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浅埋近煤层群采动“三区”漏风裂隙场时空演化规律数值模拟

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中国煤炭 2024年第3期50卷 69-79页

作者：马亮孟威高亮张壮壮宋涛冯雄夏同强陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司陕西省榆林市719300 中国矿业大学碳中和研究院江苏省徐州市221116 河南省矿产资源绿色高效开采与综合利用重点实验室河南省焦作市454150

浅埋近煤层群采动下,地面采空区工作面“三区”之间易形成连通的漏气通道引发工作面低氧和采空区煤自燃,如何厘清采动效应下浅埋煤层群“三区”漏气通道的时空分布演化规律是有效防控煤自燃和低氧的关键。以陕煤柠条塔煤矿S1232工作面... 详细信息

浅埋近煤层群采动下,地面采空区工作面“三区”之间易形成连通的漏气通道引发工作面低氧和采空区煤自燃,如何厘清采动效应下浅埋煤层群“三区”漏气通道的时空分布演化规律是有效防控煤自燃和低氧的关键。以陕煤柠条塔煤矿S1232工作面为研究背景,采用理论与数值模拟相结合的方法,研究了单一煤层、复合煤层重复开采下覆岩破坏特征,分析了煤层间距与采厚对裂隙二次发育的影响规律。结果表明:浅埋近煤层群开采下上覆岩层裂隙仅存在垮落带与裂缝带,主关键层破断后裂缝带快速发育至地表,关键层周期破断控制地表裂隙周期生成与下沉;上煤层裂隙密度发育由原始阶段先后经历快速增长、稳定和二次增长3个阶段;随采厚增大,各区间裂隙密度增大,大裂隙发育更充分,裂隙宽度整体增大;随煤层间距增大,小于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,且增加的速度逐渐加快,大于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,但增加速度逐渐变缓;采厚相同时,裂隙宽度大于0.2 m的裂隙密度随着煤层间距的增大逐渐减小。

关键词：浅埋近煤层群重复采动漏气通道裂隙宽度煤层间距采厚数值模拟

基于无机纳米封孔材料提高煤层瓦斯抽采率的试验研究

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山西大同大学学报（自然科学版） 2024年第2期40卷 106-110页

作者：邵佳洛何启林碗海鹰张茂林卢浩安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001 晋城市安理工能源工程技术研究院山西晋城048000 晋城市格润科技有限公司山西晋城048000

为解决钻孔使用传统材料封孔产生裂隙导致瓦斯抽采率低、钻孔寿命有限的问题,分析了抽采钻孔漏气途径与周围应力分布,确定钻孔漏气的主要部位;通过向硅酸盐无机材料中添加纳米氧化物对其改性,得到一种能够长期保持水分且不凝固、不收缩... 详细信息

为解决钻孔使用传统材料封孔产生裂隙导致瓦斯抽采率低、钻孔寿命有限的问题,分析了抽采钻孔漏气途径与周围应力分布,确定钻孔漏气的主要部位;通过向硅酸盐无机材料中添加纳米氧化物对其改性,得到一种能够长期保持水分且不凝固、不收缩等特点的无机纳米封孔材料;基于山西竹林山煤业有限公司53032巷道,开展顺层钻孔封孔及后续补浆封孔试验。结果表明:无机纳米封孔材料试验组平均瓦斯抽采浓度整体优于普通封孔水泥对照组,封孔16 d后,试验组平均瓦斯抽采纯量为0.04~0.06 m^(3)/min,而对照组平均瓦斯抽采纯量为0.02~0.04 m^(3)/min,试验组的封孔质量优于对照组钻孔。试验组经过补浆封孔,平均瓦斯抽采浓度提高了20%,补浆封孔可以提高钻孔的封堵质量和瓦斯抽采的平均浓度。

关键词：瓦斯抽采不凝封孔材料漏气通道补浆封孔抽采浓度

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顺层钻孔瓦斯抽采漏气规律及封孔技术研究

煤炭科学技术 2020年第8期48卷 90-96页

作者：马智会潘荣锟马智勇李聪胡代民河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 义马煤业集团股份有限公司生产技术处河南三门峡472300 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

顺层钻孔瓦斯抽采时,在矿山压力作用下,极易出现抽采漏气的情况,为了提高顺层钻孔瓦斯抽采效果,据巷道围岩应力分布规律,分析了抽采钻孔轴向和径向的应力和裂隙分布特征,提出顺层抽采钻孔的4种漏气通道分别为:封孔材料漏气、钻孔周围煤... 详细信息

