软煤顺层瓦斯抽采钻孔封孔新工艺及合理参数研究

发布时间：2020-05-07 12:44

【摘要】：钻孔瓦斯抽采是我国煤层瓦斯防治与利用的主要手段,封孔质量差严重影响瓦斯抽采效果。因此,提高钻孔密封性是亟待解决的工程难题。尤其是软煤顺层瓦斯抽采钻孔在二次应力影响作用下,钻孔周围煤体破碎严重、裂隙发育,封孔难度较大。裂隙相互贯通构成漏气通道,巷道内的大气在钻孔抽采负压的作用下沿漏气通道进入孔内,严重影响抽采效果。因此,通过钻孔漏气及密封模型研究,优化钻孔封孔工艺,提升钻孔密封性,对煤层瓦斯治理及安全高效生产具有重要意义。本文围绕提升钻孔瓦斯抽采效果,针对软煤顺层瓦斯抽采钻孔封孔新工艺及合理参数开展深入研究,研究内容包括四部分:(1)基于岩石力学及相关理论,研究了钻孔开挖后周围煤体的应力分布及力学特征演化规律。通过对钻孔周围煤岩体计算条件作出简化,依据MohrCoulomb屈服强度准则,分别得到了巷道及钻孔周围煤岩体松动圈内各应力区的应力解及影响半径计算公式。分析了钻孔周围煤体内的裂隙分布及渗透率特征,依据钻孔周围煤体变形方程及孔隙率定义方程,推导出渗透率变化方程。(2)以五轮山煤矿8#煤层地质条件为背景,采用FLAC 3D软件分别模拟了巷道及钻孔开挖后周围煤体的破坏及变形情况。通过数值模拟分析获得巷道及钻孔开挖后周围煤体内部各应力区的应力及位移分布特征,为封隔一体化封孔工艺确定合理封孔参数提供指导依据。(3)主要从煤体破坏类型及结构特征、钻孔失稳特征、封孔材料及注浆压力三方面分析了造成钻孔漏气的影响因素。依据巷道与钻孔周围煤体破坏情况及漏气成因,将钻孔漏气形式划分为巷道裂隙带漏气、钻孔裂隙带漏气及封孔段材料漏气三类。基于流体力学达西定律,分别建立了钻孔裂隙带及封孔段材料漏气漏气模型。依据钻孔封孔段渗透注浆扩散形态,结合注浆段球形及柱面渗透扩散理论,建立了钻孔注浆密封模型。(4)针对现有顺层抽采钻孔封孔工艺中存在的问题与不足,结合超高压水力割缝技术,提出了封隔一体化新型封孔工艺并确定合理封孔技术参数。通过在五轮山煤矿进行现场工业性试验结果对比分析,采用封隔一体化新型封孔工艺的顺层瓦斯抽采钻孔其初始抽采浓度相较于传统封孔工艺的钻孔提升约1.5~2倍,平均抽采浓度提升约2~3.5倍,极大地提升了瓦斯抽采效果。
【图文】：

第 1 章 绪论的特殊装置安装在抽采管上，将封孔材料输送于孔内预先设计位置，达孔的目的，封孔段通常采用整段式或者分段式，如图 1.3 所示。此种封有封孔结构简单、便于操作等优点，但是对于现场封孔操作工人劳动强孔效率低，在实际工程中应用较少。根据封孔材料的类型，可分为粘土（泥砂浆、聚氨酯封孔。

第 1 章 绪论速送至孔内，或者分别向孔内压注 A 料、B 料。聚氨酯材料混合后在孔内快胀紧密贴合钻孔内壁，密封钻孔。缺点是材料成本高、成分含有毒物质，对工人健康有影响，并且聚氨酯膨胀固化后抗压能力差不适用于高地应力条件孔封孔。因此，聚氨酯封孔技术一般适用于封孔长度较短临时的钻孔或做钻封堵头。(2) 机械式封孔工艺[76-78]机械式封孔技术主要利用力学传递、气体膨胀原理，通过外力使封孔装置孔内壁紧密贴合，以达到密封钻孔的效果。目前，我国常采用的机械封孔装据其作用结构及作用方式可分为摩擦式封孔器、推胀式封孔器、胶囊式封孔器别见图 1.4、1.5、1.6。
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD712.6

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本文编号：2652991