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高压脉冲水射流顶底板钻孔提高煤层瓦斯抽采率的应用研究

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煤炭学报 2010年第7期35卷 1115-1119页

作者：刘勇卢义玉李晓红夏彬伟重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆400030

在分析松软煤层中钻孔塌孔、硬分层中成孔机理的基础上,提出利用高压脉冲水射流在硬分层或顶底板中钻孔,切至软分层提高瓦斯抽采率的新钻孔工艺。并基于高压脉冲射流破煤岩动力特性,分析计算了射流在松软煤层中切缝所需的射流压力及流量... 详细信息

在分析松软煤层中钻孔塌孔、硬分层中成孔机理的基础上,提出利用高压脉冲水射流在硬分层或顶底板中钻孔,切至软分层提高瓦斯抽采率的新钻孔工艺。并基于高压脉冲射流破煤岩动力特性,分析计算了射流在松软煤层中切缝所需的射流压力及流量;研制出钻孔、切缝系统装置及工艺。在四川某煤矿的松软煤层进行了现场试验,应用结果表明钻孔深度是本煤层钻孔深度的2.7倍,平均单孔瓦斯的抽放纯量为0.19～0.26 m3/min,是采用原工艺钻孔的5.2倍以上。

关键词：高压脉冲水射流瓦斯抽放松软煤层深长孔

高压脉冲水射流增透技术在煤矿石门揭煤中的应用研究

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高压脉冲水射流增透技术在煤矿石门揭煤中的应用研究

作者：刘勇重庆大学

学位级别：硕士

煤与瓦斯突出是煤矿生产中的一种极其复杂的动力现象,石门揭煤时极易引起煤与瓦斯突出,其强度大、频率高。据统计,在我国几十起特大型突出事件中,石门揭煤发生的突出就占了75.9%。针对这一问题,国内外学者提出了许多解决措施,如:孔预裂... 详细信息

煤与瓦斯突出是煤矿生产中的一种极其复杂的动力现象,石门揭煤时极易引起煤与瓦斯突出,其强度大、频率高。据统计,在我国几十起特大型突出事件中,石门揭煤发生的突出就占了75.9%。针对这一问题,国内外学者提出了许多解决措施,如:孔预裂爆破、水力压裂、酸化处理煤层等方法,但这些方法施工工艺复杂,石门揭煤周期长,准备巷道掘进时间过长,严重制约着煤矿高产高效;所以,开展高压脉冲水射流增透技术具有重大的工程和经济意义。本文依托国家自然科学基金委创新群体基金项目“高压水射流破岩理论及其在地下工程中的应用基础研究(50621403)”,提出采用高压脉冲水射流对煤层切缝的新方法。通过研究高压脉冲水射流对煤体的动态损伤作用,分析了高压脉冲水射流对煤体裂隙场的演化特性和煤层透气性的影响;根据非线性瓦斯渗流理论以及地球物理场效应瓦斯流动理论研究了高压脉冲水射流冲击及振荡效应对煤体内瓦斯流动规律的影响;研发了高压脉冲水射流切缝系统装置和施工工艺,并结合流体力学、渗流力学等理论分析确定了高压脉冲水射流切割煤体时主要水力参数,并进行现场试验。主要研究成果如下: ①高压脉冲水射流在松软低透气性煤体中切缝,引起钻孔周围应力场变化,形成一定范围的卸压带,同时脉冲射流的振荡作用促使卸压带范围增加,使煤层透气性增大;不同频率的脉冲形成不同尺寸级的裂隙,在高压脉冲水射流冲击应力波和水准静态作用裂隙先后经历初始损伤、裂隙扩展、裂隙相互贯通及裂隙场进一步发展四个阶段,裂隙的发展,增加了瓦斯的运移通道,是煤层透气性进一步增大,为高效抽采瓦斯奠定了基础。 ②得出高压脉冲水射流对煤体的冲击动态方程,并根据瓦斯渗流理论得出高压脉冲水射流作用下煤体内瓦斯渗流方程。 ③研发出高压脉冲水射流切缝系统装置,通过流体力学、牛顿定律分析计算得出射流在煤岩单位面积所受的作用力以及煤粒与水的速度关系,从而得出脉冲射流破煤岩的临界压力以及切缝过程中所需要的射流流量,为高压脉冲水射流切缝系统装置在煤矿石门揭煤的应用奠定基础。 ④对高压脉冲水射流切缝系统进行现场试验,通过对比分析得出,在采用高压脉冲水射流切缝工艺的+175N2#石门,切缝3天后K1煤层K1值最大值由0.85 mL/g·min1/2减小为0.46mL/g·min1/2,而未实施高压脉冲水射流切缝工艺+175主石门K1值没有明显变化。在+175N2#石门切缝瓦斯预抽孔平均单孔瓦斯浓度相比未切缝孔提高了35.8倍,平均单孔瓦斯流量提高了10倍以上。切缝石门的瓦斯抽采率、瓦斯抽采量和预抽面积相比未切缝石门分别提高了的3.2倍、1.85倍和2.035倍;预抽时间缩短54.7%,揭煤时间缩短44.8%,钻孔数量减少53.2%,钻尺减少33.7%,K1max降低了44.9%,并使得所揭K1煤层由较难抽采煤层转变为可以抽采煤层。