顺层钻孔瓦斯抽采时,在矿山压力作用下,极易出现抽采漏气的情况,为了提高顺层钻孔瓦斯抽采效果,据巷道围岩应力分布规律,分析了抽采钻孔轴向和径向的应力和裂隙分布特征,提出顺层抽采钻孔的4种漏气通道分别为:封孔材料漏气、钻孔周围煤体漏气、封孔材料与钻孔壁间隙漏气以及邻近钻孔影响漏气。基于漏气通道分析结果,得出顺层钻孔抽采应堵实钻孔径向松动圈和设计合理的封孔长度的封孔原则。根据钻孔漏气机理及封孔原则并结合现场条件,对孟津煤矿原聚氨酯封孔工艺进行考察并优化,得出优化后的封孔深度应为20 m,并结合径向裂隙范围,提出了两堵一注全程注SRS-Ⅱ高强微膨胀型快速凝固封孔材料的封孔工艺,在12030运输巷进行了工业试验。通过对封孔优化前后的跟踪监测数据进行对比分析,得出封孔优化后的瓦斯抽采体积分数为原封孔工艺瓦斯抽采体积分数的1.1~1.9倍,优化后的瓦斯抽采纯量为原封孔工艺的2.6倍左右,且原封孔工艺较封孔优化后的抽采体积分数和抽采纯量衰减明显。因此,优化后的封孔工艺抽采效果较原工艺明显提高,为同类型矿井顺层抽采封孔提供了借鉴。

关键词：顺层抽采围岩应力钻孔应力裂隙分布漏气通道封孔抽采效果

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瓦斯抽采钻孔套管支护封孔技术研究

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2019年第1期38卷 33-38页

作者：贾进章赵丹孙亮辽宁工程技术大学安全科学与工程研究院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室辽宁葫芦岛125105 煤科集团沈阳研究院有限公司辽宁沈阳110016 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113006

针对因漏气通道的存在使得瓦斯抽采负压不能有效提高,抽采效果差的问题,对瓦斯抽采封孔技术进行研究.通过对钻孔周围应力场分布特征进行分析,确定了顺层钻孔漏气的原因,并利用COMSOL模拟软件模拟分析了封孔段在施加主动支护力作用下的... 详细信息

针对因漏气通道的存在使得瓦斯抽采负压不能有效提高,抽采效果差的问题,对瓦斯抽采封孔技术进行研究.通过对钻孔周围应力场分布特征进行分析,确定了顺层钻孔漏气的原因,并利用COMSOL模拟软件模拟分析了封孔段在施加主动支护力作用下的钻孔漏气情况,采用了顺层钻孔"套管支护"封孔方法.在马堡煤矿进行现场应用.结果表明:套管固孔技术使钻孔得到有效支护,与未下套管的普通抽采钻孔相比,单孔瓦斯抽采混合流量提高了10倍左右,单孔瓦斯抽采浓度提高了1.6倍左右.研究结论有助于提高煤矿瓦斯抽采效率.

关键词：瓦斯套管支护两堵一注封孔应力分布漏气通道塑性煤层

基于COMSOL的顺层抽采钻孔漏气通及带压封孔技术研究

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煤炭工程 2019年第7期51卷 114-119页

作者：乔元栋程虹铭山西大同大学煤炭工程学院山西大同037003 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

回顾了封孔效果影响因素,基于流-固耦合作用下顺层钻孔漏气通道模型,研究了钻孔周围应力及主动支护封孔技术效果,结果表明:钻孔钻进经历巷道前方"三带",应力集中带内煤体裂隙发育;随着距钻孔壁距离的增加,钻孔施工的二次扰动作用逐渐减... 详细信息

回顾了封孔效果影响因素,基于流-固耦合作用下顺层钻孔漏气通道模型,研究了钻孔周围应力及主动支护封孔技术效果,结果表明:钻孔钻进经历巷道前方"三带",应力集中带内煤体裂隙发育;随着距钻孔壁距离的增加,钻孔施工的二次扰动作用逐渐减小,钻孔卸压松动圈与巷道卸压松动圈叠加效应出现在孔周局部范围内,并共同形成钻孔漏气主要通道;无支护力作用下,抽采负压与巷道大气压在短时间内,很容易通过钻孔卸压松动圈裂隙与巷道壁的卸压裂隙连通,形成漏气通道;支护力作用下,加固了孔周煤体,愈合卸压裂隙,减小漏气通道,加大了有效抽采时间,且随着支护力的增大,这种效果更明显。进一步试验了主动支护封孔技术,与原有普通囊袋式封孔相比,主动支护封孔单孔日平均抽采浓度提高近3倍,单孔日平均抽采纯量提高近1. 6倍,主动支护封孔效果好,理论分析结果得到验证。

关键词：顺层钻孔流-固耦合漏气通道主动支护封孔

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大平煤矿穿层钻孔瓦斯抽采负压优化研究

煤矿安全 2019年第5期50卷 158-161,167页

作者：张亚鹤魏风清张永鹏陈祖国郑州煤炭工业集团大平煤矿河南登封452473 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

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... 详细信息

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。

关键词：穿层钻孔瓦斯抽采负压优化煤岩裂隙漏气通道

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新型无机瓦斯抽采钻孔封孔材料及应用研究

煤炭技术 2017年第6期36卷 124-126页

作者：熊祖强孙亚鹏熊志朋洪紫杰河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

针对目前瓦斯抽采钻孔封孔材料封孔质量差、抽采浓度低、材料强度低、固结时间长等缺点,以硫铝酸盐水泥熟料、石灰和石膏为主料,并辅以改性材料,研发了一种新型无机双液瓦斯抽采钻孔封孔材料。该材料固化速度快、强度高、渗透性强,具有... 详细信息

