高应力松软突出煤层定向长钻孔水力冲孔技术研究

为解决松软突出煤层高应力区瓦斯动力灾害问题,以象山矿5#煤21511工作面为研究对象,采用数值模拟、现场考察方法分析了定向长钻孔水力冲孔前后及不同冲孔出煤量的煤体应力变化规律、塑性损伤发育特征和现场实际瓦斯抽采效果。结果表明:冲孔技术显著影响了周围煤体地应力分布,煤体卸压范围和塑性破坏范围大幅提升;冲孔出煤量与钻孔卸压区域半径、塑性破坏区域直径呈正相关关系;冲孔长钻孔单孔抽采量较普通长钻孔提升了23.5%,有效抽采半径平均提高了近12.3%。定向长钻孔水力冲孔技术不仅可远距离治理瓦斯,而且显著提升了钻孔抽采效果,具有技术可行性。

水力冲孔煤水管道输送流动特性仿真研究

为了实现底抽巷水力冲孔排出煤水混合物的高效管道输送,基于计算流体动力学构建煤水混合物的管道输送仿真模型,分析入口流速、煤粒粒径和输送管道直径等输送条件对煤水混合物管道输送流动特性的影响规律。研究结果表明,入口流速较低时易发生煤粒沉积现象,随着煤粒粒径的增大,出口截面处的煤粒相体积浓度分布有逐渐向管道底部扩散的趋势,最大流速分布中心在管道出口截面中不断上移。同时,随着管道直径的增大,煤粒相的分层现象更加明显,靠近管道底端区域的体积浓度显著增加。研究为底抽巷水力冲孔煤水混合物高效远距离管道输送的运行参数调控和设备选型提供了依据。

底抽巷水力冲孔煤水输送及计量系统设计

为了实现底抽巷水力冲孔排出煤水混合物的高效清理输送,构建了一套由煤渣破碎泵送装置、煤渣精准计量装置、振动式煤水分离机、过滤水循环再利用设备及管道装置等构成的水力冲孔煤水混合物远距离输送及计量系统,对系统的关键设备进行了设计,分析了利用流量计和浓度计对管道输送时的煤渣量进行在线实时计量的工作原理。现场试验结果表明,该系统能够实现对水力冲孔排出煤水混合物的不落地远距离输送、煤水高效分离、煤渣精准计量和过滤水的循环利用,为矿井的安全高效生产提供了有力的保障。

河道内源治理与水力冲挖综合技术的研究与应用

为研究河道内源污染治理方式,对河道防洪标准和水质产出目标进行分析,确定污染河道清淤范围和施工方法。分析了潮水水位和河道行洪能力,圈定了清淤范围和纵向清淤深度。分析内源污染污染物负荷和底泥物化性质,确定河道清淤厚度及泥浆处理要求。为实现河道环保清淤施工,采用水力冲挖排干清淤施工方法,实现目标污染物的有效去除,降低了河道清淤方量。通过控制多级泵送系统传输压力,实现了长距离、高陡坡泥浆传输。

松软低渗突出煤层水力冲孔卸压增透研究

针对松软低渗突出煤层瓦斯治理难题,提出水力冲孔物理改性强化增渗瓦斯治理技术。采用理论计算、FLAC^(3D)数值模拟方法对不同钻孔间距条件下孔洞周围煤体的塑性破坏特征进行了分析,对应力演化特征进行了量化表征。研究表明:水力冲孔后孔洞间煤体x向应力明显降低,距离孔洞越近,降低幅度越大;y向应力影响范围与塑性破坏区域范围相当;z向应力峰值应力出现了明显的升高,随着钻孔间距的减小,垂直应力曲线由双峰曲线演化为单峰曲线;孔洞空间为煤体卸压提供了自由面,能够卸除围压,集中应力向孔洞间煤体转移。其后,基于瓦斯煤体渗透率与三向应力和瓦斯压力之间的关系,对不同钻孔间距条件下渗透率演化特征进行了量化表征,孔洞周围煤体渗透率与原始煤体相比大幅提高,促进瓦斯解吸和流动,并确定了合理的钻孔布置间距。现场试验表明:水力冲孔增大了松软煤体暴露面积、为煤体提供卸压增透空间,高负压抽采支管瓦斯流量和浓度明显提升,考察评价单元瓦斯抽采纯量在6.20~9.8 m^(3)/min范围内波动,瓦斯抽采体积分数在34%以上。