关键词：高压脉冲水射流石门揭煤煤与瓦斯突出渗透率瓦斯渗流

高压脉冲水射流割缝半径及影响半径的测试方法

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中州煤炭 2014年第12期 47-50页

作者：仝艳军卢惠召中国平煤神马集团能源化工研究院河南平顶山467000 平煤股份十矿河南平顶山467000

为了更好掌握高压脉冲水射流割缝切割范围与影响范围,增强高压脉冲水射流在各煤层的适应性,获得合理的射流割缝参数,对平煤股份十矿己15煤层高压脉冲射流割缝深度及影响半径进行了测试,得出当喷嘴直径为3 mm、泵压为20 MPa、出煤量大于... 详细信息

为了更好掌握高压脉冲水射流割缝切割范围与影响范围,增强高压脉冲水射流在各煤层的适应性,获得合理的射流割缝参数,对平煤股份十矿己15煤层高压脉冲射流割缝深度及影响半径进行了测试,得出当喷嘴直径为3 mm、泵压为20 MPa、出煤量大于4 t时高压脉冲水射流割缝半径为1 m,其影响半径为4 m,为优化工作面穿层高压脉冲射流割缝钻孔的布置、进一步强化瓦斯抽采效果提供依据。

关键词：高压脉冲水射流割缝半径影响半径测试方法

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电液压脉冲水射流发生器及破岩研究

电液压脉冲水射流发生器及破岩研究

作者：刘宁重庆大学

学位级别：硕士

为了满足我国社会主义经济大发展时期工程建设领域中采矿、隧道、地下等工程的发展需要,针对当前破岩设备和装置所存在的问题,提出利用电液压脉冲效应作为高压脉冲水射流动力源。对电液压脉冲水射流发生器的工作原理和电气参数进行了分... 详细信息

为了满足我国社会主义经济大发展时期工程建设领域中采矿、隧道、地下等工程的发展需要,针对当前破岩设备和装置所存在的问题,提出利用电液压脉冲效应作为高压脉冲水射流动力源。对电液压脉冲水射流发生器的工作原理和电气参数进行了分析。基于椭球体聚焦冲击波的原理,提出了冲击波聚能高压脉冲射流发生器。应用热力学、流体力学、电学、机械学、声学、光学以及等离子体物理学等学科的理论知识对电液压脉冲技术中脉冲大电流发生器的工作原理、水中放电时产生的机械效应、气隙和液体击穿机理、放电通道的形成及其特点进行了分析和讨论。建立了等离子体通道的数学模型。利用π定理和无量纲分析方法推导出放电通道的液动力特性的无量纲微分方程,通过求解无量纲微分方程得到了放电通道的液动力特性与放电回路电气参数间的关系,从而可以能预测放电通道内的压力、通道半径和通道膨胀速度。利用正交实验方法对电液压脉冲水射流发生器的结构S、电极结构形式F、两电极间的距离l对水射流压力的影响进行了实验研究。实验结果表明,其影响程度大小按l,S ,F (从大到小)。还对影响射流压力的放电能量、喷嘴结构和放电室体积等因素进行了实验研究。根据实验结果,设计和加工制造了一台电液压脉冲水射流发生装置。

关键词：电液压脉冲高压脉冲水射流等离子体

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石门揭煤钻孔布置优化分析及应用

煤炭学报 2011年第2期36卷 283-287页

作者：卢义玉刘勇夏彬伟张赛重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆400030

为优化突出煤层石门揭煤钻孔布置,在理论分析射流割缝影响半径的基础上,提出基于高压脉冲水射流割缝技术的钻孔布置的新工艺。在理论分析圆形紊动射流结构的基础上,研究了射流冲击破碎煤体时射流速度分布,基于动量守恒定律得出射流作用... 详细信息

