低浓度瓦斯井筒加热智能远程监控技术研究

针对低浓度瓦斯井筒加热,设计一套瓦斯蓄热氧化井筒加热远程监控系统。首先,根据低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热系统的特点,设计系统的总体架构;其次,对井筒加热远程智能监控系统的硬件系统设计、组成和配置进行详细的阐述;再次,对该监控系统的软件系统总体要求进行分析并详细介绍软件系统的组态过程;最后,对系统应用功能和界面进行展示。通过该监控系统,可以实现远程查看现场工业电视监控画面,了解现场设备运行情况,保障系统安全可靠运行。

低浓度瓦斯金属纤维燃烧技术与实验研究

为了减少煤矿低浓度瓦斯排放、降低大气污染,实现国家节能减排目标,开展了低浓度瓦斯金属纤维燃烧研究。分析了低浓度瓦斯采用金属纤维燃烧存在的优势;基于低浓度瓦斯易燃易爆特性、气体中含有灰尘和水分等因素,选择含有稀有金属钇的集束铁铬铝长纤维针织物制作低浓度瓦斯金属纤维燃烧器;进行了燃烧器的结构、热负荷及金属纤维辐射面积等设计;最后开展了燃烧实验。结果表明:低浓度瓦斯采用金属纤维燃烧器燃烧时,其甲烷体积分数下限为5.0%;金属纤维燃烧器的金属纤维织物内侧温度与燃烧强度呈负相关;金属纤维燃烧器的气流分布板内侧温度则随着燃烧强度增加呈现先升后降,在瓦斯甲烷体积分数为8.1%、燃烧强度为400 kW/m^(2)时,气流分布板内侧温度最高,达到248℃,远低于甲烷的热自燃温度,低浓度瓦斯采用金属纤维燃烧器燃烧不易发生回火。

煤矿井上下联合抽采瓦斯关键技术研究及应用

为解决煤矿井下压裂增透效果较差难以高效抽采瓦斯的问题,提出了煤矿井上下联合抽采瓦斯的模式,建立了基于地面井与井下钻孔抽采的方法;利用地面老井和井下钻孔通道,形成了一套长距离、多拐弯、大排量及可携砂的地面压裂井下对接技术。获得了水力压裂裂缝破裂扩展规律,给出了不同条件下煤层水力压裂裂缝形态,得到了压裂半径理论计算公式。提出了井上下联合地面井位置优选原则,给出了基于井上下联合的水力压裂设计方案。在寺河矿开展了井上下联合2个压裂孔的增透抽采试验,试验结果表明:1#压裂孔累积抽采量为50.31万m^(3),2#压裂孔的顺层考察孔2和顺层考察孔3抽采瓦斯纯量分别为238.35万m^(3)和129.29万m^(3),压裂孔及对比考察孔抽采效果分别提高6.34倍、43.8倍及31.37倍,压裂后平均抽采量比原始钻孔提高33.14倍,压裂后煤层具有较好的增透抽采效果。实现了井上下联合抽采瓦斯,对于同类型的矿井具有较好的指导价值。

煤矿风排瓦斯氧化利用技术探讨研究

介绍了煤矿风排瓦斯氧化利用技术中的辅助燃料技术和主燃料技术,以煤矿风排瓦斯的甲烷为原料的主燃料技术比辅助燃料技术更具优势和实际应用前景。分析了主燃料技术中的热逆流氧化技术和逆流催化氧化技术的研究现状和技术特点,阐述了单床立式、两床立式、旋转式以及多床式等多种结构的热逆流氧化装置的工作原理及技术特点,可为工程应用提供技术参考。

