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煤矿采动区地面井逐级优化设计方法

煤炭学报 2014年第9期39卷 1907-1913页

作者：胡千庭孙海涛中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯分院重庆400037 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037

为进一步优化煤矿采动区地面井设计方法,对地面井的类型及特点进行了深入分析,将煤矿采动区地面井抽采技术细分为邻近层采动发展区地面井抽采、本煤层采动发展区地面井抽采和采动稳定区地面井抽采3种类型;确定了抽采资源评估、布井位置... 详细信息

为进一步优化煤矿采动区地面井设计方法,对地面井的类型及特点进行了深入分析,将煤矿采动区地面井抽采技术细分为邻近层采动发展区地面井抽采、本煤层采动发展区地面井抽采和采动稳定区地面井抽采3种类型;确定了抽采资源评估、布井位置优选、井型结构优化、高危位置防护、地面安全抽采等5项核心技术,提出了不同类型采动区地面井的逐级优化设计方法。将系统化的技术方法应用在了山西晋煤集团成庄煤矿5310工作面采动区CD-01井的优化设计和抽采工程中,获得了连续抽采、抽采体积分数50%以上的良好抽采效果,证明了逐级优化设计方法及技术的适用性。

关键词：采动区地面井逐级优化设计协调开发

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煤矿采动稳定区煤层气资源评估方法及其应用

煤炭学报 2018年第1期43卷 160-167页

作者：文光才孙海涛李日富付军辉赵旭生中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯分院重庆400037 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037

受多煤层赋存条件和煤矿井下回采工艺影响,采空区内的大量遗煤导致废弃矿井或老采空区内赋存丰富煤层气资源,对这一资源的准确评估、合理开发和高效利用是我国进行非常规油气资源开发的重大需求,如何准确评估废弃矿井或老采空区的可抽... 详细信息

受多煤层赋存条件和煤矿井下回采工艺影响,采空区内的大量遗煤导致废弃矿井或老采空区内赋存丰富煤层气资源,对这一资源的准确评估、合理开发和高效利用是我国进行非常规油气资源开发的重大需求,如何准确评估废弃矿井或老采空区的可抽采煤层气资源量是进行高效开发的关键问题。因此,通过分析煤层气的来源、赋存空间和关键影响因素,建立了基于"间接减法"理念的采动稳定区(废弃矿井或老采空区)煤层气资源评估模型,提出了进行采动稳定区煤层气资源评估的方法。运用建立的评估模型和方法,在晋城矿区成庄矿5310工作面区域进行了采动稳定区煤层气资源的地面井抽采试验,单井连续抽采433 d,抽采煤层气资源243.27万m^3,抽采量核算与评估结果基本一致,初步证明了评估方法的适用性。

关键词：采动稳定区废弃矿井煤层气资源评估地面井

基于爆炸强度与隔爆屏障作用技术的巷道隔爆实验

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煤炭学报 2021年第6期46卷 1791-1798页

作者：薛少谦黄子超杜宇婷司荣军中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037

为了提升煤矿瓦斯煤尘爆炸灾害的防治技术和效果,基于不同爆炸能量和隔爆屏障粉体质量浓度研究了大尺度巷道内主动隔爆系统的隔爆灭火性能。在敞开空间采用高速摄影技术测试了主动巷道隔爆系统隔爆屏障的形成过程及动态分布特征,隔爆器... 详细信息

为了提升煤矿瓦斯煤尘爆炸灾害的防治技术和效果,基于不同爆炸能量和隔爆屏障粉体质量浓度研究了大尺度巷道内主动隔爆系统的隔爆灭火性能。在敞开空间采用高速摄影技术测试了主动巷道隔爆系统隔爆屏障的形成过程及动态分布特征,隔爆器粉体能在120 ms时刻形成8.04 m^(2)有效断面,在1200 ms时刻覆盖20 m,在空间内持续作用5000 ms以上,得出驱动气体压力是影响隔爆屏障动态分布和覆盖距离的直接因素。在此基础上,采用断面7.2 m^(2)大型地下巷道,进行了瓦斯(煤尘)爆炸传播实验和隔爆实验,分析了实验过程中压力波、火焰阵面的传播特性。研究结果表明:粉体隔爆屏障能有效起到衰减压力波和扑灭爆炸火焰的作用,在粉体质量浓度较低时,爆炸火焰将穿越隔爆屏障,而随着质量浓度的增加,隔爆效果增强。在瓦斯隔爆实验中粉体质量浓度为277.8 g/m^(3)时,40 m位置爆炸超压衰减为36.4 kPa;在瓦斯煤尘爆炸隔爆实验中,粉体质量浓度为625.0 g/m^(3)时,70 m位置爆炸超压降低至54.0 kPa,对比同等强度的爆炸传播实验,最大压力下降率均大于60%。瓦斯(煤尘)爆炸隔爆实验中,驱动氮气和粉体所形成的隔爆屏障能有效起到冷却降温、隔绝窒息和消耗自由基的作用。随着粉体质量浓度的增加,爆炸火焰传播速度迅速下降,整个传播过程中的最大火焰速度位置前移,出现在隔爆器前端,爆炸火焰在隔爆器后20 m区域内被完全扑灭。

