新型半流体动态密封材料及密封技术研究

【目的】针对现有固态封孔材料无法封堵新生裂隙,导致瓦斯抽采后期效果变差的问题,开发一种由黏结性材料、膨胀剂和颗粒填充材料等配置而成的新型有机黏液封孔材料。【方法】首先对新型有机黏液的黏度、保水性、膨胀性和密封包裹性进行测试分析,然后对原有的“三堵两注”封孔装置进行改进,研制与新型有机黏液配套使用的三囊袋分段式封孔器。在现场测试阶段,根据试验工作面条件制定顺层瓦斯抽采钻孔封孔方案,采用水泥封孔材料和新型有机黏液封孔材料进行对比试验。【结果】在30 d的观测期内,采用新型有机黏液封孔的钻孔瓦斯抽采浓度和纯量均大于采用水泥封孔的钻孔。【结论】新型半流体动态密封材料密封包裹性优于水泥封孔材料,对瓦斯抽采效果提升明显。

突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔新技术研究与实践

针对工作面煤巷扰动裂隙的客观存在,瓦斯抽采钻孔封孔质量难以满足钻孔密封要求、抽采瓦斯浓度和流量偏低等问题,提出了双胶囊配合带压黏液的封孔新技术,其基本原理是采用高压胶囊封堵瓦斯气室同时配合低压胶囊封堵黏液,黏液封堵钻孔裂隙,实现抽采钻孔的密封;并对双胶囊中间段采取了加长加粗的改进技术。利用ANSYS软件对封孔过程中钻孔周围煤体应力进行了分析,并结合应力渗透理论对封孔效果进行了考察。通过理论分析,确定了合理的封孔工艺参数,并进行了现场工业性试验。结果表明:双胶囊配合带压黏液封孔技术可增加封孔深度和提高封孔质量,使瓦斯抽采浓度提高40%～60%,平均瓦斯流量提高15m3/min左右,且高浓度抽采周期可达2个月。

胶囊粘液封孔器在测定煤层高瓦斯压力时失效成因分析

针对采用胶囊粘液封孔器在测定煤层高瓦斯压力过程中,容易出现胶囊被顶出或密封失效等情况,根据多次实践经验,建立了封孔器与瓦斯室、岩石孔壁间整个密封系统的力学平衡方程,分析了胶囊被顶出的原因;通过假设建立了高压瓦斯气体侵入微孔隙模型,给出了泄漏气体侵入时的流量微分方程,并从能量角度分析了气体侵入和逸出微孔隙过程;建立了封孔系统内高压瓦斯在粘液中的扩散、溶解、析出物理模型,从理论上分析这种装置密封高压气体失效机制。通过多次对比现场实验,给出了采用该装置测压时的安全可信值范围,当煤层瓦斯压力超过3MPa时,最好采用传统封孔工艺进行测定。

高压瓦斯测定中胶囊粘液测压法的局限性

在预估高压瓦斯的压力测定中,在淮南潘一东矿同一测压工作面采用了传统砂浆封孔测压和胶囊粘液封孔测压2种方法,对胶囊粘液封孔测压的局限性做了分析,对深部煤层高瓦斯压力测定方法的选择具有一定的参考作用。

胶囊粘液封孔器在高压瓦斯测定中的局限性分析

阐述了两种不同封孔测压方法的工艺和效果,在预估高压瓦斯的压力测定中,在淮南潘一东矿同一测压工作面采用了传统砂浆封孔测压和胶囊粘液封孔测压两种方法。在瓦斯压力达到一定数值后产生各种后遗症状后,对胶囊粘液封孔测压的局限性做了分析,对深部煤层高瓦斯压力测定方法的选择具有一定的参考作用。

煤层瓦斯压力测定封孔实验研究

通过室内实验模拟研究不同材料对封孔时密封性的影响,采用快硬水泥封黏液、黏液封瓦斯的主动式封孔方法,不但延长了黏液封孔段的长度,而且使煤层瓦斯测压更加可靠准确,从而提高封孔的密封性。

新型化学反应式胶囊-黏液封孔器压强参数实验研究

针对传统封孔器在实际应用中存在的封孔不严、耗时长、测定系统复杂等问题,提出一种与无线测压技术结合的新型化学反应式胶囊-黏液封孔器,并以Na HCO3和Al2(SO4)3作为反应物进行了压强测试预实验及正式实验,得出压强与Na HCO3、容器体积的函数关系。

