本煤层瓦斯抽采钻孔气囊封堵带压注浆密封技术

针对目前本煤层瓦斯抽采封孔注浆压力小、封孔深度小、封孔长度短、封孔操作繁琐等问题,分析了抽采钻孔漏气机制,研发了气囊封堵带压注浆密封技术。该技术通过两段膨胀时间可控的气囊,实现抽采钻孔两端任意深度的初步密封;然后在膨胀气囊之间的封闭钻孔空间内,带压注入高水速凝膨胀无机材料,通过浆液封堵、凝固后膨胀压实钻孔周围裂隙等作用,实现抽采钻孔可靠密封。现场应用试验表明:该技术可使本煤层钻孔瓦斯抽采浓度平均提高25.5%,瓦斯浓度衰减速度显著降低,有效抽采周期大幅延长。     

近水平煤层瓦斯抽采钻孔自动膨胀快速封孔装置及应用

针对近水平煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术难题,以"两堵一注"为基本封孔方式,在封孔装置两端设置吸水膨胀止浆塞,中间留有注浆段,研发出一种新型的自动吸水封堵装置。其能够实现近水平钻孔注浆的有效封堵,注浆与止浆塞同步进行,封孔操作简单。装置中快速吸水的高倍膨胀树脂的与高强度遇水膨胀橡胶的组合形式,保证了止浆效果,将注浆压力提高到1.2～1.5MPa。浆液能够在压力的作用下渗入钻孔周围煤体内部裂隙中,能够有效提高浆液的密实性,避免近水平煤层顺层钻孔水泥浆干缩后形成漏气通道的问题,保证了封孔效果。通过现场试验,自动吸水膨胀封孔装置相较普通注浆封孔方式瓦斯抽采浓度提高19%～23%。     

胶囊-水泥浆-聚氨酯联合带压注浆封孔测压技术

提出了胶囊-水泥浆-聚氨酯联合带压注浆封孔测压技术。该技术利用膨胀胶囊对钻孔初步密封,形成测压气室;在孔口用聚氨酯进一步封堵,然后在膨胀胶囊和聚氨酯封孔段之间进行带压注浆。浆液在压力作用下对钻孔周围裂隙进行填充封堵,有效防止瓦斯室内的气体通过钻孔裂隙泄漏,测压结果快速准确。     

顺煤层抽采钻孔浅孔注浆堵漏提浓试验研究

为了提高顺层钻孔抽采浓度,系统分析了钻孔密封段围岩漏气分布规律,提出了利用浆液封堵孔周裂隙通道的浅孔注浆堵漏提浓工艺,并在古城煤矿进行了试验。研究结果表明:钻孔周围煤层裂隙形成的贯穿通道,是导致抽采钻孔漏气的主要原因;通过浅孔注浆对钻孔周围煤层中的裂隙进行封堵,能阻断煤层中的贯穿性裂隙通道,有效提升钻孔瓦斯抽采浓度。     

顺层预抽钻孔封孔技术优化及应用研究

煤矿井下顺层预抽钻孔封孔应根据不同倾角类型有针对性地采取优化措施。通过对平庆煤矿封孔现状的考察和大量的封孔优化对比实验,得出顺层预抽钻孔孔口免抽段长度、使用钻屑量与地应力之间存在的函数关系,确定了合理封孔深度。从瓦斯抽采效果、经济性、操作难易程度综合考虑,对比分析得出不同类型倾角顺层预抽钻孔封孔优化技术,并在现场实际使用论证。上行钻孔封堵孔外,下行钻孔封堵孔内,近水平钻孔封堵孔内和孔外。不同类型倾角顺层预抽钻孔封孔优化后,提高了抽采浓度,缩短了煤层预抽时间,保障了煤矿安全开采。     

松软煤层瓦斯抽采钻孔“同心环”加固密封技术研究与应用

松软煤层瓦斯抽采钻孔易失稳、密封难的问题直接影响着松软煤层瓦斯高效抽采,在松软煤层施工钻孔成孔退钻后孔内塌孔导致无法及时密封,除此之外孔口煤体破碎区也形成大量漏气通道致使密封失效,由此对矿井生产带来安全隐患且造成了时间和经济上的浪费。从理论分析钻孔密封段受力情况入手,在利用黏弹性力学模型求解孔口破碎区煤体受力的基础上,结合影响松软煤层孔口塌孔外界条件理论研究松软煤层钻孔孔口易塌孔原因并提出合理解决办法,据此提出“同心环”加固密封技术,并从物理模型、技术原理与流程等方面进行详细阐述,最后在山西某矿区N2106松软煤层工作面开展现场应用试验。结果表明：松软煤层孔口破碎区在时间效应下易进入快速变形阶段,由于其吸附性强、易膨胀性等特点加之打钻偏移后钻杆对孔口的剧烈扰动,最终致使孔口退钻后易变形坍塌;采用“同心环”加固密封的试验钻孔均未出现退钻后塌孔的问题,瓦斯浓度在前30天均保持在30%以上,抽采第30天时钻孔最大瓦斯纯流量达到0.053 m³/min,与传统密封钻孔比较后发现“同心环”加固密封钻孔密封技术密封效果优于传统密封技术。     