关键词：瓦斯煤尘爆炸隔爆粉体介质爆炸压力火焰速度

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煤与瓦斯突出动力效应的模拟研究

中国矿业大学学报 2018年第1期47卷 113-120,154页

作者：曹偈孙海涛戴林超孙东玲王波苗法田瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯研究分院重庆400037

为了揭示煤与瓦斯突出启动后巷道内突出煤-瓦斯两相流运移规律及突出冲击波传播特征,利用自行研制的"煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置",进行了低气压条件煤与瓦斯突出动力效应模拟试验.通过实现突出口的主动快速开启、多种流体运移路... 详细信息

为了揭示煤与瓦斯突出启动后巷道内突出煤-瓦斯两相流运移规律及突出冲击波传播特征,利用自行研制的"煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置",进行了低气压条件煤与瓦斯突出动力效应模拟试验.通过实现突出口的主动快速开启、多种流体运移路线、阻力特性的巷道网络布置及参数的全方位实时监测,模拟了该固气参数条件下突出煤-瓦斯两相流在巷道网络中的运移过程.研究结果表明:巷道内突出煤运移经历3个阶段历时3 053ms;突出启动后巷道内气体压力、温度发生跳跃式改变,气压变化持续时间小于1s;突出冲击波阵面平均传播速度为405.36m/s,冲击波超压峰值沿巷道呈衰减趋势,主巷内接联络巷处的冲击波平均衰减系数是其他位置的5倍左右.

关键词：煤与瓦斯突出模拟装置巷道网络煤瓦斯两相流冲击波

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突出煤-瓦斯在巷道内的运移规律

煤炭学报 2018年第10期43卷 2773-2779页

作者：孙东玲曹偈苗法田孙海涛赵旭生戴林超王波瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯研究分院重庆400037

以煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流为研究对象,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置进行了巷道中突出煤-瓦斯两相流试验研究,通过试验观察将煤颗粒的运动过程分为加速、平衡减速及沉降等运动阶段,并综合运用固体颗粒在气... 详细信息

以煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流为研究对象,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置进行了巷道中突出煤-瓦斯两相流试验研究,通过试验观察将煤颗粒的运动过程分为加速、平衡减速及沉降等运动阶段,并综合运用固体颗粒在气流中的悬浮运动机理和能量守恒定律,建立了一维情况下突出煤在巷道中的运移数学模型。通过模型计算分析得到,突出煤颗粒运移距离随初始气流速度的增大呈增大趋势,随颗粒粒径的分布规律由于其符合的流动状态不同而不同。

关键词：煤与瓦斯突出运移煤-瓦斯两相流数学模型

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煤矿带式输送机巡检机器人关键技术研究

煤炭科学技术 2022年第5期50卷 263-270页

作者：方崇全瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

针对带式输送机巡检机器人在煤矿井下的环境适应性、自主快速安全充电、基于音视频分析的带式输送机异常工况智能识别等关键技术问题,阐述了煤矿带式输送机巡检机器人系统总体设计;设计了一种模块化、两节车厢挂载式巡检机器人本体及吊... 详细信息

针对带式输送机巡检机器人在煤矿井下的环境适应性、自主快速安全充电、基于音视频分析的带式输送机异常工况智能识别等关键技术问题,阐述了煤矿带式输送机巡检机器人系统总体设计;设计了一种模块化、两节车厢挂载式巡检机器人本体及吊挂单轨式、滚轮与链轮链条混合驱动的巡检机器人行走机构,可适应煤矿井下输送带运输复杂环境;提出了煤矿井下电—机—电能量转换充电方法,设计了基于鼓形齿的充电自动对接机构,可实现巡检机器人在煤矿井下自主快速安全充电,满足井下远距离巡检需求;提出了基于托辊运转的声压1/3倍频程谱及声品质尖锐度特征指标的托辊故障识别方法,针对井下多粉尘、浓雾气、低照度场景下视频质量差导致视频识别难的问题,提出了自适应图像增强算法框架,增强图像质量,在此基础上,基于目标轮廓先验知识,构建深度神经网络模型,实现煤矿井下人员、煤流、带面异物、带面损伤等特征不显著目标的视频智能识别,提高带式输送机巡检机器人智能化水平。对带式输送机巡检机器人样机及带式输送机异常工况音视频样本进行了验证测试,结果表明:巡检机器人最小转弯半径1 m,在负重220 kg、巡检速度0.4 m/s的情况下,可在角度为20°的坡道上平稳运行;在充电站端的电动机额定功率2.2 kW情况下,机器人本体端的发电机能稳定输出功率800 W;基于音视频分析的带式输送机异常工况智能识别方法具有应用可行性。煤矿带式输送机巡检机器人关键技术的突破,将加速带式输送机巡检机器人的推广应用,有力促进智能化矿井建设。

