煤矿瓦斯抽放技术与装备

介绍了我国瓦斯抽放技术现状及存在的不足,简单介绍了瓦斯抽放方法,提出了煤矿瓦斯抽放技术装备系列化的思想,以使瓦斯抽放工作更加程序化和简约化。

煤和砂岩加载弹塑性损伤本构方程

为了研究煤岩和砂岩在加载过程中的损伤对岩石力学性质的影响,分别对煤岩和砂岩做单轴和三轴全应力应变加卸载实验。进而构建岩石的损伤本构方程,实验结果表明:随着岩石损伤的增大,岩石的卸载弹性模量逐渐减小,塑性应变逐渐增加,表明岩石损伤属于弹塑性损伤;同时随着围压的增大,岩石的弹性模量随损伤的增加而下降的速率减小,表明岩石损伤主要引起岩石塑性应变的增加,岩石损伤破坏逐渐由脆性破坏向塑性破坏转变。假设岩石损伤速率符合威布尔统计分布规律,在此基础上构建煤岩损伤演化方程,通过实验和相关分析构建煤和砂岩弹塑性损伤本构方程。最后用构建的本构方程对实验曲线进行拟合,验证了弹塑性损伤本构方程的正确性。

复杂条件下工作面“一段一策”瓦斯治理研究

为治理煤矿综放工作面瓦斯超限问题,以某矿090507工作面为研究对象,通过分析回采工作面瓦斯赋存规律及瓦斯治理难题,形成了"一段一策"的瓦斯治理模式,将工作面划分成若干个块段,对每一个块段采取不同的技术手段进行靶向治理。经过综合治理,实现090507工作面由偏"W"形通风转为"U"形通风,减少巷道掘进量,缓解了矿井采掘接替紧张的局面,同时工作面瓦斯实行分段治理后,回风流瓦斯浓度由初期未回采时的0.36%~0.49%,平均为0.42%,降低到稳定生产时的0.22%~0.34%,平均为0.25%,工作面瓦斯零超限,有力保障了工作面安全高效生产。

高压空气爆破煤层致裂增透工艺研究

为解决高压空气爆破技术在实施过程中爆破参数不准确、操作程序不规范的问题,采用理论研究与现场试验相结合的研究方法,对高压空气爆破致裂增透工艺进行了研究,得出了以钻孔孔径、爆破压力、爆破孔间距和爆破冲击次数为主的高压空气爆破参数,制定了选址、钻孔施工、系统组装、爆破筒置入、封孔、起爆等6步高压空气爆破致裂增透工艺,实现了爆破增透工艺的流程化、完整化和标准化。煤层高压空气爆破致裂增透工艺现场验证结果表明:高压空气爆破致裂增透工艺能够适用于井下操作,爆破压力选择50 MPa、爆破孔与抽采孔孔径选择94 mm、单孔爆破次数2~3次时,致裂效果明显,大幅增强了煤层的透气性,提高了煤层瓦斯的涌出量与抽采量,改善了煤层瓦斯抽采效果。

高压空气爆破技术装备研发及应用

为解决低透气性煤层瓦斯抽采率低的问题,提出了高压空气爆破煤体增透新技术,利用高压空气突然释放形成的爆破冲击波冲击煤体,使原始煤体产生裂隙和拓展原有裂隙形成裂隙网络,从而有效地增加煤层透气性;同时研发了高压空气爆破成套装备,并阐述了高压空气爆破煤体增透工艺。在丁集煤矿井下试验结果表明:高压空气爆破后钻孔瓦斯涌出自然衰减系数降低了94%,多孔瓦斯抽采纯量提高了1.41倍,煤层透气性系数增加50倍以上,高压空气爆破能够增加煤层透气性,大幅增加煤层瓦斯的涌出量与抽采量,改善煤层瓦斯抽采效果。

超大直径钻孔治理上隅角瓦斯工艺研究

为了解决超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术在实施过程中工艺不明确、操作程序不规范的问题,采用理论研究与现场试验相结合的研究方法,对超大直径钻孔治理上隅角瓦斯工艺进行研究,得到以钻机转速、进钻速度、运输系统工效为主的钻机操作施工参数,制订了钻孔间距确定、钻孔选址、钻孔施工、护管施工、封孔、连接抽放系统等6步超大直径钻孔施工工艺。现场验证结果表明,该工艺能够适用于井下操作,钻孔终孔高度从平均1.6 m提高到3.0 m,钻孔从开孔到全孔敷设完护管平均耗时由7.6个班次降到4.7个班次,施工效率提高了61%。