穿层钻孔水力冲孔增透与有效抽采半径综合测试方法研究

为确定长平煤业3#煤层穿层钻孔水力冲孔(以下简称“穿层冲孔”)有效抽采半径,采用压降法、示踪气体法及数值模拟法相结合的综合研究方法,基于相同的钻孔布置方式及测试环境,全面分析穿层钻孔有效抽采半径的科学性和合理性,并开展工程试验对不同间距穿层钻孔的抽采效果进行对比考察。结果表明:采用穿层冲孔措施,抽采时间180 d时其有效抽采半径达到3.5 m;钻孔间距7.0 m的抽采瓦斯总量分别是钻孔间距5.0、6.0、8.0 m的1.10、1.07、1.28倍,取得了较好的工程实践效果。该综合研究方法准确、可靠。

多级水力冲击解堵技术研究及应用

为解决常规水力冲击解堵技术配套工具仅能实现一次冲击解堵作用的问题,构思并论证了3种新型多级水力冲击解堵工具,优选了国内常用的投球方式进行工具改进,采用高精度破裂盘改进为工具的冲击片,其精度可达90%以上;自行设计的投球式多级冲击器,经改变钢球和球座的尺寸,从而实现不同级数的水力冲击作业。通过井下应用试验,验证了工具冲击片、投球式多级冲击器抗压准确性及工具的可靠性及技术水力脉冲震荡解堵作用,技术具有较好增产效果。改进后的多级水力冲击解堵技术稳定可靠、震荡解堵效果显著,具有较好推广应用前景,为国内外措施技术的应用提供一个新的选择方向和参考案例。

精准定向水力冲孔高效卸压抽采技术应用

针对松软煤层瓦斯抽采钻孔出现钻孔成孔率低和抽采效果差的问题,提出了精准定向水力冲孔高效卸压抽采技术,并基于现有钻机平台研发了配套的定向保直装置和钻冲护一体装置,能够一次实现定向钻进、水力冲孔卸压和全孔段下放筛管功能。现场试验得出:对比矿井原有技术平均每百米偏斜减小了60.46%,钻孔瓦斯抽采纯量平均值提高了4.72倍,瓦斯抽采衰减系数降低了27.5%。该技术在钻孔偏斜率,施工效率,筛管下放率,降低瓦斯衰减等方面皆优于矿井原有技术,简化施工工艺,提高钻孔成孔率,改善了软煤钻孔的瓦斯抽采效果,保障矿井安全高效生产。

水力冲孔煤体动态计量装置控制系统设计

水力冲孔煤体动态计量装置的控制系统相当于计量装置的“大脑”,负责控制装置的动作执行与采集动态下的煤体重量,其性能的好坏与灵敏度的高低将直接影响动态称重的精度与效果,是煤体动态计量装置设计的关键。该控制系统以RAM为核心,进行硬件选型与软件设计,搭建了以集控中心为核心的多级控制与管理平台软件,增加了设备的智能化、可视化功能。该系统能够实时监测和计量水力冲孔过程中的煤体排出量,提高了冲孔作业的效率和安全性。通过对系统的组成、原理、工艺流程、硬件设计、软件设计等进行详细阐述,展示了该控制系统的可行性和有效性。实践与分析表明,该装置具有良好的稳定性,能够满足水力冲孔煤体动态计量的要求;计量装置及控制系统设计合理、精度较高,可为水力冲孔的效果评价提供良好的理论支撑。

浆砌石加筋挡土墙的水力冲填施工方法研究

在河道堤防工程的建设中,加筋挡土墙后土体的回填是关键的施工环节,传统的水力冲填方法存在稳定性不足和支撑性弱的问题。本研究针对现有竖向水力冲填设计的不足,提出了一种浆砌石加筋挡土墙后土体回填的水力冲填施工新技术。该技术通过引入条形支撑和辅助支撑平台,优化了冲填结构,提高了工程的稳定性和荷载力。通过地质勘察确立基础布置,精确计算填土量,并采用多点位压力胶管进行冲填,施工完成后,通过严格的质量核验,确保了施工质量。在河道堤防工程的应用实例中,7个测试点位的冲填密实度均超过了15.5%,验证了本方法的灵活性、针对性和实际应用价值。

