深部煤层漏气钻孔精准堵漏技术研究

为了解决王庄煤矿91-208运巷钻孔瓦斯抽采时存在的浓度低、衰减快及漏气严重等问题,提出了深部煤层漏气钻孔精准堵漏提浓技术并进行了现场试验。试验结果表明,钻孔深12~20 m区域为主要漏气区域,在对漏气钻孔进行堵漏提浓技术后,试验钻孔单孔最大绝对瓦斯抽采浓度提升量为56%,且试验钻孔周边孔的瓦斯抽采浓度也有一定提升,周边孔单孔绝对瓦斯抽采浓度最大提升了22.6%,试验钻孔抽采35 d后,最大瓦斯抽采浓度仍能达到57.8%,钻孔瓦斯抽采浓度明显提升,有效封堵了钻孔周围煤岩体中裂隙,钻孔密封性得到增强,延长了钻孔服务期限。

瓦斯抽采漏气失效钻孔修复技术研究

针对瓦斯抽采钻孔周围煤岩体裂隙贯通和封孔材料失效导致漏气,造成钻孔抽采瓦斯浓度和纯流量大幅度下降并无法达到抽采预期目标的问题,分析了造成钻孔漏气的主要原因,提出一种具有普适性的失效钻孔修复技术,即通过数值模拟分析得到应力增高区和原岩应力区的交界位置,并在此处施工环形缝槽,辅以“两堵一注”带压注浆封孔工艺,对失效钻孔进行修复处理。现场试验结果表明:失效钻孔修复后,平均抽采瓦斯浓度提高3倍以上,平均抽采瓦斯纯流量提高50%以上,并有效延长了钻孔服务寿命。

不同钻孔漏气影响因素条件下瓦斯抽采效果研究

针对煤矿瓦斯抽采钻孔漏气致使瓦斯抽采不佳等问题,研究了不同钻孔漏气影响因素条件下瓦斯抽采效果,理论计算了钻孔周边裂隙漏气圈漏风范围和巷道裂隙区漏风范围;采用COMSOL数值模拟软件,分析了不同抽采时间下钻孔漏气压力分布、不同钻孔漏气影响因素下钻孔漏气流线及对瓦斯抽采的影响。研究结果为提高瓦斯抽采效率、降低钻孔漏气提供了理论支持。

漏气抽采钻孔的二次封孔技术

针对目前本煤层顺层抽采钻孔“两堵一注”封孔后期抽采瓦斯浓度衰减快,钻孔有效抽采时间短的技术难题,提出二次加压注浆封孔方法,阐述了二次加压注浆封孔的操作方法,山西大平煤业有限公司6个月的现场应用试验结果表明,应用二次加压注浆封孔方法处理漏气抽采钻孔,可提高瓦斯抽采浓度45%~60%,增加钻孔有效抽采时间约4个月。

瓦斯抽采设备钻孔过程中漏气问题分析与优化

针对瓦斯抽采设备钻孔过程中广泛存在的漏气问题,从封孔深度设置不当、封孔材料性能不佳而未能与钻孔孔壁紧密黏结、钻孔失稳变形三个主要原因进行深入分析,并提出相应的优化措施以验证实际的改善效果。

抽采钻孔漏气修复技术现场应用

为了提高抽采钻孔的封孔质量,解决抽采钻孔封孔效果差、漏气率高、抽采钻孔瓦斯体积分数低的问题,提出了抽采钻孔漏气修复技术。现场研究表明:采取抽采钻孔漏气修复技术后,抽采钻孔中的平均瓦斯体积分数提高到了35%。钻孔漏气修复技术提高了抽采钻孔的抽采率,解决了抽采管路中瓦斯体积分数低的问题。

