瓦斯抽采钻孔合理封孔深度关键技术研究

对于单一主采煤层的突出矿井,主要采用抽采钻孔预抽煤层瓦斯的消突措施,抽采钻孔合理的封孔深度是确保高效抽采的关键因素,一旦钻孔封孔深度不够,导致钻孔漏气而封孔失效,将严重影响整个抽采系统的工作效率和煤矿安全生产。针对这一问题,采用声波法进行岩巷松动圈现场测试,并利用FLAC^(3D)数值模拟岩巷应力“三带”发育范围;采用钻屑法进行煤巷松动圈现场测试,对煤巷应力“三带”发育范围进行考察;在进行钻孔始封深度的理论分析的基础上,现场开展钻孔封孔的始封深度优化试验。研究表明,声波法测定岩巷松动圈范围为4.4~4.7 m,与FLAC^(3D)数值模拟结果4.2 m基本吻合;根据钻屑量指标在煤巷应力“三带”测定值的变化规律,现场测定煤巷卸压带范围为距孔口10 m;根据巷道应力“三带”分布,确定穿层钻孔与顺层钻孔的合理始封深度,并进行现场实验考察,将始封深度避开卸压带,抽采效果均有大幅度提高。

瓦斯抽采钻孔合理封孔参数优化

抽采钻孔的封孔质量是决定抽采效果的关键因素之一,而封孔参数则直接影响封孔质量。为了研究抽采钻孔的合理封孔参数,在分析山西王家岭矿巷道围岩应力及裂隙分布的基础之上,采用现场实测和数值模拟的方法,对抽采钻孔的始封深度、封孔长度和注浆压力等关键参数以及封孔效果进行了全面研究。研究结果表明,煤层抽采钻孔的合理封孔参数为始封深度不应小于4 m,封孔长度范围为8~12 m,注浆压力应达到3 MPa。现场应用表明,在始封深度和封孔长度均满足要求的情况下,采用3 MPa注浆压力封孔的钻孔封孔质量良好,而常压注浆封孔部分钻孔封孔质量达不到要求,进一步验证了封孔参数的合理性和有效性,对同类条件下的煤层瓦斯抽采钻孔封孔有借鉴和指导作用。

非凝材料恒压注浆技术在松软煤层封孔中的应用

为解决松软低透气性煤层抽采钻孔的密封质量差、预抽瓦斯浓度低等问题,提出无机非凝材料恒压注浆封孔技术.采用COMSOL Multiphysics多物理场数值模拟软件构建底抽巷穿层钻孔注浆扩散流固耦合模型,探究底抽巷及钻孔围岩松动圈的范围,分析不同注浆压力下非凝浆液的渗流能力并验证该注浆技术的封孔效果.结果表明:新型无机非凝注浆材料具有低析水性、高渗透性、高悬浮稳定性和较好的封堵性能,可作为“两堵一注”带压封孔材料;2164底板抽采巷及穿层钻孔施工后,巷道肩角部位及钻孔孔底处易产生应力集中,钻孔的始封深度为6 m;浆液在砂岩段的渗流范围比泥岩段大,随着注浆压力的增加,浆液的有效渗流半径也逐渐增大,合理的注浆压力为3 MPa.采用非凝材料恒压注浆技术后,浦溪井的钻孔平均瓦斯抽采体积分数为51.5%,平均抽采纯流量为0.005 m^(3)/min,分别是水泥注浆封孔的1.34倍和1.67倍.