梁北矿煤水远程输送及分离系统在底抽巷水力冲孔作业中的应用

随着矿井开采深度的增加,煤层地质条件变得更加复杂,导致钻孔抽采瓦斯的效果降低。因此,需要采用煤层增透技术以提高钻孔抽采效率。为了解决这一问题,梁北矿采用了水力冲煤造穴技术来提高钻孔抽采效率。然而,该技术在应用过程中存在工人劳动强度大、经济成本高、工作环境差、打钻效率低等问题,同时废水中掺杂有大量的煤泥,造成泵房水仓淤积等缺点,增加水仓清淤成本,本文主要探讨环保高效煤水远程输送及分离系统在梁北矿底抽巷水力冲孔工艺中的应用,旨在提高钻孔施工效率、降低职工劳动强度和改善现场作业环境。

水力冲刷对河道底质物质运移的影响研究

随着信息技术的飞速发展,对河流管理和生态保护的研究日益受到重视。当前,水力冲刷对河道底质物质运移的影响机制尚未进行全面深入的探讨,这对河流稳定性和生态系统维护构成挑战。鉴于此,文章系统分析了水力冲刷的基本原理及其对河床稳定性的影响,探讨了不同类型河床物质在水力冲刷作用下的运移特性,结合案例研究和实验方法,量化了这一影响,并预测了未来趋势。研究旨在为河流管理和生态保护提供理论支持和实践指导,建立一个全面、精确的水力冲刷与底质物质运移的理论框架。

水力冲孔增透技术在下霍煤矿应用效果研究

下霍煤矿属于高瓦斯矿井,3号煤层透气性较差、抽采浓度低、钻孔预抽时间长,严重制约矿井正常采掘交替。为提升3号煤层瓦斯抽采效果、缩短预抽时间,提出利用水力冲孔增透技术对下霍煤矿本煤层钻孔进行增透试验,考察该技术在下霍煤矿实际应用效果,为后续工作面工业化应用提供依据。利用FLAC^(3D)建立数值模型,模拟冲孔区域煤体变形及应力分布情况,从而确定最佳钻孔间距,现场施工2组钻孔对抽采效果进行对比。增透后抽采混量提升为原来的3.87倍,抽采浓度提升为原来的1.48倍,施工成本降低为原来的44%,抽采达标时间缩短为原来的50%。

大孔径穿层钻孔群水力冲孔技术工程实践

煤矿开采中的瓦斯问题一直是制约矿井安全生产的重要因素之一。为了探索解决煤矿瓦斯问题,通过分析煤层瓦斯卸压运移及增透机理与卸压增透工程实践,提出了底板穿层钻孔群大孔径水力冲孔技术。经实验矿井的现场实践研究发现,大孔径的底板穿层钻孔水力冲孔后煤层充分卸压,钻孔单孔瓦斯抽采量明显增加,直径为125 mm的钻孔平均单孔瓦斯抽采量是直径为89 mm钻孔的4.4倍。

基于离散元计算的堤防岸坡水力冲刷变形破坏特征研究

为研究苏北灌溉总渠堤防岸坡受水力冲刷作用下的影响变化,引入了河道水力冲刷强度系统参数理论计算式,并在PFC平台中建立了岸坡模型,开展了过流量、河床底宽两因素的影响性分析。研究表明:过流量不同,岸坡横断面上位移变化具有两种不同的发展趋势,预示着岸坡滑移面的发展方向各有不同。过流量越大,岸坡位移越高,且增幅会逐级增长。河床底宽增大,但岸坡位移变化、位移值增幅等均保持较均衡、稳定。从岸坡裂纹发育细观特征得知,滑移面上为拉伸裂纹,从坡脚至坡顶逐步扩展,而滑移块体内仍为剪切裂纹。受过流量影响,岸坡内土层孔隙率会有较大幅度改变,导致岸坡应力集中,引起较大应力分布,而河床底宽对岸坡孔隙率影响较小,其与岸坡应力的变幅关系也较低。论文研究结论对堤防岸坡受水力冲刷影响下的滑移失稳机理探讨有所参考。