抽采钻孔注浆阻隔堵漏提浓技术研究

为解决瓦斯抽采钻孔孔口漏气、钻孔交叉串孔等原因造成的瓦斯抽采效果差,严重制约本煤层瓦斯抽采达标的问题,文章分析了造成钻孔抽采瓦斯浓度低的原因,同时基于抽采钻孔漏气机理,提出采用小直径钻孔注浆阻隔堵漏技术对漏气钻孔进行封堵。现场试验结果表明：多数原低浓钻孔经处理后瓦斯抽采浓度显著提升,对缩短工作面抽采达标时间,缓解矿井掘-采-抽衔接,工作面安全高效回采具有重要的现场指导意义。     

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。     

大范围复杂走向裂隙穿层钻孔精准封堵技术研究

龙滩煤电公司在使用底抽巷施工穿层钻孔预抽上覆煤层瓦斯过程中,发现底板穿层钻孔在正常施工封堵后存在大范围钻孔抽采效果不良的情况,经过研究分析及现场探测发现,是由于煤层下覆围岩中存在大范围复杂走向裂隙造成封堵后的钻孔互串,导致预抽钻孔抽采不良。通过在3111N中底抽巷研究应用穿层钻孔精准封孔技术,有效解决了在施钻过程中遇大范围复杂走向裂隙穿层钻孔封堵不严导致抽采不良的问题,确保了上覆煤层的正常抽采。     

瓦斯抽采钻孔密封质量的简易监测方法及现场试验

目前我国煤层瓦斯抽采钻孔的密封还存在一定问题,这与缺乏简单有效的钻孔密封质量的检测手段有关。常见的瓦斯浓度检测法存在较大的问题,主要表现在光学瓦斯检测仪检测出来的瓦斯浓度仅为瓦斯中的甲烷浓度,而压风检测法在现场应用的可操作性不强。通过孔内和孔口压差来判断瓦斯抽采钻孔密封质量的方法(压差检测法),能直观地观测出钻孔的密封效果,是一种简单、直观的判断钻孔密封效果的方法,且成本低廉,操作简单。     

新义矿顺层抽采钻孔合理封孔深度确定和应用

为了确定新义矿顺层抽采钻孔的合理封孔深度,在利用瓦斯解吸指标确定的卸压带宽度的基础上,在原始煤体区布置4组不同封孔深度条件下的试验钻孔,并在试验钻孔抽采不同天数时,使用抽采状态下孔内参数定点测量装置测定孔内4个特征点的瓦斯浓度和负压,分析钻孔轴向瓦斯运移规律;最后通过计算相邻特征点之间的漏气量比例大小,直观的反映出钻孔的漏气区域,综合分析确定了新义矿顺层抽采钻孔的合理封孔深度。通过在新义矿的现场应用表明,该封孔深度是可靠的,可以提高预抽瓦斯的浓度,保证较高的瓦斯抽采效率。     

顶驱车载钻机空气潜孔锤钻进用低压防喷装置的研制

在空气潜孔锤钻进时,孔口安装防喷装置可将高速返出的粉尘或泥浆导离孔口,防止喷向工作台而污染孔口工作环境。综合考虑ZMK5530TZJ60型车载钻机孔口工作台结构特点、配套的斜坡钻杆外形特征、钻进工艺特点以及装卸操作环境等因素,设计了一款适用于顶驱车载钻机的空气潜孔锤钻进用低压防喷装置。该低压防喷装置具有结构简单、安装方便;通过胶芯与钻具之间的过盈实现孔口密封,密封胶芯补偿量大,可密封外径变化较大的斜坡钻杆;可在加接钻杆时更换密封胶芯;设置了2个导流口,上返流体在此压降变化小,有利于排渣的通畅等优点。现场试验表明,该低压防喷装置能够有效密封粉尘泄漏、明显改善孔口施工环境,达到了设计的目的。     

采煤工作面煤层注水工艺优化与应用

针对目前煤层注水存在的施工钻孔效率低、钻孔深度达不到要求、注水钻孔封孔不严、封孔器回收困难等问题,研究注水工艺的改进优化,对钻机、钻具及封孔器进行重新设计选型,形成了一整套的注水装备。该装备的应用提高了施工效率,为降低工作面粉尘危害、抑制工作面瓦斯涌出、防治煤炭自然发火等危害探索出了更加高效的途径和方法。现场应用表明,煤层注水有效地改善了工作面作业环境,为工作面实现高产高效奠定了基础。     

