松软突出煤层钻进钻孔堵塞力学特征

基于粉体力学理论,建立瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型,推导疏通压力p与堵塞段长度L关系方程。着重分析了侧压系数k、钻孔倾角θ对钻孔堵塞的影响规律。结果表明,侧压系数k增长致使钻孔堵塞段摩擦阻力增大,软煤层钻进钻屑颗粒硬度低、直径小,堵塞段内摩擦角小,其侧压系数较大,钻孔堵塞段疏通更为困难;施工仰孔,伴随倾角增大,疏通压力迅速降低,存在θU,对应疏通压力为0,当θ>θU时,堵塞段在自重作用下疏通;施工俯孔,存在θD相应疏通压力达到极值,在θD^0区间,伴随钻孔倾角绝对值增大,所需疏通压力增大,在θD^-π/2区间,所需疏通压力略有降低。应用钻孔堵塞段力学模型,根据钻孔施工工艺参数,建立相应p-l特性曲线,可定性评估不同钻孔施工工艺方案优劣。

瓦斯抽采钻孔堵塞段卡钻扭矩力学模型分析

为分析卡钻扭矩对瓦斯抽采钻孔施工的影响,基于粉体力学理论,建立孔内无压和孔内有压卡钻扭矩力学模型。分析钻孔堵塞区间风压p和钻机起拔力Fc对卡钻扭矩的影响规律。研究结果表明,对于孔内无压情况,形成卡钻扭矩较小,一般不会形成卡钻事故;因堵塞段孔内压力作用形成的孔壁径向侧压力pc是形成较大卡钻扭矩的本质原因,风压p和钻机起拔力Fc的增大将导致卡钻扭矩迅速增大,当卡钻扭矩达到了钻机的最大扭矩Tmax,堵塞段未被疏通时,将出现卡钻现象,处理不当容易造成钻杆破断、钻孔瓦斯燃烧、CO中毒等孔内事故。

瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型及其应用

建立瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型,基于施工地点的供风压力极值pmax,求解相应临界堵塞段长度L0,当L>L0时,钻孔将发生堵塞;研究了钻孔堵塞段退钻阻力的计算方法,分析了堵塞段长度和堵塞段内部气体压力对退钻阻力的影响规律。分析结果表明,在钻孔工程中,钻孔堵塞段内存在较高的气体压力是造成钻孔发生堵塞、难以退钻的主要原因,退钻阻力对堵塞段孔内气体压力变化非常敏感,采取降压退钻是减小退钻阻力的有效方法。应用钻孔堵塞段力学模型,分析了九里山矿钻孔施工现状,提出增大排渣空间、降低排渣阻力、提高钻杆强度技术措施,通过工业性试验,未出现断钻现象,钻进效率提高17%。

下向低浓钻孔“抽-注”排水排渣抽采一体化技术研究

为了防止永夏矿区陈四楼煤矿煤与瓦斯突出事故的发生,在采用水力排渣钻孔进行抽采瓦斯时,发现在钻孔内存在着大量的水和煤渣,堵塞了煤体内部的孔隙通道,对煤层瓦斯运移和钻孔孔壁的稳定性产生不利影响,从而严重影响了瓦斯抽采的效果。针对煤矿急需解决的俯孔排水排渣问题,提出采用压风吹孔技术,将孔内水和煤渣带出孔外,疏通钻孔堵塞通道。该技术在陈四楼煤矿井下现场应用效果良好,吹孔后钻孔平均在抽浓度由11.86%提升到了18.73%~56.38%,低浓钻孔提升效果明显;代替了以往水力排渣钻进技术,达到高效抽采瓦斯、保证煤矿安全生产的目的,对钻孔抽采瓦斯过程中能够及时排出水和煤渣有一定指导意义。在此基础上,形成的一套下向低浓钻孔“抽—注”排水排渣一体化技术及工艺,为下向低浓钻孔排水排渣工作提供参考借鉴。

封孔器在有残留煤渣钻孔中移动的试验研究

为揭示钻孔内残留煤渣阻碍封孔器移动的作用机制,寻求最佳的降阻方法,首先,设计封孔器在煤层钻孔内移动的试验方案及装置,并开展7种不同端头锥面角度的封孔器在模拟钻孔内的移动试验;然后,分析封孔器前方的煤渣堆积状态及其移动阻力参数;最后,基于试验结果,解释炸药和封孔器在煤层钻孔内的堵塞现象,改进钻孔瓦斯涌出初速度测定装备的封孔器。结果表明,随着封孔器向前移动,封孔器前方的煤渣堆积长度和高度逐步增加,封孔器所受的阻力几乎呈指数规律增加;如果封孔器的端头锥面角度较大,就会被堆积的煤渣完全堵塞;随着封孔器端头锥面角度的减小,封孔器所受阻力逐步降低,并趋于稳定;改进型封孔器(前端安装锥面角度为20°的空心罩)的送入阻力小、推进速度快,送入钻孔深度大。

