国煤层渗透性普遍较低,这一特点决定了我国煤层瓦斯促排、促抽难度大。注CO_(2)驱替煤层瓦斯是近年来一种新兴的高效促排、促抽瓦斯增产技术,其理论和应用技术已日趋成熟,考虑到煤层压注CO_(2)时,现场制取难度大,供气量难以满足现场需要。为此,从井下气源获取的角度考虑,提出了注弱吸附性空气驱替煤层瓦斯技术。通过分析注空气对煤层瓦斯置换、气流的稀释扩散以及煤层膨胀增透的多重作用,选择在山西常村煤矿3#煤层掘进工作面进行注空气强化瓦斯促排的现场试验。根据瓦斯浓度、流量等相关参数进行对比分析。现场实践表明:注空气3 h后,钻孔瓦斯浓度相比于注气前,下降幅度为60%~80%,钻孔纯瓦斯流量为注气前的1.33~2.15倍,井下煤层注空气促排瓦斯效果显著,可为高瓦斯低渗透性煤层快速促排瓦斯提供一种参考。

表面活性剂对无烟煤调控机制

为了降低粉尘对人体的危害,通过分子模拟和试验分析相结合,从宏观和微观双角度,综合地探究表面活性剂对无烟煤的润湿调控机制。采用分子动力学模拟出的空间分布、非键相互作用、氢键作用来比较阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂在无烟煤润湿方面的异同,试验选用的试剂为:(脂肪醇聚氧乙烯醚)AEO-9、(十二烷基苯磺酸钠)SDBS、(顺丁烯二酸二异辛酯磺酸盐)快渗T和(壬基酚聚氧乙烯醚)NP-10。通过动态表面张力试验探究试剂对水的改性效果,采用红外光谱试验探究试剂对无烟煤的改性效果。结果表明:表面活性剂在液固界面定向排列,但阴离子表面活性剂有序性更强。阴离子表面活性剂对静电作用力的提升高于非离子表面活性剂,对氢键作用力的提升低于非离子表面活性剂。试验的4种试剂能大幅度降低水的表面张力,经试剂处理的无烟煤其亲水基团提升,润湿性增强,快渗T的润湿作用最“温和”。

高瓦斯矿井初采前顶板静态预裂技术研究及应用

针对高瓦斯矿井回采时初次来压步距长的问题,提出初采前采用静态破碎剂(SCA)对切眼进行静态预裂处理的技术方案。通过对静态膨胀的原理进行分析后,设计了测试系统和核心组件对SCA径向膨胀压力和轴向膨胀压力进行了测定。试验结果表明:SCA的膨胀压力随管径的增大而增大,管径一定时径向膨胀压力高于轴向膨胀压力。设计并自制了一种可搭接防滑定向聚能静态预裂装置,结合SCA的研究成果在小常煤业30218切眼进行了现场试验。工业试验结果表明:设计的静态预裂装置能够将径向膨胀压力定向聚能,强化了顶板的预裂效果,简化了静态预裂的工艺。通过UDEC数值模拟和现场钻孔窥视的方法对顶板预裂的效果进行了验证,经过静态预裂处理切眼顶板后,初次来压步距减少10.8m,取得了良好的工业效果,满足安全生产的要求。