新型瓦斯抽采钻孔注浆封孔方法及封堵机理

为研究封孔支护力对钻孔漏气量的影响,提出主动支护式注浆封孔原理并进行理论分析,得出了漏气圈截面积与漏气量的求解方程,并对影响漏气量的因素进行了分析。结果表明,漏气量随着封孔支护力和封孔段长度的增加而减小。提高钻孔的主动支护力并选择合适的封孔段长度可以减少钻孔漏气,提高抽采钻孔瓦斯体积分数和抽采纯量。据此设计了新型的注浆封孔装置,封孔初期,利用复合囊袋和注浆压力给钻孔壁施加1 MPa左右的支护力,水泥浆液可以充分填充钻孔周围的裂隙,有效阻止裂隙漏气。后期注浆材料凝固膨胀,再次对钻孔壁形成较大的支护力,又可有效预防封孔段收缩变形形成新的漏气通道,起到减小钻孔漏气量的作用。工程实践表明,与聚氨酯封孔方法相比,同等条件下,新型注浆封孔方法钻孔瓦斯体积分数提高162.2%,钻孔的瓦斯抽采纯量提高33.83%。

顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度及注浆参数研究

为提高顺层瓦斯抽采钻孔封孔效果,以贵州五轮山煤矿8#煤层地质条件为工程背景,开展合理的封孔深度及注浆参数研究。通过分析钻孔漏气影响因素,将钻孔漏气形式分为巷道裂隙带漏气、钻孔裂隙带漏气、孔壁边缘漏气、封孔段材料漏气4类。采用理论分析、数值模拟及现场试验的方法,对巷道及钻孔周围应力分布规律开展研究,确定合理封孔深度为15 m,合理注浆扩散半径为0.40~0.50 m。研发了新型封孔材料,其抗压强度提升了20 MPa、膨胀率增加了20%、黏度降低了23%、终凝时间缩短了5 h。基于注浆柱面扩散理论,确定合理注浆压力为1.5 MPa,合理注浆量为0.3 m^(3)。在1811工作面运输巷道布置16个顺层瓦斯抽采钻孔,开展4组不同封孔参数条件下的工业性试验,结果表明:在封孔深度为15 m、注浆压力为1.5 MPa、注浆量为0.3 m^(3)条件下封孔效果较好、经济性较优,钻孔日平均抽采瓦斯浓度提升30%。

煤层瓦斯抽采失效钻孔管底二次注浆技术研究

为解决失效钻孔漏气导致抽采瓦斯浓度降低的问题,根据钻孔内、外漏气机理,分析得到孔外漏气受钻孔轴向巷道煤壁破碎漏气带和钻孔径向围岩漏气圈的影响,孔内漏气区域分布受封孔材料漏气阻力系数、封孔段长度、支护强度等多重因素的影响,提出对失效钻孔进行靶向二次注浆的思路。阐述了失效钻孔管底二次注浆提浓技术,根据检测出的瓦斯浓度变化趋势分析得出钻孔具体漏气区域,从而确定钻孔需要二次封堵注浆的具体位置与长度;通过注浆专用设备,将浆液注入漏气钻孔封孔段附近的漏气通道中,随着浆液在贯通裂隙中流动、充填、凝固,钻孔通道被封堵,孔外空气进入孔内的阻力增大或无法进入孔内,实现对漏气通道的靶向处理。研发了钻孔漏气位置检测及管底二次注浆提浓装备,主要由封孔气囊、双通道连接管、孔口三通等部件组成;结合山西某矿S5101采煤工作面现有钻孔的实际尺寸情况,对装置整体尺寸进行设计;选用KFGP-Ⅲ型微膨胀水泥基瓦斯封孔专用材料,并对其材料性能、外加剂和浆液配合比进行试验。通过模拟验证了管底二次注浆的有效性,模拟结果表明钻孔周边裂隙和一次封孔段收缩失效形成的漏气通道在管底二次注浆条件下得到了有效封堵。在余吾煤业进行工业性试验,试验钻孔注浆后瓦斯抽采体积分数总体提升至35%~80%,试验数据表明注浆后不仅对试验钻孔提浓效果明显,对注浆钻孔邻近范围内的抽采钻孔瓦斯浓度同样具有一定提升作用。