基于PD密封材料的瓦斯测压钻孔封孔新技术

为了解决大社矿瓦斯测压钻孔封孔质量低的问题,提出了基于PD密封材料的瓦斯测压钻孔封孔新技术,在传统"两堵一注"水泥砂浆封孔工艺中增加了PD密封材料,同时增加了一次带压注浆过程,阐述了新封孔技术的封孔原理和工艺流程,并在煤矿现场进行了2种测压钻孔封孔效果的对比试验。结果表明:与传统的"两堵一注"水泥砂浆封孔技术相比,在相同的地质单元施工参数相同的钻孔,新的封孔技术所测煤层瓦斯压力为1.38 MPa,大于传统封孔技术所测最大值0.90 MPa,说明基于PD密封材料的瓦斯测压钻孔封孔新技术密封效果更好,明显提高了钻孔的密封性,30 d后瓦斯压力没有出现回落,延长了封孔段工作时间,所测瓦斯压力提高了0.48 MPa,测压准确性更高。

高压空气爆破煤层增透效果考察

以丁集矿西一13-1轨道大巷联巷为试验点,通过在13-1煤层实施高压空气爆破,统计各考察钻孔在爆破前后瓦斯涌出量数据,并对结果进行分析。结果表明:高压空气爆破技术可大幅度增加煤层瓦斯的涌出量与抽采量,煤层增透效果明显。

基于CO2致裂影响的钻孔有效抽采半径研究

为了提高钻孔有效抽采半径,利用CO2爆破所产生的高能气体对煤体进行冲击破坏,使煤体产生裂隙网络,从而有效地增加煤层透气性,阐述了CO2爆破技术的工作原理和工艺流程,采用SF6气体示踪法对爆破钻孔进行抽采半径测试,现场试验表明:CO2爆破煤体致裂效果明显,大幅提高了羊东矿2#煤层的抽采钻孔有效抽采半径,Ф94 mm顺层钻孔抽采时间为19、35、53 d时,有效抽采半径分别达到8.0、10.0、12.0 m。

二次封孔套管测压技术研究及应用

煤层瓦斯压力是煤层瓦斯参数的重要指标,其大小直接决定着相关瓦斯防治措施的制订和实施。为解决封孔漏气问题,综合各种封孔测压技术,提出了二次封孔套管测压技术,该技术采用一次钻孔到煤层底板后全段带压注浆封孔,然后原地开孔穿透煤层至顶板,再下套管注浆封孔,在套管内安装测压管,可有效封堵钻孔周围裂隙,提高测压气室密封效果。现场应用表明,与水泥砂浆封孔对比,二次封孔套管测压技术在相同的地质单元施工参数相同的钻孔所测煤层瓦斯压力值更高,说明该技术更好,测压准确率高。

高压空气爆破影响半径研究

为了确定高压空气爆破施工时爆破孔间距的大小,需要考察高压空气爆破影响半径。以丁集矿西一13-1轨道大巷联巷为试验点,通过在13-1煤层实施高压空气爆破,统计各考察钻孔在爆破前后瓦斯涌出量数据,并对结果进行分析,从而得出高压空气爆破影响半径。结果表明,最佳影响半径为2.5 m,爆破影响范围为5 m。

超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术应用研究

为了解决工作面上隅角瓦斯超限问题,提出了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术,阐述了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术原理。以五阳煤矿7609工作面排水巷为试验点,通过在7609排水巷和回风巷之间施工超大直径钻孔,然后进行应用效果考察,并对数据进行分析,结果表明:单孔抽采时钻孔间距25 m或者30 m均可满足治理上隅角瓦斯的目的,在抽采负压3 kPa左右时,五阳煤矿超大直径钻孔抽采影响范围可达78 m,能对深部采空区高浓度瓦斯有持续的抽采作用,超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术可有效控制工作面上隅角瓦斯浓度。

超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术研究

为了解决工作面上隅角瓦斯超限问题,提出了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术,阐述了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术原理,结合现场经验,得出了钻机操作注意事项,形成了超大直径钻孔施工工艺,并对影响钻孔施工的影响因素进行了分析和研究。现场施工结果表明:严格按照操作程序、施工工艺、控制施工影响因素后,钻孔成孔率从40%提高到89%,断钻杆率从60%降低到22.2%,钻孔终孔高度从平均1.6 m提升到3.0 m,极大提高了施工质量。

羊东矿裂隙发育区两堵一注封孔工艺应用

为解决羊东矿瓦斯抽采钻孔封孔质量的问题,提出了裂隙发育区聚氨酯"两堵一注"分段注浆封孔技术,介绍了封孔原理和工艺流程,并在8263刮板输送机槽进行了2种抽采钻孔封孔效果的对比试验。结果表明:相比较于旧的封孔工艺,采用新工艺后相同时间内瓦斯抽采纯量提高了2.5倍,瓦斯纯量保持较高数值,流量衰减变小,钻孔有效抽采时间增加,提高了煤层瓦斯抽采效果。