瓦斯抽采钻孔解堵修复装备的研制与应用

煤层瓦斯抽采是解决煤矿瓦斯灾害的主要技术措施,而失稳坍塌和煤渣积聚造成的钻孔堵塞失效严重影响瓦斯抽采效果。为了解决上述问题,利用高压水射流在破孔透孔和疏通排渣方面的技术优势,研制了轻型气动水力化解堵修复装备,确定了该系统装备的水力参数,包括系统阻力损失、水力破煤岩参数和钻孔修复喷头结构参数,实现了对钻孔堵塞段的疏通解堵,形成了经济、高效的瓦斯抽采钻孔修复技术工艺。在石壕煤矿南五区3#瓦斯巷应用结果表明,试验穿层钻孔23个,修复后效果显著的钻孔达91.3%,修复完成后45 d内单孔平均抽采瓦斯浓度和纯流量由36%和0.0035 m^(3)/min提升至60%和0.0082 m^(3)/min,分别提高了67%和134%,解堵修复效果较好,有效提高了瓦斯抽采钻孔的利用率和抽采效率。

贵州豫能黔金煤矿:“三大实招”打好瓦斯治理攻坚战

今年以来,贵州豫能投资有限公司黔金煤矿采取狠抓现场管控、强化技术创新、注重细节管理“三大实招”,保证瓦斯抽采“打得进、堵得住、抽得出”目标的实现,确保矿井安全生产有序推进。狠抓现场管控,确保钻尺“打得进”针对局部施钻地点普遍出现施钻时卡钻、抱钻、喷孔,以及垮孔造成钻孔堵塞而导致抽放钻尺不达标的情况,该矿新引进了ZDY8000LPS履带式全液压钻机,该钻机扭矩大,稳定性好,倾角和方位能够360度调整,且撤卸钻杆便捷,可直接形成大孔径钻孔,大大降低了人工劳动力,提高了工作效率。

某酸法地浸采铀矿山中硅的迁移及对生产系统的影响

硅化合物广泛存在于铀矿石中,在酸法地浸采铀过程中,部分硅酸盐矿物与硫酸反应形成硅酸。针对酸法地浸采铀过程中硅的迁移及其对生产系统的影响开展了研究。结果显示,硅酸随浸出液进入离子交换吸附系统,其中99%以上又返回到矿层。仅有极少量的硅酸因聚合作用被吸附系统截留,部分附着于树脂表面,部分随溶液流动而进入萃取系统和注液钻孔。硅酸对生产系统的影响主要表现在3个方面:1)聚合度较低的硅酸会在离子交换树脂表面不断聚合,堵塞离子交换树脂的通道,导致离子交换速度和操作容量下降;2)硅酸胶体进入萃取系统会导致三相物生成量增加,严重时可导致乳化;3)硅酸凝胶进入钻孔会导致钻孔堵塞。总的来说,硅大量溶出会导致设备紧张、成本上升、生产能力下降等一系列问题。为降低硅对生产系统的影响,可使用氢氧化钠进行树脂脱硅,以恢复其离子交换性能,使用氢氧化钠+空压机洗井恢复钻孔过液能力。

某地浸铀矿山NaOH洗井工艺探索与应用

某地浸铀矿山注液钻孔流量出现"断崖式"下降,经过分析发现,钻孔过滤器附近溶液中含有大量的硅酸类物质,其化学性质稳定,除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应,且会凝聚形成硅酸聚合物而堵塞钻孔。根据硅酸的物理化学特性,提出NaOH洗井工艺,向钻孔内注入NaOH溶液,其与硅酸反应生成可溶性的硅酸钠,达到解除钻孔堵塞的目的。试验和现场应用结果表明,NaOH洗井能有效改善钻孔硅酸堵塞问题,提高钻孔注液能力。

软煤层钻进钻穴区钻屑运移动态特征及应用

软煤层钻进过程中孔壁失稳破坏形成钻穴是致使钻进困难的主要原因。建立常态钻孔、开放型钻穴和填充型钻穴排渣模型,对孔内钻屑运移进行气固耦合动力学分析。研究结果表明,开放型钻穴对钻屑运移的影响较小,仅带来一定的压力损耗;填充型钻穴在钻孔底部的钻屑质量分数成倍增长,钻屑颗粒运动轨迹曲折,排出需要更长时间;填充型钻穴区出现瞬间动压波峰,压差损耗是常态钻孔、开放型钻穴的数倍。基于钻穴区钻屑运移特征,提出降低钻杆排渣阻力、增大排渣空间的钻具设计方法,研制了刻槽螺旋钻杆、低螺旋钻杆、等离子熔涂螺旋钻杆等系列钻杆,通过工程应用,软煤层钻进深度和钻进效率得到了有效改善。