巷道围压分布规律对顺层钻孔封孔质量影响分析

通过预测指标值分析法确定了巷道煤壁应力分布特征,并分析了煤壁在不同应力状态下对封孔效果起到的作用,结果发现：巷道煤壁以里0~7m煤体位于卸压区和应力集中区,此处为顺层钻孔封孔漏气的主要位置。针对钻孔漏气的主要影响因素,改进了封孔工艺,使得钻孔瓦斯抽采量提高了61.7%。

低浓度抽采钻孔堵漏技术研究

针对焦煤集团九里山矿抽采钻孔漏气、抽采效果差,提出了低浓度抽采钻孔堵漏技术,现场试验了两种堵漏方法,堵漏后,钻孔抽采浓度平均由12.4%提高到33.5%,浓度提高了2.7倍;单孔平均瓦斯抽采纯量由19m^3/d提高到62m^3/m,提高了3.3倍。

分体式囊袋注浆封孔器的研制与应用

为提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度,实现井下安全生产及瓦斯气体的回收利用,针对普通囊袋式封孔工艺漏气严重的问题,设计一种分体式囊袋封孔装置,提出分体式囊袋注浆封孔技术,并进行相关工程试验,对比分体式囊袋封孔器和普通囊袋式封孔器的抽采效果。结果显示：在相同煤层条件下,连续抽采70天后分体式囊袋封孔器的抽采瓦斯的体积分数为69.3%,普通囊袋式封孔器的抽采瓦斯体积分数为31.4%;用新型封孔器能有效解决普通囊袋封孔器漏气严重的问题。

王坡煤矿封孔质量检测装置的应用试验

基于钻孔瓦斯流动理论,研发并制造了钻孔封孔质量检测装置,通过在不同钻孔深度处的瓦斯浓度和负压检测,判断钻孔漏气位置,从而为瓦斯抽采钻孔封孔提供依据。在王坡煤矿井下选择2个顺层钻孔作为考察对象,开展了钻孔封孔质量检测的现场试验,找出了钻孔漏气点。试验结果表明该装置能较为准确地判断瓦斯抽采钻孔封孔质量,可以有效地指导钻孔封孔,提升瓦斯抽采效率。

瓦斯抽采新型封孔装置的研究与应用

针对瓦斯抽采钻孔因封孔失效导致抽采效果不佳的情况,通过对钻孔漏气机理分析,提出瓦斯抽采钻孔3种典型漏气形式。结合“两堵一注”封孔装置的不足,提出一种新型瓦斯抽采钻孔封孔装置,通过“一管多用,多管合一”的结构设计,消除了封孔囊袋与抽采管路间的漏浆通道,提高封孔注浆压力。现场实验表明,在抽采50 d后,新型封孔工艺较聚氨酯封孔法、“两堵一注”封孔法的瓦斯抽采体积分数分别提升了49.50%和11.85%;瓦斯抽采纯量分别提升了43.75%和9.52%。

司马煤矿3^(#)煤层瓦斯预抽技术研究

为解决司马煤矿3^(#)煤层含气量较低,瓦斯解吸能力弱,透气性差,瓦斯抽采难度大,抽采量少,抽采浓度低等问题,对巷道漏气带以及钻孔漏气圈进行了研究,并综合对比分析了气囊封孔工艺与囊袋封孔工艺的抽采效果。结果表明,钻孔最大应力出现深度与抽采时间呈线性正相关,囊袋封孔工艺所需材料简单,并且抽采最大瓦斯浓度是气囊封孔工艺的1.45倍,平均抽采浓度是气囊封孔的1.59倍。结合现场实际抽采时间要求,3^(#)煤层钻孔封孔长度不小于16 m,封孔工艺选择囊袋封孔。

伏岩煤业瓦斯抽采钻孔流量衰减规律及原因分析

为了分析伏岩煤业瓦斯抽采钻孔流量衰减规律及造成流量衰减的主要原因,采用现场实测、理论分析相结合的方法对此进行了研究。对现场实测数据回归分析,得出了抽采钻孔流量衰减规律符合对数公式:q t=-39.989ln(t)+257.94,相关性系数R2=0.941 5。分析认为煤层瓦斯压力降低及钻孔漏气是造成纯流量衰减的主要原因。