关键词：煤矿带式输送机巡检机器人行走机构井下充电音频分析视频分析

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高压水射流环切割缝自卸压机制与应用

煤炭学报 2018年第11期43卷 3016-3022页

作者：张永将黄振飞李成成中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037

为解决深部矿井低透气性煤层瓦斯抽采难题,针对穿层钻孔提出了高压水射流环切割缝煤层自卸压增透技术。通过瓦斯流动理论分析普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动模式,分别建立了普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动微分方程,获得了高压水射流环切割缝... 详细信息

为解决深部矿井低透气性煤层瓦斯抽采难题,针对穿层钻孔提出了高压水射流环切割缝煤层自卸压增透技术。通过瓦斯流动理论分析普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动模式,分别建立了普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动微分方程,获得了高压水射流环切割缝自卸压技术改善煤层瓦斯流动机制;采用FLAC3D软件建模分析高压水射流割缝后钻孔周边煤体应力演化规律,基于煤体卸压程度及塑性区分布特征,确定了穿层钻孔合理化割缝参数;通过底板穿层钻孔高压水射流环切割缝技术现场考察,环切割缝后煤层变形量达到0. 136%,煤层透气性系数较原始状态提高了42倍,瓦斯抽采纯量相较普通钻孔提高3. 44～5. 32倍,同等条件下煤层抽采半径提高了1倍以上。理论研究与现场试验均表明,采用高压水射流切割在煤层内部形成环形缝槽,能有效改善钻孔煤体应力状态,增加煤层渗透性,提高瓦斯抽采效率。

关键词：高压水射流环切自卸压增透低透气性煤层瓦斯抽采钻孔

煤矿重复扰动“采动-采空”地面井抽采技术及应用

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煤炭科学技术 2021年第10期49卷 91-97页

作者：张志刚李日富瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

为攻克煤矿开采重复扰动地层导致地面井变形破坏的技术难题,深入分析了重复扰动下地层的移动规律、地面井的变形破坏力学机理、失效方式与特征,发现地面井破坏的直接原因是发生了过量的位移变形,据此总结分析出地面井破坏失效的判识条件... 详细信息

为攻克煤矿开采重复扰动地层导致地面井变形破坏的技术难题,深入分析了重复扰动下地层的移动规律、地面井的变形破坏力学机理、失效方式与特征,发现地面井破坏的直接原因是发生了过量的位移变形,据此总结分析出地面井破坏失效的判识条件:①套管剪切位移量超过其管内直径;②套管的最小拉伸安全系数小于阈值“1”。在此认识基础上提出了“避、抗、让、疏、护”五大地面井防护技术理念,能够从井位选择、井身结构、钻完井工艺、安全防护装置等方面有效减少重复扰动地面井的破坏性位移量。应用技术成果在岳城煤矿设计5口地面井,实现了“采动-采空”地面井持续抽采,累计抽采标况纯瓦斯量约5240万m^(3),保障煤矿安全生产的同时提高了瓦斯抽采利用量。进一步分析地面井抽采数据发现,采动区地面井经过5 a持续运行后的抽采影响半径超过800 m。

关键词：采动区地面井重复扰动瓦斯抽采抽采影响范围

基于水力割缝卸压的煤岩与瓦斯动力灾害防控技术

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煤炭科学技术 2021年第4期49卷 133-141页

作者：张永将黄振飞季飞中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037

随着煤矿开采逐渐向深部延深,高强度开采瓦斯涌出量大,煤岩体高应力与瓦斯灾害呈相互耦合态势。针对深部矿井高强度开采面临的煤岩与瓦斯动力灾害治理难题,基于高压水射流割缝卸压原理,提出应力、瓦斯双重卸压的煤岩与瓦斯动力灾害水力... 详细信息

随着煤矿开采逐渐向深部延深,高强度开采瓦斯涌出量大,煤岩体高应力与瓦斯灾害呈相互耦合态势。针对深部矿井高强度开采面临的煤岩与瓦斯动力灾害治理难题,基于高压水射流割缝卸压原理,提出应力、瓦斯双重卸压的煤岩与瓦斯动力灾害水力化防治技术。通过理论分析与数值模拟方法,分析了超高压水射流割缝破煤机制,研究了煤层割缝卸压措施对区域内煤体应力及瓦斯的双重影响。研究结果表明:高压射流在煤层内部切割破坏了煤体完整性,减弱了煤体对上覆岩层支承能力,能有效地缓解割缝区域内应力集中;钻孔内部切割形成的缝槽改变钻孔瓦斯抽采模式,由径向流动改变为径向、轴向复合流动,使煤层瓦斯含量、压力迅速降低,超高压水力割缝技术通过应力卸压及瓦斯抽采2个方面解除了煤岩与瓦斯动力灾害发生危险。经在胡家河矿现场试验,割缝区域内平均微震事件能量下降18%、单位进尺微震能量降低37%,采用地音趋势法评估的矿压显现强烈次数下降17%,瓦斯抽采量提高4.1倍,表明超高压水力割缝技术能实现地应力及瓦斯压力双重卸压,有效解除煤岩与瓦斯动力灾害发生危险,为深部煤矿高强度安全开采提供技术保障。

关键词：煤岩与瓦斯动力灾害水力割缝应力卸压瓦斯压力