三堵两注带压封孔装置设计及应用

为提高煤与瓦斯突出矿井施工瓦斯治理钻孔时的封孔效果、减少因煤壁受应力作用产生的结构破坏导致瓦斯抽采漏气,以及防止孔内塌孔造成管路堵塞、降低瓦斯抽采效果,对“两堵一注”封孔工艺进行优化,提出“三堵两注”新型带压封孔装置。通过对比试验,在相同封孔长度和孔径条件下,“三堵两注”方式封孔的钻孔终压范围为1.8~2.2 MPa,可有效提升注浆封孔压力和瓦斯实际抽采浓度,瓦斯抽采效果更好。

“三堵两注”新型带压封孔工艺现场试验

为解决王庄煤矿瓦斯抽采存在的钻孔封孔质量不高、瓦斯抽采效果不佳等问题,通过对钻孔漏气失效机制及失效影响因素进行分析,提出了“三堵两注”新型带压封孔工艺,制作研发了“三堵两注”新型封孔装置,在该矿9106外风巷及91-208运巷进行了现场试验。结果表明:与原封孔工艺相比,9106外风巷试验钻孔封孔效果良好,瓦斯抽采浓度提升明显;91-208运巷抽采浓度衰减慢,能保持钻孔长时间高效抽采。可见,“三堵两注”新型带压封孔工艺优化了钻孔封孔工艺,提高了瓦斯抽采钻孔封孔效果。

单一低透气性煤层底抽巷穿层钻孔“三堵两注”封孔方法研究应用

针对常规支护条件下,焦作矿区底抽巷成巷后以及穿层抽采钻孔(水力冲孔增透)施工前后巷道不同位置处(顶板与肩窝)围岩变形规律,在中马村煤矿3900底抽巷开展考察,分析了底抽巷围岩破坏的影响因素及裂隙发育特征,并结合不同施工参数条件下穿层钻孔抽采浓度衰减规律,确定了底板岩巷围岩变形特征与穿层钻孔抽采衰减规律的相关性。提出“三堵两注、分段注浆”囊袋注浆封孔工艺,确定合理二次注浆封孔时机,并在中马村煤矿3901中间底抽巷进行工业性试验,可延长钻孔抽采寿命、提高抽采效率,为突出矿井底板岩巷穿层钻孔抽采模式下,进一步提高瓦斯治理效果、消除薄弱环节,实现安全高效开采提供借鉴。

桑树坪煤矿穿层钻孔漏气位置检测及“三堵两注”封孔提浓技术研究

针对桑树坪煤矿3317工作面穿层钻孔“两堵一注”封孔质量差、浓度衰减速度快的问题,确定了穿层钻孔漏气的主要位置,提出了“三堵两注”封孔工艺,并在桑树坪煤矿3317运输巷底板巷进行现场验证。实践结果表明,使用“三堵两注”高效密封技术后效果显著,瓦斯浓度衰减速度明显降低且抽采浓度提高了20%以上,充分验证了该工艺能够加强钻孔的密封性,实现钻孔瓦斯的高效抽采。

“三堵两注”本煤层瓦斯抽采封孔技术研究

针对新景矿3216工作面本煤层瓦斯抽采效果较差的问题,提出了"三堵两注"本煤层瓦斯抽采封孔技术。该技术分为密封和封堵裂隙两个步骤,对此技术进行了地面和井下试验。结果表明,注浆处全部充满浆液无空隙,密封效果良好。"三堵两注"封孔技术的瓦斯抽采效果相较于传统封孔技术有较大提升,抽采瓦斯浓度平均为58.71%,是对照孔的1.43倍;抽采瓦斯浓度达50%以上的比例是80%,是对照孔的2.67倍。