底抽巷高压水力冲孔防止瓦斯超限

底抽巷高压水力冲孔防止瓦斯超限,作为当前高瓦斯煤矿井,开展瓦斯抽采工的主要方式之一,能够在高压水力冲孔的作用下,增加矿井瓦斯的治理能力,进而实现提高矿井开采作业的推进效率,有效预防矿井瓦斯指标超限和突发危险性预测指标的超限,最大限度提高采、掘的进度,保证了在安全且高效的状态下进行采、掘作业。因此,本文概述水利冲孔的机理,以某煤矿的底抽巷高压水力冲孔工程为例,阐述底抽巷高压水力冲孔的实践应用,提出底抽巷高压水力冲孔防止瓦斯超限所采取的主要措施。

白羊岭煤矿底抽巷穿层水力冲孔技术研究与应用

为了解决白羊岭煤矿阳坡庄向斜影响区域内的瓦斯赋存异常进而影响巷道掘进的问题,提出利用多种水力冲孔措施钻孔布置方式与普通穿层钻孔联合抽采的方法实施瓦斯治理并考察抽采效果。研究结果表明,相比于普通钻孔,水力冲孔措施孔不仅能够显著地破碎煤体从而制造出一个更庞大的卸压区域,而且能够将瓦斯抽采浓度提高4倍,瓦斯抽采纯量提高7.3倍。根据瓦斯抽采纯量的时间衰减函数模型,推断出造穴孔累计瓦斯抽采量为普通钻孔的8.1倍,表明水力冲孔技术不仅能够提升瓦斯抽采的速度,也能更大程度地释放煤层中赋存的瓦斯,对区域瓦斯治理有明显的积极影响。

水力冲孔孔洞形态特征及瓦斯抽采参数优化

目前,钻孔设计及评价时,多将水力冲孔孔洞形态等效为圆柱体,并以此作为确定有效抽采半径的重要依据之一。而孔洞形态受多因素的共同作用,故将其等效为圆柱体的科学性有待商榷。采用煤岩散体重力、摩擦力、水作用力、地应力等因素,引入并联立Bergmark-Roos方程与PKN模型,建立了描述孔洞形态的BR-PKN方程,并采用MATLAB再现了孔洞形态;为验证其准确性,在现场利用YZD18.5测井仪进行数据采集及分析,展绘了孔洞断面;利用COMSOL对等效类椭球体孔洞与圆柱体孔洞进行了模拟。结果表明:MATLAB展绘的孔洞形态为三轴均不相同的类椭球体;绘制的孔洞形态与MATLAB中的基本一致;类椭球体孔洞与圆柱体孔洞相比抽采半径、解吸表面积、有效抽采体积依次为93%、80%、117%,为钻孔布置提供了依据。

高含泥量水力冲填粉细砂地基强夯处理效果

在高含泥量的粉细砂地基中,强夯法的处理效果存在较大的不确定性;在水力冲填砂土地基和天然砂土地基中强夯法的有效加固深度也不同。结合具体工程研究水力冲填粉细砂的工程性质,进行5 MN·m能量的强夯试验性施工,对全场地强夯后的标准贯入试验、静力触探试验和载荷板试验等检测结果进行分析。结果显示:强夯法适用于平均含泥量为22.7%的水力冲填粉细砂地基,5 MN·m能量强夯的有效加固深度约为11 m,大于规范JGJ 120—2012建议的8.0~8.5 m。强夯后的粉细砂地基满足地基承载力特征值不低于150 kPa、压缩模量不低于10 MPa的要求,并达到7度抗震设防烈度的抗液化标准。当砂性冲填土上部覆盖薄层黏性冲填土时,采用夯坑内回填砂的方法减小上覆软弱层对处理效果的不利影响。在高含泥量的水力冲填粉细砂中进行强夯加固效果良好,强夯有效加固深度修正系数取0.49。

东兴煤矿顺层抽采钻孔分段水力冲孔技术研究

为了解决东兴煤矿顺层钻孔水力冲孔过程中出现的孔壁失稳塌孔和钻孔瓦斯涌出异常问题,提出分段水力冲孔技术措施。利用FLAC3D模拟和现场试验方法,分析了顺层钻孔连续和分段水力冲孔措施在施工过程中出现瓦斯异常涌出现象的频率,考察抽采效果,研究结果表明:分段冲孔措施能有效地保持钻孔的稳定性,减少冲孔过程中大面积塌孔导致的瓦斯异常涌出;分段冲孔措施可以保持更长的有效抽采时间,提高钻孔总体抽采效果;东兴煤矿1903工作面正常区域顺层钻孔分段水力冲孔宜采用“冲2 m留1 m”的方式,构造影响区宜采用“冲1 m留1 m”的方式。