倾斜碎软煤层群煤层气协调开发关键技术-以艾维尔沟矿区为例

为了明确与倾斜碎软煤层开采条件相适配的煤与煤层气协调开发关键技术,基于倾斜碎软煤层群瓦斯难抽采与煤层群非对称采动特征,形成了与之匹配的非对称卸压时空协同“三孔四区五量”煤与煤层气协调开发模式,明确了非对称采动下煤与煤层气协调开发策略,阐明了井上下联合煤与煤层气协调开发时空协同机制。针对倾斜碎软突出首采煤层消突困难的问题,优化了倾斜碎软煤层下向长钻孔施工工艺,研制了钻头电磁波无线随钻测量系统,实现了更高精度的钻孔轨迹防偏。针对非对称采动区地面井防护缺乏针对性的难题,阐明了非对称采动覆岩卸压破坏时空演化特征,获得了非对称采动下覆岩采动裂隙演化特征,确定了倾斜煤层地面井井位安全位置,研发了能够兼顾地面井稳定性和抽采效率双因素的采动区地面三开套管结构。应用结果表明:时空协同的“三孔四区五量”模式能够实现煤层气高效抽采,保障倾斜煤层群的抽掘采接替平衡;倾斜煤层下向钻孔递进式抽采方式拓展了递进式抽采的应用范围,破解了倾斜煤层煤层气抽采过程中的时间不协调问题;优化后的采动地面井维稳结构能够适应非对称采动作用,实现了采动区地面井煤层气高效抽采。上述成果在新疆焦煤集团艾维尔沟矿区得到推广应用,初步形成符合艾维尔沟矿区主要高瓦斯矿区倾斜煤层特点的煤层气抽采关键技术和典型模式。

深井煤岩瓦斯动力灾害模拟实验系统

深井煤炭资源的开采正日益成为行业的重点需求,然而高地应力、高瓦斯压力、高地温等深部环境下的煤岩瓦斯动力灾害的耦合伴生更加复杂,对这一科学问题的大尺度物理模拟分析研究是目前最适用的研究方法。因此,围绕高地应力、高瓦斯压力、高地温3个核心影响因素,理论分析了超千米深井环境对突出模拟系统加载能力、系统刚度、瓦斯压力和温度等的指标要求,提出了适用的临界指标。研究设计了由加载系统、密封系统为主体的超千米深井煤岩瓦斯动力灾害模拟实验系统,其垂直加载能力≥25 MPa、水平加载能力≥16 MPa、系统刚度30 GN/m、瓦斯压力6 MPa、地温控制60℃,可满足在相似比为0.6~1.0条件下,1000~1500 m深井煤层赋存环境模拟。应用该系统对淮南丁集煤矿4·19动力灾害事故的发生进行了模拟分析,得到:突出过程突出孔洞后方不同位置处的煤体应力-气压耦合演变规律不同,大致可划分为突出孔洞所在区域、前突出影响区、后突出影响区以及未受影响区域等4个区域;在突出激发形成最初的孔洞后,突出影响区域内瓦斯解吸渗流速度将影响突出的进一步发展,应力主导下的突出持续时间较短,抛出煤量较少;实验共抛出煤样15.86 kg,还原现场突出煤量34.8 t,突出煤样的分选性不显著,呈现出典型压出型突出表象特征,与实际情况相符合,证明了该套系统的适用性及功能性。

我国煤矿瓦斯灾害超前大区域精准防控技术体系及展望

为满足煤矿自动化、智能化生产的快速发展及区域防突的迫切需求,推动煤矿大区域瓦斯灾害治理技术体系发展,针对传统煤层钻孔瓦斯抽采技术“钻不深、抽不出、检不了”等技术难题,系统分析近年来定向钻进、地面井、分段水力压裂、深孔取样、随钻探测等技术与装备在各大矿区不同地质条件下的应用效果。结果表明:目前已形成了基于大区域超前随钻地质勘探及预测、大区域地面及井下瓦斯抽采、非接触式连续在线动态预测等关键技术组成的煤矿瓦斯大区域治理技术体系,为推动煤层瓦斯治理技术的升级变革,实现不用或少用专用瓦斯治理巷道综合治理煤矿大区域瓦斯的目的奠定了基础。最后指出未来将发展核磁探测、伽马、雷达、深孔光纤等探测技术,以实现煤岩及地质异常体识别、瓦斯参数精确测定;发展地面水平井体积压裂高效开发及井上下联合增渗等技术,以提升井上下联合预抽效果;发展区域化超大流量压裂泵组或压裂工厂、连续油管压裂等技术与装备,以提升煤矿井下区域化增渗效果;发展风险信息融合感知、突出前兆特征智能识别、瓦斯超限预警等技术,以实现区域连续精准预测及智能预报警。