针对目前瓦斯抽采钻孔封孔材料封孔质量差、抽采浓度低、材料强度低、固结时间长等缺点,以硫铝酸盐水泥熟料、石灰和石膏为主料,并辅以改性材料,研发了一种新型无机双液瓦斯抽采钻孔封孔材料。该材料固化速度快、强度高、渗透性强,具有微膨胀性能,能够有效将孔内封实,消除孔内漏气通道。该新型材料在抽采钻孔封孔领域具有良好的应用前景。

关键词：封孔材料抗压强度膨胀性漏气通道抽采浓度

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瓦斯抽采新型封孔装置的研究与应用

煤炭技术 2021年第8期40卷 135-138页

作者：王帅韩韶泽杨李成荆雪冬周向文中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122 中煤大同能源有限责任公司山西大同037000

针对瓦斯抽采钻孔因封孔失效导致抽采效果不佳的情况,通过对钻孔漏气机理分析,提出瓦斯抽采钻孔3种典型漏气形式。结合“两堵一注”封孔装置的不足,提出一种新型瓦斯抽采钻孔封孔装置,通过“一管多用,多管合一”的结构设计,消除了封孔... 详细信息

针对瓦斯抽采钻孔因封孔失效导致抽采效果不佳的情况,通过对钻孔漏气机理分析,提出瓦斯抽采钻孔3种典型漏气形式。结合“两堵一注”封孔装置的不足,提出一种新型瓦斯抽采钻孔封孔装置,通过“一管多用,多管合一”的结构设计,消除了封孔囊袋与抽采管路间的漏浆通道,提高封孔注浆压力。现场实验表明,在抽采50 d后,新型封孔工艺较聚氨酯封孔法、“两堵一注”封孔法的瓦斯抽采体积分数分别提升了49.50%和11.85%;瓦斯抽采纯量分别提升了43.75%和9.52%。

关键词：瓦斯抽采钻孔漏气两堵一注漏气通道抽采纯量

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瓦斯抽采钻孔动态密封粘液材料研究

瓦斯抽采钻孔动态密封粘液材料研究

作者：延婧西安科技大学

学位级别：硕士

随着煤矿开采深度增加、地应力增高、煤层透气性降低,致使瓦斯事故频发,严重威胁着煤矿安全生产。当前治理瓦斯的根本方法是瓦斯抽采,而决定抽采效果的关键环节之一是钻孔密封。本课题以瓦斯抽采钻孔漏气通道发育演化及封堵材料为研究背... 详细信息

随着煤矿开采深度增加、地应力增高、煤层透气性降低,致使瓦斯事故频发,严重威胁着煤矿安全生产。当前治理瓦斯的根本方法是瓦斯抽采,而决定抽采效果的关键环节之一是钻孔密封。本课题以瓦斯抽采钻孔漏气通道发育演化及封堵材料为研究背景,采用力学分析、数值模拟、配比实验、性能测试及现场试验等研究方法,对瓦斯抽采钻孔动态密封粘液材料进行了深入研究,具体内容如下:（1）开展了原煤试样单轴压缩-声发射实验,采集煤样受压过程中的声发射信息,建立原煤试样压缩破坏过程损伤演化模型,分析煤样在受压情况下的破坏特征;利用自制的钻孔密封注浆三维模拟试验平台,对钻孔钻进过程中及钻孔钻进完成后受压情况下漏气通道演化形态进行模拟,得到了含孔型煤试样的漏气通道发育演化规律。（2）考虑瓦斯抽采钻孔孔周漏气通道形态,借助COMSOLMultiphysics模拟软件,对不同注浆压力下不同粘度密封浆液渗流距离进行模拟,确定了合适的浆液粘度范围。（3）对研制新型密封粘液材料的组成成分进行筛选,分析了材料的可行性;进行了单因素实验,探究了各组分掺量对粘液材料性能的影响;通过设计多组不同掺量的正交实验,从而剔选出一组最优配合比,并对其膨胀性、保水性及密封性能进行实验室测试。（4）在理论研究、实验研究的基础上,选取潞安集团漳村煤矿2802工作面回风顺槽为试验地点,设置试验孔与对比孔分别使用新型粘液材料与传统粘液材料密封,通过观测瓦斯抽采浓度及瓦斯抽采混量来验证新型粘液材料的优越性。研究结果揭示了瓦斯抽采钻孔漏气通道的发育演化规律,研制了“强弱强”动态密封方法中需要的密封粘液材料,并对其性能进行研究,在一定程度上提高了动态密封方法的密封效果,对钻孔密封现场作业具有重要意义,有助于提高矿井瓦斯抽采效率。

关键词：抽采钻孔漏气通道注浆参数粘液材料