瓦斯抽放钻孔高密封性封孔材料的研究

 摘要：针对现有封孔材料密封瓦斯抽放钻孔性能不太理想的现状,研发了高密封性封孔材料—PD系列材料。使用FEI QuantaTM 250环境扫描电子显微镜对该封孔材料与钻孔煤壁的结合情况以及向钻孔周边渗透情况进行了观察、分析。建立了钻孔周边缝隙流体泄漏模型,并在潞安集团常村矿进行了瓦斯抽放钻孔的密封效果考察试验。现场试验结果表明：PD系列材料较原有封孔材料（如聚氨酯）,前者可有效提高抽放负压,增大抽采瓦斯浓度值和纯瓦斯流量均值,并能大大降低两个指标的衰减速度,达到高密封性的要求,从而实现瓦斯的持续高效抽采。     

突出煤层钻孔施工防瓦斯超限技术及装备

针对穿层钻孔施工(水力冲孔)期间瓦斯喷孔的问题,分析确定了水力冲孔作业期间容易引起作业空间瓦斯超限的因素,从解决孔口-防喷装置、钻杆-防喷装置、集气箱排渣处、钻杆水尾等关键地点的密封问题入手,研发了孔口防喷装置,并通过分源抽采自动控制解决抽采能力的合理匹配;防喷装置创新性的采用皮垫-毛刷综合密封,起到了良好密封效果;配套设计了瓦斯缓冲装置,能够起到缓冲、储存瓦斯的作用,有效降低防喷装置内瓦斯冲击压力;同时,根据现场反馈情况从尺寸、材料等方面进行不断优化,提高防喷装置的轻便性及耐用性,形成了完善的穿层钻孔施工(水力冲孔)防超限技术及系列化装备。     

不同瓦斯抽采钻孔封孔工艺封孔效果的现场试验对比研究

为了考察不同封孔工艺在低渗透煤层中的瓦斯抽采效果,通过现场瓦斯抽采试验,对比分析了传统封孔、自胀式封孔、袋装封孔、封孔器封孔以及主动承压式封孔5种封孔工艺的钻孔瓦斯浓度变化特征,介绍了主动承压式封孔工艺的工艺原理。结果表明:主动承压式封孔工艺的钻孔瓦斯浓度在抽采初期呈上升趋势,随后缓慢降低并稳定在70%左右,钻孔瓦斯浓度出现显著衰减的时间为70～80 d,高瓦斯浓度抽采的时间长达91 d,远高于相同条件下采用其他封孔工艺的抽采钻孔;此外,采用该封孔工艺的钻孔瓦斯浓度自孔底向孔口仅衰减14%,为各类封孔工艺中瓦斯浓度衰减最低的封孔方式。综合对比各类封孔工艺下抽采钻孔瓦斯浓度变化特征、瓦斯浓度显著衰减时间和高浓度瓦斯持续抽采时间等指标,采用主动承压式封孔工艺可以取得良好的瓦斯抽采效果。     

高压囊带式注浆封孔技术在义安矿的应用

通过试验高压囊带注浆封孔技术,在确定注浆液体配方基础上,较好的解决了传统的聚氨酯封孔由于封孔质量差,抽采效果不理想的问题。结果表明,高压囊袋注浆封孔法使得钻孔周围的裂隙得到很好的充填,消除开孔时的漏气通道,又能使得钻孔得到可靠支护,保证钻孔的稳定,使得周围不产生新的漏气通道。试验钻孔抽放90 d之后,平均抽放浓度仍然达到了33%,效果十分明显。     

聚氨酯水泥浆封孔技术在新景矿的应用

 摘要：根据阳煤集团新景矿瓦斯抽放孔采用聚氨酯封孔,抽放效果差的现象,通过对瓦斯抽放孔巷道的应力变化和裂隙进行研究,改进封孔参数和工艺,得出了适合阳煤集团新景矿瓦斯抽放孔的封孔工艺技术,即聚氨酯水泥浆双重封孔工艺技术,通过现场应用表明,该技术能有效提高瓦斯抽放效率。     

气动潜孔锤钻进用孔口密封装置优化设计

气动潜孔锤钻进具有效率高的优点,是矿山地面应急救援孔、煤层气井和水井等施工中重点考虑的工艺方法。其缺点是在钻进过程中,孔口会出现大量粉尘。孔口密封装置的作用是实现孔口的密封净化,并将返出的粉尘导向远离孔口的沉渣池。介绍了气动潜孔锤钻进用孔口密封装置的设计,并通过计算流体力学分析,对设计进行了优化,最后进行了现场试验,证明了孔口密封装置完全满足了气动潜孔锤钻进的需要。