煤层钻孔孔口除尘装置的设计与实验研究

针对煤矿瓦斯抽放干式钻孔施工过程中产生大量粉尘的问题,提出利用射流泵技术除尘的新思路,即运用有压水流从喷嘴以一定速度喷出引起负压场卷吸煤尘进入除尘器,并与水流混合后排出,进而达到除尘效果。为使除尘效果最优,研究了孔口除尘器的结构组成和工作原理,并设计了水射流除尘器的结构和尺寸;运用均匀设计法对影响水射流除尘器吸气量的相关参数进行研究,实验优化了水射流除尘器的运行参数和结构参数。通过模拟煤矿瓦斯抽放钻孔施工现场打钻情况对孔口除尘装置的除尘效率进行实验,结果表明,孔口除尘装置除尘效率达到95%以上,能够显著降低煤矿干式钻孔过程中产生的粉尘污染。     

煤矿井下负压抽吸分级净化除尘装置应用研究北大核心

针对碎软煤层空气定向钻进过程中煤尘具有产生量大、流速快和瓦斯含量高的特性,基于负压抽吸惯性干式除尘原理,设计了一种适用于煤矿井下碎软煤层空气定向钻进的负压抽吸分级净化除尘装置;装置主要由孔口集尘器、一级除尘器、二级除尘器、除尘布袋和配套管路等组成;孔口集尘器收集钻进过程中孔口返出煤渣和含瓦斯气体;一级除尘器分离中等、大颗粒煤渣,除尘布袋收集中等颗粒煤渣并向外排出非瓦斯气体;二级除尘器利用井下瓦斯抽采负压主动抽吸含瓦斯气体,小颗粒煤渣由二级除尘器安装的空滤进行过滤。在青龙煤矿碎软煤层瓦斯抽采钻孔施工中进行了应用试验,完成9个空气定向长钻孔孔口煤尘的降尘作业,孔口集尘器密封良好,煤尘和瓦斯无外泄现象,钻场降尘效率在96%以上,有效改善了施工现场的作业环境;同时,降尘过程中不需要使用水,煤渣清理方便、快捷,节约水资源。     

通用型防止打钻瓦斯及粉尘超限装置

为解决易喷孔煤层钻进期间瓦斯、粉尘超限难题,提出收集式防喷孔装置和射流泵除尘技术融合概念;将风水射流除尘器纳入喷雾降尘式气尘分离箱中,利用风水射流除尘器工作时产生的孔口负压、高速雾状水流,增强气尘分离箱收集瓦斯能力、除尘效率;以此形成一款兼具防喷孔、除尘功能的通用型打钻防护装置,有效保障了防突打钻安全施工。     

瓦斯抽采钻孔集成除尘系统设计与应用

 本文针对平顶山矿区突出煤矿井下瓦斯抽采钻孔工程量大,钻孔施工过程中产尘量大、除尘难度大的特点,系统分析了当前国内外孔口除尘技术研究现状,在现场实测研究钻孔施工过程中粉尘扩散、流动、沉降规律的基础上,开发设计高效钻孔孔口集成除尘装置,对进一步降低瓦斯抽采钻孔粉尘危害进行了探索。     

煤层钻孔风力排粉水射流负压引射除尘装置的设计与应用

针对煤矿井下瓦斯抽采钻孔风力排粉施工过程中产生大量的粉尘问题,研究了钻孔孔口积尘、捕尘、消尘方法,引入中压水射流引射除尘技术,运用水射流负压理论、引射理论、射流泵理论,设计并制作了钻孔孔口除尘装置,在多个煤矿井下钻孔进行应用,结果表明全尘除尘率达80%以上,呼吸性粉尘除尘率达90%以上,可以显著地降低煤层钻孔风力排粉过程中产生的粉尘污染。     

吉宁矿2~#煤层瓦斯抽采最佳孔口负压研究

为了确定吉宁矿2~#煤单一厚煤层钻孔稳定抽采时期的最佳孔口负压,以该矿2~#煤二盘区集中回风大巷预抽钻孔为工程实践对象进行抽采负压与瓦斯抽采效果的研究,抽采负压变化对瓦斯浓度、抽采量的影响对比分析结果表明,2~#煤层在稳定抽采期间孔口负压达到17 kPa时,瓦斯抽采纯量基本达到极值,其后出现上下波动而没有明显的上升趋势,而瓦斯浓度受负压上升存在缓慢下降趋势。综合认为吉宁矿2~#煤层钻孔孔口最佳抽采负压为17 kPa,可以此参数来指导钻孔瓦斯抽采,减少资源浪费。     

瓦斯抽采钻孔负压沿孔长动态变化特性研究

通过分析孔口负压、瓦斯流量等参数对钻孔孔内负压分布影响的基础上,得出了抽采钻孔负压沿孔长的动态分布规律,抽采负压沿钻孔长度方向逐渐减少。通过对不同瓦斯流量、不同孔口负压对孔内负压分布的影响研究,得到抽采钻孔负压分布与钻孔长度服从负指数关系;随着钻孔流量的增加,孔内负压损失逐渐升高,两者符合幂指数关系。     