区域煤矿瓦斯灾害风险预警数据采集技术研究

以各级煤矿安全监管监察部门、矿业集团公司对辖区内所有煤矿瓦斯灾害风险宏观预警为出发点,指出区域煤矿瓦斯灾害风险预警基础数据具有多源、异构、海量、多维等特征,数据采集存在信息不全面及模式单一、维度固化等问题;将区域煤矿瓦斯灾害风险预警基础数据分为区域内矿井自然环境风险数据、区域内矿井生产系统风险数据、区域内矿井瓦斯防治风险数据、宏观安全环境风险数据4类;介绍了具有结构化特征的煤矿安全监控及瓦斯灾害预警数据、具有半结构化特征的监管监察执法检查数据、具有非结构化特征的煤矿音视频监控数据的采集技术,重点研究了基于.NET Core跨平台Web API的煤矿安全监控及瓦斯灾害预警数据采集技术,以及基于主题网络爬虫的宏观安全环境风险数据采集技术;设计了适用于互联网环境的区域煤矿瓦斯灾害风险预警数据采集系统,现场试验表明,该系统能够全面、可靠、及时地采集区域煤矿瓦斯灾害风险预警基础数据。

基于GeoServer的Web瓦斯地质图发布技术

针对Web瓦斯地质图发布,以PostGIS作为空间数据库存储,GeoServer作为地图发布服务器,通过Openlayers在前端实现地图数据访问,形成了一套完整的以开源GIS为支撑的Web瓦斯地质图解决方案。介绍了Web瓦斯地质图的图层结构,叙述了矢量和栅格数据通过GeoServer发布过程中的关键要点,解决了CAD复合要素在WebGIS的绘制问题,详细解释了通过GeoServer样式文档配置Web瓦斯地质图图层样式的方法。

瓦斯发电提效装置监控系统设计

瓦斯发电提效旨在通过改善瓦斯浓度波动和瓦斯含水量实现提高发电站发电量的目的。为保障提效装置安全、稳定及可靠运行开展了监控系统设计,首先开展了监控系统功能设计,确立了PLC+IPC的监控模式,接着开展了硬件选型及软件设计,最后通过现场运行表明:进入发电机组的瓦斯其浓度波动控制在2%/min以内,相对湿度<80%,且瓦斯中无液态水,发电机组发电效率提高12%,提效装置运行良好。

煤矿井筒防冻瓦斯-空气掺混技术研究

为降低抽采瓦斯中甲烷浓度,需要将瓦斯与空气掺混。针对冬季抽采瓦斯与冷空气直接掺混,会析出大量冷凝水,造成管道冻堵的问题,通过分析井筒防冻瓦斯-空气掺混技术进展,进行了两级掺混技术设计。实际应用案例表明:两级掺混技术可有效脱除瓦斯气中的液态水,降低瓦斯气露点温度,提高后端瓦斯利用设备的效率及系统运行安全性。

