煤层注碱治理矿井硫化氢涌出危害研究

为治理煤矿井下硫化氢涌出危害,根据矿井硫化氢动态涌出规律,提出采用煤层注碱治理硫化氢的方法。根据煤炭回采速度和硫化氢涌出浓度,推导注碱参数关系式。以山西某矿E902工作面为典型案例进行现场注碱试验,研究硫化氢涌出规律及煤层注小苏打（Na HCO3）溶液治理硫化氢的效果。监测发现注碱57 h后,注碱孔6 m范围内硫化氢体积分数降低0.001%~0.003%;钻孔注碱时,距工作面26~58 m注入流量较稳定。结果表明：煤层注Na HCO3碱溶液能有效降低硫化氢涌出浓度。

注入热活化过硫酸钠溶液增透松软低渗煤层的试验研究

煤层注水具有防突降尘、预防煤层自燃和冲击地压等作用,为提高煤层低压注水综合消突作用,增大煤层透气性,以河南省耿村煤矿13230综放工作面为工程背景,选取局部区域注50℃过硫酸钠(SPS)溶液进行化学增透后测定煤层透气性和瓦斯抽采纯量。使用Kruss DSA25光学测量仪测量煤样表面接触角θ,以考察SPS溶液质量分数、活化温度对煤样润湿性的影响,优选50℃作为SPS溶液的最佳活化温度;采用等温吸附实验测定煤样吸附常数a,b值,使用压汞实验测试孔隙特性并用分形理论计算孔隙粗糙度,采用扫描电子显微镜观察煤样表面形貌变化,采用TOC分析仪对返排液进行总有机碳(TOC)测试。分析结果表明:升温可有效活化SPS产生具有强氧化性能的硫酸根自由基(SO4-·)、并氧化水生成羟基自由基(·OH),质量分数为1%的50℃活化SPS溶液可将耿村煤样的接触角θ由106.80°降低至45.05°,接触角下降57.82%,显著改善煤样的润湿性,增强煤表面与注水溶液的作用;耿村矿13230工作面注活化过硫酸钠溶液后煤样对瓦斯的吸附能力显著降低,吸附常数a值下降17.27%,吸附常数b值下降37.39%,煤样总孔容增加57.74%,孔隙率增加70.35%,中大孔孔容及孔容占比增大,微小孔的孔容及孔容占比减小,煤样的渗透容积增加、吸附容积减小;活化SPS溶液能将煤中占据或封堵孔道的部分小分子相物质氧化溶出,使得孔裂隙得到延伸和疏通,同时使煤表面出现新的微裂纹,改善煤体内孔隙连通性。耿村矿13230工作面在注活化SPS溶液后其单孔瓦斯抽采纯量提高137.14%,达到8.3 L/min;瓦斯体积分数及煤层透气性系数分别提高220%,1650%,达到32%,0.1015 m2/(MPa2·d);钻孔瓦斯流量衰减系数降低83.48%,低至0.0115 d-1,煤层瓦斯抽放难易程度由较难抽放水平提升为可以抽放水平,增透效果显著。

煤层注水降尘中表面活性剂复配应用研究

为了防治综采工作面生产期间煤尘污染问题,以黑龙江某煤矿的烟煤层为研究对象,进行煤层注水降尘试验;优选仲烷基磺酸钠(H95)、十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)、椰油酸二乙醇酰胺(CDEA) 4种表面活性剂,并按其临界胶束浓度(CMC)两两复配成6种溶液,分别对单体和复配溶液进行表面张力、接触角及反渗试验。结果表明:0.05%H95和0.05%CDEA的复配溶液对煤的润湿性最好。在采煤机割煤处、液压支架移架处和皮带机转载处加入复配表面活性剂并注水后,全尘降尘率分别为83.96%、76.17%和72%,呼吸性粉尘降尘率分别为79.29%、73.95%和70.3%。

注气条件下煤层透气性系数的快速测定及其计算

煤层透气性系数是评价瓦斯抽采效果的主要指标,也是评价煤层增透效果最直接的技术参数。针对煤层透气性系数原位测定时间长的问题,研究煤层透气性系数的快速测定方法以及与之相应的计算方法。基于“原位、密集、快速”的测定原则,开发了移动式煤层透气性系数快速测量仪,并提出了“顺层钻孔+移动式测量仪+注气”的测量方法。针对“注气”快速测定这一特定条件,以达西定律为基础构筑了煤层透气性系数反演计算方程,通过坐标变换,采用数学物理方法推导出了实际钻孔煤层透气性系数解析解表达式,确定了钻孔压力特征曲线方程。通过现场实测验证了煤层透气性系数快速测定方法的再现性,并与传统透气性系数计算方法进行了比较,结果表明:短时间的测定即可得到钻孔压力特征曲线的变化规律和基本特征,煤层透气性系数快速测定方法是可行的;同一钻孔同一测点重复测定的结果基本一致,具有良好的再现性,证明本文提出的快速测定方法是可靠的;实测钻孔压力曲线经过坐标变换得到的特征曲线是线性的,在形式上与本文推导的特征曲线方程完全一致,证明根据特征曲线求解煤层透气性系数是正确的;煤层透气性系数仅与钻孔压力特性曲线的斜率有关,计算简单;本方法与传统煤层透气性系数计算方法的计算结果基本一致,可以满足实际工程需要。

“三软”煤层掘进工作面注水混合水溶液的选择与应用

为了减少煤壁片帮、防止掘进面顶板的冒落、降低煤体的产尘能力及煤尘飞扬程度,平沟煤矿采用对掘进工作面超前深孔注入含有表面活性剂、黏结剂为主要成分的混合水溶液的技术。结果表明;对掘进工作面超前注入混合水溶液能有效地防治煤壁片帮和掘进面顶板的冒落、降低工作面的粉尘浓度。