抽采钻孔“二堵一注”带压封孔技术的研究与应用

钻孔封孔工艺是矿井瓦斯抽采工程的一个重要环节,封孔不严、孔口漏气,容易造成抽采短路、钻孔孔口负压低、浓度上不去,直接影响瓦斯抽采效果。鹤岗矿区多数抽采矿井存在受巷道卸压带裂隙及钻孔卸压圈裂隙影响,孔口近端裂隙发育,采取常规钻孔封堵技术,气密性差、漏气明显。为改善这一状况,鹤岗矿业公司全面开展瓦斯抽采科技攻关,抽采钻孔采用"两堵一注"带压封孔技术,较好地解决了抽采瓦斯时漏气问题,抽采孔口负压提高、瓦斯抽采浓度增大。     

瓦斯抽采长钻孔负压沿孔长衰减机制及影响因素模拟研究

长钻孔具有抽采流量大、抽放时间长的优点,但是由于钻孔长度过长,在瓦斯流动过程中会有负压衰减,负压衰减对抽采效果有着重要影响.通过对瓦斯赋存和瓦斯运移的研究,结合对煤体进行受力分析,根据有效应力原理和吸附膨胀内向应变推导孔隙率和渗透率的演化方程,建立了煤层瓦斯扩散-渗流的模型,得到了计算钻孔内各区段沿程阻力损失的公式.采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件针对影响抽采钻孔内负压衰减的因素进行了数值模拟,结果表明:初始瓦斯压力、初始渗透率、初始扩散系数、煤层厚度、钻孔间距与钻孔内的负压损失呈正相关;初始瓦斯压力、初始渗透率、初始扩散系数越大,孔口负压降低速度越快;随着煤层厚度、钻孔间距的增加,孔口负压降低的速度放缓;随着钻孔直径的增加,钻孔内的负压损失呈现出减小的趋势,且孔口负压随时间的降低速度也随钻孔直径的增加减慢.研究结果对于提高瓦斯抽采率以及煤矿安全生产具有一定的指导意义.     

孔口负压对抽采效果的影响规律研究

为了研究抽采钻孔孔口负压与抽采效果的相关性,从煤层瓦斯流动特性出发,采用Comsol软件模拟和现场验证相结合的方法进行研究。研究结果表明:当抽采时间一定时,随着抽采负压增高,起初瓦斯抽采效果增加显著,但随后抽采负压作用逐渐减缓,抽采效果增加幅度越来越小。最终确定九里山矿合理孔口负压为30~34 k Pa。     

基于COMSOL Multiphysics的超长钻孔瓦斯抽采数值模拟研究

利用COMSOL Multiphysics对马兰矿南5采区9#煤层采用的千米钻孔煤层预抽瓦斯来掩护集中回风巷掘进的工程,进行瓦斯抽采钻孔深度不同、抽采负压不同、抽采时间不同条件下瓦斯压力分布规律和抽采瓦斯总量的数值模拟研究。得出结论:瓦斯抽采初期,瓦斯抽采重点区域在径向距离较小以及钻孔较浅区域,随着抽采时间的增加,瓦斯抽采重点区域向径向距离较大以及钻孔深处转移;钻孔深度越大,瓦斯抽采难度越大,适当提高瓦斯抽采负压能够有效提高钻孔深处瓦斯抽采效率;抽采负压为13 k Pa,钻孔总深度为600 m时,抽采瓦斯有效时间为500 d左右;抽采负压为13 k Pa,钻孔总深度为700 m时,抽采瓦斯有效时间为600 d左右。     

定向长钻孔孔内负压分布及其有效抽采半径研究

为了解决定向长钻孔孔内负压分布模型不准确,长钻孔瓦斯抽采参数理论依据不足等问题,通过分析抽采负压与煤层瓦斯流动的关系,构建了定向长钻孔孔内负压分布模型,利用COMSOL软件数值模拟了定向长钻孔孔内负压非定常分布的有效抽采半径,并提出了“压茬效应”这一概念。研究结果表明：孔口负压与定向长钻孔孔内负压大小呈正比。在不同孔口负压下,分支长钻孔孔内负压与钻孔长度均呈线性关系,负压损失量和百米负压损失均随钻孔长度的增大而增大。提出了“压茬效应”这一概念,将定向长钻孔末端100 m的钻孔作为压茬钻孔,在瓦斯抽采效果检验时不做检验。同时,将钻孔孔深700 m处的有效抽采半径作为定向长钻孔的最终有效抽采半径。最后,利用残余瓦斯含量法得出某矿定向长钻孔抽采180 d的有效抽采半径为5.0 m,与数值模拟结果保持一致。     

瓦斯抽放钻孔封孔工艺改进及效果检测研究

 通过对瓦斯抽放钻孔传统封孔工艺研究分析,在实践总结的基础上,云盖山煤矿一矿改进封孔工艺,提出“矿用合成树脂、水泥浆加压注浆”联合封孔新工艺,并设计研制出瓦斯抽放钻孔封孔漏气检测装置确保钻孔封孔质量,从而简化了瓦斯抽放封孔操作工序,降低了瓦斯抽放封孔成本,保证了抽放钻孔孔口抽采负压,有效提高了矿井瓦斯抽放浓度,实现了矿井安全生产。     