基于信息化技术的矿井通风瓦斯灾害预警平台建设与应用

开发建立了通风在线监测及分析预警系统和煤与瓦斯突出综合预警系统,并建立了信息采集支撑系统,形成了矿井通风瓦斯灾害预警平台。该平台现场应用效果良好。

基于SuperMap的多级瓦斯地质分析技术

瓦斯地质信息是一种空间信息。利用GIS技术开发瓦斯地质图形软件是管理和运用瓦斯地质信息的有效手段。基于SuperMap地理信息组件式平台二次开发的多级瓦斯地质分析系统,实现了对多级瓦斯地质信息的统一管理。为了解决长久以来只重视制图,不重视数据分析的问题,针对性地提出了以栅格数据和矢量数据为基础的瓦斯地质分析技术,详细叙述了各个分析功能的实现目的、过程和应用场景,为瓦斯地质数据的分析、利用理清了思路。

煤矿采动稳定区煤层气开发区块经济评价技术

针对我国煤矿采动稳定区煤层气开发区块评价技术缺乏,难以有效指导经济开发应用这一问题,基于煤层气开发效果与综合效益,分析了采动稳定区煤层气开发区块评价关键参数,构建了考虑技术进步等动态影响因素的煤层气开发区块经济评价指标体系,采用层次分析方法获得了各单项指标的相对权重,并提出了开发区块最大隶属原则经济评价方法。应用试验表明,该经济评价方法可为煤矿采动稳定区煤层气开发决策提供可靠指导。

煤与瓦斯突出冲击动力效应及致灾特征模拟实验系统研制与应用

由于对煤与瓦斯突出激发后致灾特征及其诱导矿井风流灾变机制不清,现场常根据经验布设风门、布置自救系统等设施,尚不能有效地布置安全防护措施和制定科学合理的应急预案。为了准确掌握突出冲击动力效应及致灾特征,基于相似理论,研发了一套考虑突出孔洞周围卸压区煤体瓦斯补给作用的突出模拟实验系统,并基于突出模型和瓦斯渗流理论通过严格计算确定了补气装置的关键参数。该实验系统主要包括:突出孔洞动力系统、突出激发装置、巷道模拟系统和数据采集与控制中心4个模块,能够模拟巷道内突出冲击波形成和传播、突出煤-瓦斯两相流运移及瓦斯逆流等突出动力现象。开展了瓦斯压力为0.8 MPa的突出灾变模拟实验,利用高速摄像机直接观测到突出冲击波形成过程。结果表明:突出发生瞬间,在管道内瞬间形成空气冲击波,后面依次出现的是冲击气流、突出瓦斯气流和煤-瓦斯两相流。且空气冲击波速度>冲击气流速度>突出瓦斯气流速度>突出煤-瓦斯两相流阵面速度,4者最大速度分别为546.5、496.7、112.6、51.5 m/s,并沿管道逐渐衰减。突出过程中高压瓦斯从突出孔洞涌入巷道空间,造成瓦斯逆流现象。突出过程中突出孔洞内瓦斯压力呈指数下降。突出发生后巷道内瓦斯体积分数随时间变化存在“骤升期”和“缓慢下降期”,突出瓦斯在巷道内运移方式主要包括“驱替”和“扩散”。突出煤沿主巷堆积高度与堆积质量呈现出一致性。突出煤与原煤粒径分布差异主要集中于0~500μm,而粒径分布最大差异主要集中于150~200μm。此外,粒径分布于150~200μm的煤粉占比随距突出口距离的增加而增加,表现出较强的分选性。

我国煤层瓦斯运移模型研究进展

煤层瓦斯运移是矿井瓦斯抽采与煤矿区煤层气开发领域的基础科学问题。从理论分析、试验方法 2个方面,阐述了我国煤层瓦斯运移理论及其渗透特性测试方法的研究现状,重点围绕煤层瓦斯非线性渗流特性、多场耦合作用下的渗流理论等关键问题的最新成果开展论述;进一步对当前普遍采用的煤层瓦斯运移特性的试验方法进行分析。研究建议:深入研究钻孔周围煤体真实应力-应变状态、瓦斯渗透过程中煤孔隙率的演化特性测试等问题,深化对煤层瓦斯非线性渗流模型、与增透或增产措施相适应的瓦斯运移特征演化等问题的认识。