S5101工作面“三堵两注”带压瓦斯封孔技术研究

针对余吾煤矿S5101工作面“两堵一注”封孔质量差、浓度衰减速度快的问题,通过大量的井上和井下实验,提出了“三堵两注”的封孔工艺。与现有技术相比,该技术提出的一种带压瓦斯封孔装置,其注浆管上设置有过滤器,可以为第一次注浆封孔排水排气,避免了多余的水气占用注浆空间的现象,使得第一次注浆封孔更为密实,解决了瓦斯浓度衰减的难题。S5101工作面封孔工艺优化后,钻孔的初始瓦斯抽采浓度为普通预抽孔的1.2~1.6倍,稳定瓦斯浓度为普通预抽孔的1.6~3.0倍;初始瓦斯纯流量为0.27~0.35 m3/min,瓦斯抽采纯流量稳定在0.18~0.25 m3/min,具有更好的封孔效果。“三堵两注”带压瓦斯封孔实现了瓦斯抽采过程中的单孔的二次封孔、二次提浓,同时该封孔装置有效解决了钻孔成孔时压力重新分布产生的次生裂隙对抽采浓度的影响,操作简单,实用性好。

抽采钻孔“三堵两注”固-液两相封孔技术

为了提高抽采钻孔封孔效果,在理论分析液相材料轴向和径向流动特征的基础上构建了“三堵两注”固-液两相封孔方法,并在现场对新方法的封孔效果进行了验证。理论分析表明:为了使液相材料顺利地进入钻孔周围的裂隙,需要及时补液保持液相材料压力;为了避免过多的流体材料漏失,液相材料需保持一定的粘度。试验研究证明,当膨胀土与水的比例为1∶4时,配置成的液相材料具有合适的粘度。最后,现场试验研究表明:抽采200 d后,试验钻孔的平均瓦斯抽采浓度为45.10%,比钻孔的平均瓦斯抽采浓度为25.88%提高了74.28%.“三堵两注”固-液两相封孔方法提高了密封质量,能大幅提升瓦斯抽采浓度。

丁集矿碎软煤层气动定向钻孔瓦斯治理技术研究与试验

为了解决丁集煤矿采用底板穿层钻孔进行碎软煤层瓦斯治理存在底板岩巷工程量大、成本高,常规回转穿层钻孔轨迹不可控,补孔多、钻孔工程量大的问题,提出利用气动定向钻进技术进行顺层瓦斯治理的新模式。针对丁集煤矿1212(1)工作面煤层瓦斯及地质特点,开展了构造挤压破碎带钻进技术、气动定向钻进技术、筛管完孔技术和封孔技术研究,利用ZDY6000LDB定向钻机及其成套装备在丁集煤矿1212(1)工作面运顺进行了I期现场试验,成功施工了48个孔深166 m以上的顺层气动定向钻孔,监测期间,瓦斯平均抽采浓度35.2%,累计瓦斯抽采纯流量达到734 382 m3,达到了试验预期。试验表明,该技术与装备能够满足丁集煤矿碎软煤层顺层瓦斯治理需求,为丁集煤矿安全高效生成、矿井降本增效提供了可靠的技术支撑,也为煤层条件类似矿井提供了新的技术借鉴。

定向钻机及其成套装备在碎软煤层瓦斯治理中的应用

为解决丁集煤矿碎软煤层底抽巷常规回转穿层钻孔轨迹不可控带来的补孔多、瓦斯治理效果难以保证等问题,提出利用气动定向钻进技术进行顺层瓦斯治理的新模式。针对1212(1)采面受构造影响产生大范围碎软煤层,设计四翼刮刀扩孔钻头,解决飘钻问题;对钻具进行改进,采用全螺旋结构外形,提高排渣效率;采用“三堵两注”的封孔方式,增大囊袋体积,有效避免由于钻孔塌孔导致封闭不严的问题;采用筛管完孔技术提高下筛管率。通过试验验证,在对气动定向钻进装备工艺进行改进后,成孔率大幅增加,孔深超过165 m;瓦斯抽采单孔体积分数最高达97%,平均抽采体积分数为35.3%,平均抽采纯量为3 m^(3)/min,累计抽采瓦斯734383 m^(3),理论抽采率为47.9%,达到了预期目的。

顺层瓦斯抽采钻孔封孔技术优化

文章在分析原相煤矿传统封孔方式的基础上,对“两堵一注”技术进行优化,提出了“三堵两注”的封孔方式,建立了巷道周边应力分布的力学模型,计算了围岩卸压区范围。结合现场钻屑法测试,综合确定了封孔长度为15 m.在02113轨道巷进行了工业性试验,在不同的钻孔中采用“两堵一注”和“三堵两注”的方式进行对比。结果表明,采用优化后的“三堵两注”工艺封孔,单孔瓦斯抽采浓度高,衰减缓慢。