高低压混合抽采对抽采负压的影响

为分析高低压混合抽采对抽采负压的影响,以更好的指导矿井生产过程中瓦斯抽采,将抽采负压作为参考指标,采用对比分析的方法,在资江煤矿进行测定研究,结果表明:高低压分离抽采时,钻孔孔口负压平均11.14 kPa,较高低压混合抽采提高了9.28倍;地面泵负压平均70.25kPa,较高低压混合抽采提高了3.42倍。     

基于负压影响因子观点的抽采负压优化

为研究负压在瓦斯抽采过程中的影响,提出了负压影响因子的观点,对其进行了赋值分析,并在赋存条件相同,抽采时间不同的煤层巷道建立若干试验观测点钻孔,通过周期性调整钻孔的负压大小记录其抽采钻孔的瓦斯浓度、流量等值,进行数据分析。研究结果表明,钻孔抽采初期,负压影响系数β较低,高负压抽采对提高抽采浓度和抽采流量意义不大,抽采后期,在煤层透气性系数显著提高时,β值增大,适当提高抽采负压,可大幅度提高钻孔瓦斯流量,提高钻孔抽采的瓦斯浓度,缩短抽采周期。     

基于压气控尘-环缝引射技术的钻孔干式除尘装置研究

针对目前煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采钻孔采用空气复合定向钻进技术存在控尘及除尘难的问题,提出了1种孔口压气控尘、环缝引射干式除尘的新技术,并采用试验、数值模拟等方法对钻孔压气控尘结构和参数、除尘器动力部件及分级除尘技术进行研究。研究结果表明:当钻孔排渣压力为0.3 MPa,控尘压力为0.5 MPa时,控尘效率达99.61%;旋风除尘装置的过效率达到了92.9%以上,阻力≤620 Pa;布袋除尘器过滤风速在1.1 m/s时,除尘效率达99.95%;现场应用效果表明,在碎软煤层定向钻孔施工过程中,周围1 m内的粉尘降尘达99.3%以上。     

基于RFPA的钻孔瓦斯抽采参数数值模拟

应用RFPA2D-Flow软件,对影响钻孔瓦斯抽采效果的钻孔直径、抽采时间和抽采负压进行了数值模拟研究,分析了瓦斯抽采过程中煤层瓦斯的径向流动情况。结果表明:增大钻孔直径能够使钻孔周围煤体卸压范围增加,大幅度提高煤层瓦斯抽采效果;随着抽采时间增长,瓦斯抽采效果越好,但抽采效率会降低;抽采负压降低,抽采半径增幅较小,对瓦斯抽采效果影响不大。     

黄陵二号煤矿抽采钻孔新型封孔技术研究

为了确定囊袋式新型两堵一注一体化封孔器对瓦斯抽采钻孔的封孔效果,以黄陵二号煤矿为工程背景,215工作面胶带巷本煤层抽采钻孔为试验对象,开展封孔现场试验及封孔效果考察。结果表明,钻孔孔口抽采负压对钻孔单孔浓度影响较大,但随着孔口负压增大,钻孔抽采浓度降低比较明显,选择最优的抽采负压为13 kPa,可实现瓦斯抽采最大化。经过封孔技术指导,掘进准备队自行封孔,单孔浓度均有较大提升,之前钻孔封孔反馈的瓦斯浓度在20%～30%,分析瓦斯浓度低的原因都归结于钻孔封孔质量不达标,新型囊袋封孔器不仅简化了封孔工艺,同时钻孔平均瓦斯浓度达到65%,钻孔抽采效果大幅度提高。     

大平煤矿穿层钻孔瓦斯抽采负压优化研究

针对大平煤矿在瓦斯抽采过程中出现的瓦斯抽采浓度低、有效预抽期短等不利于瓦斯抽采的现象,提出了大平煤矿穿层钻孔瓦斯抽采负压优化研究课题。采取综合分析试验钻孔不同抽采负压作用下孔口瓦斯参数衰减与孔内瓦斯浓度衰减结合的方法确定抽采负压。经21上部探巷现场试验分析表明:大平煤矿21上部探巷试验区域合理抽采负压范围为-25～-35 kPa,最佳抽采负压确定为-30 kPa。     

浅谈抽放钻孔施工期间钻孔喷孔治理技术

在高瓦斯矿井抽放钻孔施工过程中经常会出现瓦斯喷孔现象,为了杜绝瓦斯喷孔导致巷道瓦斯超限,在打钻防喷孔装置的排渣口及钻杆连接水便处安装尾抽,实现双重负压保证;同时对钻杆穿过孔口四通位置进行封闭,实现了孔口全封闭,使钻孔涌出的瓦斯通过负压进入主系统,不涌入巷道,实现瓦斯"0"超限。通过在胡底煤业的现场应用,得出瓦斯喷孔次数明显减少,半年内未发现瓦斯超限。可见,抽放钻孔孔口装置改造后,有效减少了瓦斯喷孔次数,防止了瓦斯超限。