瓦斯蓄热氧化井筒加热系统智能化研究

针对瓦斯蓄热氧化井筒加热系统存在的智能化水平落后于实际生产需求,影响生产效率和生产安全的问题,在原瓦斯蓄热氧化井筒加热控制系统初步具备远程控制的基础上,开展了智能化相关研究。介绍了瓦斯蓄热氧化井筒加热系统的工艺单元结构,重点分析了系统监控远程化、调控智能化、故障诊断智能化等方面的研究。某煤矿瓦斯蓄热氧化井筒加热系统智能化改造的应用案例表明:改造后的系统实现了远程监测及控制、故障智能化诊断及智能化调控功能,提高了装置运行安全性和经济性。

废弃井“一井多用”瓦斯抽采关键技术及应用

煤矿区地面瓦斯废弃井改造再利用,可进行采动区瓦斯抽采,具有保障回采工作安全生产,瓦斯资源有效利用,减少瓦斯逸散对环境压力等经济环保多重效益。针对这一目的,结合采动区地面井和废弃井的特点,提出废弃井“一井多用”瓦斯抽采技术思路。通过分析试验工作面开采工艺、覆岩结构及废弃井的基本情况等条件,研究并提出了废弃井优选及判识、地面井改造工艺、防护装置安设、抽采系统布置及抽采控制技术等,改进了废弃井改造射孔造缝段长度确定方法。研发了基于油套环空动态调节、组合套管双重防护及筛管分级优化的安全防护方法,形成了废弃井“一井多用”地面井瓦斯抽采技术。选取晋城矿区岳城煤矿作为试验对象,完成了3口废弃井(井号为YC-50、YC-52、YC-54)再利用改造试验,其地面井瓦斯抽采量累计分别为257.88万、172.50万、129.60万m^(3)。YC-50井改造运行后,地面井抽采范围内工作面上隅角瓦斯体积分数最大值从0.77%降至0.40%,降幅48.05%;YC-52井改造运行后,采煤工作面上隅角瓦斯体积分数降幅为52.38%,有效保障了回采工作面安全生产,实现了废弃井“一井多用”目标,取得了良好的经济与社会效益。研究成果为其他区域废弃井改造利用提供了借鉴,建议今后从地面预抽井设计阶段便考虑“一井多用”方案,开展相关技术研发,以提升设计井质量和接续再利用问题,以降本增效。

深孔定点取样技术在隧道揭煤瓦斯参数测定中的适用性研究

瓦斯含量作为重要的测定参数,为隧道安全揭煤提供了基础依据。良好的取样方式将是保证瓦斯含量真实性的关键所在,为此提出了将深孔定点取样技术引用到隧道揭煤瓦斯含量的测定上。以大梁子隧道C19煤层瓦斯含量测定为例,对比分析了深孔定点取样和传统取样方式(孔口接粉和取芯管取芯)取样效果及测值情况。结果表明:深孔定点取样可同时满足取样的及时性和煤样的纯度,瓦斯含量测值更为准确、可靠,为隧道揭煤取样工艺提供了新的思路。

基于偏Y型通风条件下采空区瓦斯抽采技术研究

为了研究综放工作面上隅角瓦斯超限原因及提高工作面上隅角瓦斯超限治理效果,以保德煤矿81505工作面为研究对象,结合工作面回采工艺参数,提出了偏Y型通风方式,利用有限元软件FLUENT模拟研究了工作面采空区瓦斯流场分布特点,在此基础上提出了大直径水平钻孔抽采采空区瓦斯工艺:即在备采工作面上顺槽通过施工水平钻孔接通采空区,进行采空区瓦斯抽采。研究结果表明:在保证工作面足够配风量条件下,大直径水平钻孔瓦斯抽采浓度3.2%~10.2%,抽采量5.4~23.6 m^(3)/min,工作面上隅角瓦斯浓度不超过0.58%,回风巷瓦斯浓度不超过0.49%。确保了工作面安全高效生产。