基于颗粒级配的密封黏液制备及应用

为了解决瓦斯抽采钻孔围岩次生裂隙漏风而引起抽采后期瓦斯浓度急剧降低的难题,现场实测了钻孔周边煤岩裂隙及其尺度的分布特征,提出了裂隙封堵的颗粒级配黏液封堵材料制备方法。通过优选固相颗粒,同时以羧甲基纤维素钠为主料,以聚丙烯酸钠、明胶等为辅料制备了内掺级配颗粒的封堵黏液,测定了新型封堵材料的黏度、保水率、膨胀性等特性参数,并在现场进行了应用验证。结果表明,该新型内掺级配颗粒的黏液封孔材料稳定性好、黏性适中易注浆、膨胀率大,且与煤壁润湿接触性好。现场应用显示,相较于水泥基封孔材料可将钻孔平均瓦斯抽采浓度提高近40%。以此为基础,探讨了级配黏液对裂隙的封堵机理主要在于颗粒的桥堵堆积、支撑作用、膨胀堵塞及黏液滞留效应。

厚煤层长钻孔封孔工艺的比对分析研究

针对保德煤矿8#煤层厚煤层长钻孔采用2种封孔工艺进行实测煤层瓦斯压力。在测定瓦斯压力过程中,对胶囊黏液带压封孔工艺进行了优化和改进。通过对2种封孔工艺的封孔质量和测压效果的比对,得出胶囊黏液带压封孔工艺在厚煤层长钻孔测压中更加具有优越性,更能真实反映煤层瓦斯压力,具有良好的应用效果和安全生产效益。

复杂地质矿区3种封孔工艺应用分析

复杂地质矿区水文地质条件较复杂,岩层孔/裂隙较发育,若采用的封孔工艺不合理,将导致煤层瓦斯压力测定结果不能准确反映煤层瓦斯实际情况的现象。针对上述问题,在贵州久益矿业股份有限公司宏宇煤矿5,6-1号煤层布置4组测压点、12个测压钻孔,每组测压点钻孔分别采用目前常用的注浆封孔、短胶囊+注浆封孔、长胶囊-压力黏液封孔3种封孔工艺进行瓦斯压力测定试验。根据试验结果分析了3种封孔工艺的应用效果,得出3种封孔工艺的适用条件:注浆封孔工艺适用于较深、岩石较细密且较坚硬的岩孔;短胶囊+注浆封孔工艺适用于倾角较大的下向钻孔;长胶囊-压力黏液封孔工艺适用于煤层顶底板岩石破碎或可能存在含水层处钻孔。

瓦斯抽采钻孔动态密封黏液型材料实验研究

为解决动态密封方法中现有黏液材料无法有效封堵煤岩漏气通道的问题,本文对钠基膨润土进行了改性研究。以钠基膨润土为基料,选取黏合剂羧甲基纤维素钠(CMC)、保水剂聚丙烯酰胺(PAM)和表面活性剂脂肪酸甲酯磺酸钠(MES)作为添加剂,研制出一种能与煤壁紧密结合的动态密封黏液型材料。通过单因素实验分别考察了表面活性剂掺量、保水剂掺量及水料比的变化对材料黏度及流动性的影响,掌握了各因变量随自变量的变化趋势。在此实验基础上,根据正交实验原理设计了三因素三水平17组配比实验,对17组实验所得黏液的黏度进行了统计,根据30 min内所得材料黏度值进行拟合与回归性分析,得到了拟合二次回归方程。其次,通过方差分析、等高线分析及响应曲面分析判断出各因素交互性对实验结果的显著性,分析表明3因素显著性排序为:保水剂>水料比>表面活性剂。最后,利用Design-Expert软件得出黏液材料的最佳配比为:表面活性剂4%,保水剂0.8%,水料比10∶1。为验证动态密封黏液型材料的高效性,选取漳村煤矿进行现场实验,并对30天内瓦斯抽采数据进行统计分析。实验表明:试验孔瓦斯抽采浓度比传统黏液材料封孔提高了24.57%,瓦斯抽采时间延长了1.5倍,瓦斯抽采流量得到显著提升,达到了煤矿瓦斯高效抽采的目的。

胶囊-黏液封孔测压设备常见测压事故的事故树分析

在总结胶囊-黏液封孔测压设备在使用过程中常发生的各种事故的基础上,利用事故树分析法推导分析了导致事故发生的各种可能原因及这些原因之间的关系。然后通过分析和计算找到了防止事故发生的最佳途径并得出了防止胶囊-黏液封孔测压设备测定煤层瓦斯压力过程中出现事故的注意事项。

黏液封孔器中黏液黏度的影响因素分析及稳定措施

黏液黏度下降是胶圈黏液封孔器与胶囊黏液封孔器测压法测压过程中常见的问题。使黏液黏度降低的因素有岩石的渗透作用、细菌的分解、高压气体环境的影响、井下水pH值、井下环境温度、封孔时间以及黏液自身分解等。通过自制的能够测量高压环境下黏液黏度的仪器,测定了不同条件下黏液黏度的变化规律,并对各种影响黏液黏度的因素进行了试验分析,找出了稳定黏液黏度的最佳方案,并应用于煤矿现场,取得一定的改进效果。