潞安矿区地面井衰竭期井下接替钻孔布孔间距优化研究

为优化潞安矿区地面井衰竭期井下接替钻孔布置间距,探讨了衰竭期井下接替钻孔抽采半径评判指标临界值确定方法,提出了利用数值模拟和抽采流量法联合优化接替钻孔间距的方法,并进行了现场应用。研究结果表明:当抽采条件不变时,抽采半径应当随抽采时间延长而增大;通过数值模拟和抽采流量法联合测试,确定了示范矿井抽采211、291 d及389 d时,抽采半径分别为1.25、1.5 m及2 m,并通过实测抽采率的方法验证了抽采半径联合测试结果的准确性,该方法能够快速、准确、便捷地测出煤层瓦斯抽采半径。

潞安矿区地面井压裂抽采与衰竭期井下接替抽采效果研究

为客观评估地面井压裂抽采和衰竭期井下接替抽采效果,通过综合运用现场实测和数值模拟的方法,对影响地面井压裂抽采和井下接替抽采效果的主要因素进行了研究。结果表明,研究区最大水平主应力在9.27~15.38 MPa,最小水平主应力在5.51~8.54 MPa,垂直应力在9.58~14.96 MPa,属于典型的以自重应力为主的应力场。煤层气井水力压裂裂缝形态以垂直缝为主,水平裂缝方向在垂直于最大主应力方向发生压剪破坏,在垂直于最小主应力方向发生拉破坏。本文选择具有代表性的地面压裂抽采井作为研究对象,将地面井压裂抽采时期划分为增产期、稳产期和衰竭期,并优选出了活性水+氮气伴注的地面井压裂工艺,实现了27口改造井累计产气931万m^(3)。通过井下现场实测,发现井下接替钻孔实现了单孔纯流量达到0.012~0.028 m^(3)/min,同期地面井衰竭期井抽采纯量平均为0.081 m^(3)/min,井下3~7个接替钻孔抽采纯量与地面井衰竭期相同,达到同样的抽采效果,说明地面压裂井抽采取得了良好效果、井下接替抽采衔接良好。

预抽钻孔改进措施及抽采效果考察

为解决大社矿现有的顺层瓦斯预抽钻孔易塌孔漏风而导致的瓦斯抽采量急剧减小的问题,提出了预抽钻孔封孔改进措施。通过在钻孔内全孔段下套管,再对钻孔采用两堵一注的封孔工艺,并在试验地点进行了2种顺层抽采钻孔封孔效果的对比试验。结果表明:相比较旧的钻孔封孔方式,改进措施后预抽瓦斯纯量持续保持较高数值,相同时间内瓦斯抽采纯量提高了1.71倍,抽采时间大幅下降,提高了采煤工作面瓦斯预抽消突效果,实现了安全生产。

基于RBF神经网络的镜头畸变校正方法

提出了一种径向基(RBF)神经网络的畸变校正方法。该方法利用RBF网络的以任意精度逼近连续函数的能力,通过采用张正友平面标定法得到样本数据训练网络,最终建立网络模型。该方法算法简易,适合于对摄像机捕获的图像进行几何校正。实验研究表明,该方法大大提高了校正精度。

深孔控制水压爆破工艺技术

提高低透气性煤层的透气性是提高瓦斯抽放效果减少瓦斯灾害的关键,介绍了深孔控制水压爆破技术的机理、特点、工艺参数,在大兴矿1741(3)工作面进行了深孔控制水压爆破钻孔与普通钻孔的试验对比,试验结果表明,单孔抽采量增加了2.5倍,水压爆破增透效果明显。

高压空气爆破致裂效果影响因素分析

为了提高低透气性煤层的增透效果,提出了高压空气爆破增透技术,阐述了高压空气爆破技术工作原理和工艺流程,利用高压空气的瞬间爆破冲击煤体,使煤体产生裂隙网络,从而有效地增加煤层透气性,同时分析了影响高压空气爆破煤体致裂效果的几个影响因素。通过数值模拟,研究地应力、高压气体、煤体硬度、瓦斯压力对高压空气爆破时裂隙产生的影响,结果显示高压空气爆破冲击可以有效地使煤岩介质产生破碎裂纹,地应力对裂隙扩展效果具有明显的抑制作用;高压气体、煤体硬度、瓦斯压力的大小对裂隙的产生和扩展具有积极作用。