为优化突出煤层石门揭煤钻孔布置,在理论分析射流割缝影响半径的基础上,提出基于高压脉冲水射流割缝技术的钻孔布置的新工艺。在理论分析圆形紊动射流结构的基础上,研究了射流冲击破碎煤体时射流速度分布,基于动量守恒定律得出射流作用于煤体的应力分布。并选取重庆某煤矿K1煤层煤体制作原煤煤样进行孔隙率测试和单轴压缩实验,得出煤体的初始损伤和煤体力学参数,基于损伤力学对煤体发生损伤破坏的门槛值进行了计算,得出射流冲击煤体的最大深度和钻孔切缝后影响半径,并应用于重庆某煤矿+175N2号石门揭煤工程。应用结果:钻孔数量减少32个,减少钻尺718.4 m,钻进工程量减少35.7%。

关键词：石门揭煤钻孔影响半径高压脉冲水射流

水射流促进煤基质收缩提高煤层透气性机理分析

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重庆大学学报（自然科学版） 2011年第4期34卷 20-23页

作者：卢义玉宋晨鹏刘勇康勇重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆400044

高压脉冲水射流割缝是新型有效的增透技术,但增透机理尚未明确,制约了其在不同赋存条件煤层中的推广应用。文中从煤基质收缩提高煤层透气性角度出发,在分析高压水射流冲击煤体的动态效应基础上,得出冲击动态方程;理论分析了在高压脉冲... 详细信息

高压脉冲水射流割缝是新型有效的增透技术,但增透机理尚未明确,制约了其在不同赋存条件煤层中的推广应用。文中从煤基质收缩提高煤层透气性角度出发,在分析高压水射流冲击煤体的动态效应基础上,得出冲击动态方程;理论分析了在高压脉冲水射流作用下煤基质的受力状态,得出了高压脉冲水射流能够促使煤基质收缩,并推导出射流冲击力-煤基质的关系方程,在此基础上采用P-M模型,得出射流作用下煤层内瓦斯渗流方程,为高压脉冲水射流割缝增透技术的推广应用提供了理论支撑。

关键词：高压脉冲水射流煤基质收缩煤层透气性瓦斯渗流

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钻割一体化技术在石门揭煤中的应用

能源与环保 2017年第1期39卷 121-123,127页

作者：杨继东孙矩正中国平煤神马集团能源化工研究院河南平顶山467000

近年来,随着采深的不断增加,煤层瓦斯含量和瓦斯压力在不断增加,石门揭穿突出煤层的掘进速度和安全威胁严重制约采掘接替的工作,消除石门揭煤过程中煤与瓦斯突出的关键在于对具有突出危险的煤层进行有效预抽。提出采用高压脉冲水射流优... 详细信息

近年来,随着采深的不断增加,煤层瓦斯含量和瓦斯压力在不断增加,石门揭穿突出煤层的掘进速度和安全威胁严重制约采掘接替的工作,消除石门揭煤过程中煤与瓦斯突出的关键在于对具有突出危险的煤层进行有效预抽。提出采用高压脉冲水射流优越的切割能力和自激振荡的特性,对煤层进行割缝,增加煤层卸压面积和瓦斯运移通道,强化解吸煤层瓦斯,并在平顶山矿区石门揭煤中推广应用,达到安全快速石门揭煤目的。

关键词：突出煤层石门揭煤瓦斯抽放高压脉冲水射流钻割一体化

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水平井多元复合联作解堵工艺技术的应用

化学工程与装备 2020年第2期 74-75页

作者：张雄大港油田井下作业公司技术研究所

近年来,为提高油藏采收率,水平井技术得到规模推广,虽然整体上开发效果得到改善,但是部分水平井因筛管堵塞,钻完井污染、近井带堵塞导致单井供液能力差,不能正常生产。针对水平井生产的难题,创新运用高压脉冲水射流均匀布压解堵+强穿透... 详细信息

近年来,为提高油藏采收率,水平井技术得到规模推广,虽然整体上开发效果得到改善,但是部分水平井因筛管堵塞,钻完井污染、近井带堵塞导致单井供液能力差,不能正常生产。针对水平井生产的难题,创新运用高压脉冲水射流均匀布压解堵+强穿透性缓速酸酸洗+氮气混排组合技术,对采油厂三口低产液水平井开展酸洗解堵施工。形成一种把高压水射流技术与化学方法油层处理技术有机融合,通过物理、化学的双重作用,综合改造堵塞层的一项多元复合联作解堵新技术。该技术能有效解除水平井近井地带污染、大幅提高原油产量,取得较好的效果。水平井均匀布压酸化解堵工艺的成功应用为低能水平井治理提供了经济、实用、高效的技术保障。

关键词：水平井近井带堵塞解堵高压脉冲水射流强穿透性缓速酸氮气混排多元复合联作解堵