基于氧烛的胶囊—粘液封孔技术研究

发布时间：2020-05-26 05:20

【摘要】：井下煤层瓦斯压力测定,对瓦斯灾害治理,有着至关重要的作用。在前人的研究基础上,本文提出一种基于氧烛的胶囊-粘液封孔方法,并结合无线测压技术,以实现快速、一体化封孔,从而提高封孔质量。新型封孔器主要由两组胶囊、胶囊连接件及密封粘液、储液管、膨胀管、不锈钢孔管等组成。其封孔原理:人为触发两组胶囊内的氧烛,使其独立产生大量气体,并在胶囊内产生一定压力,胶囊膨胀与钻孔壁紧密接触,同时膨胀管将储液管中的粘液挤出,粘液通过不锈钢孔管渗入空隙及裂隙中,完成封孔。论文中选用NaClO_3作为氧烛的主要成分,用电触发方式点燃氧烛使氧烛发生反应;把几种常见的氧烛催化剂(Co_3O_4、Co_2O_3、Fe_2O_3、MnO_2,CuO)以及燃料(镁粉)按不同比例分别与NaClO_3混合进行配比实验,从实验结果分析得出催化效果最好催化剂以及各物质不同的占比,确定氧烛的最终配比为:NaClO_3为A%,Co_3O_4为c%,镁粉为E%,硅藻土为F%。基于新型封孔器的设计思路,借助实验着重研究了胶囊内的压力参数。设计加工并改进了压力测试实验装置,将研制好的氧烛放入装置中,进行相关压力测试实验。压力测试实验主要分三部分进行:固定体积的最大压力测试实验、固定氧烛质量的最大压力测试实验、固定体积的平衡压力测试实验。侧重研究了影响压力的因素及满足封孔要求的条件分析,结果表明:温度一定,影响压力的因素主要是反应物(氧烛)质量,反应器室体积。环境温度一定时,最大压力P~′、平衡压力P~(′′)均与氧烛质量呈正比、与反应器室体积呈反比,函数关系分别为P~′=0.0110*m~′-0.6636*V~′+1.7414和P~(′′)=0.0104*m~(′′)-0.6779*V~(′′)+1.631。实际工程中,胶囊-粘液封孔器压力要达到3MPa,胶囊的设计尺寸为直径70mm、长1.30m,因此,所需氧烛质量为457g。
【图文】：

路线图,路线图,氧烛,胶囊

4 研究内容（Research Contents）根据已有的研究资料和成果，比较了传统封孔方法、封孔工艺的封孔过条件，提出了一种基于氧烛的胶囊-粘液封孔器，并与无线测压技术结的研究内容如下：（1）各传统封孔方法的介绍和优缺点分析及基础条件对比分析；（2）基于氧烛的胶囊-粘液封孔技术研究；（3）氧烛的研制；（4）压力测试实验研究。5 本文的研究路线（Research Route of Paper）本论文在传统的煤层瓦斯压力测定方法和测定仪器的基础之上，研制一烛的胶囊-粘液封孔器，并把它与无线测压技术结合起来。设计了一套，用于代替和模拟胶囊，进行压力测试实验。最终确定该型基于氧烛的孔器应该怎样设计胶囊的大小以及胶囊内部反应物（氧烛）的使用量。论文的主要技术路线如图 1-5 所示。

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封孔效果好。如图2-5 所示。1-无线接收模块；2-测压显示单元；3-封孔胶囊一；4-不锈钢孔管；5-储液管；6-膨胀管；7-胶囊连接件；8-封孔胶囊二；9-煤层内测压单元；10-无线发射模块；11-测压气室；Y-岩层图 2-5 与无线测压结合的基于氧烛的胶囊-粘液封孔示意图Figure 2-5 Oxygen candle-based capsule-mucus sealing diagram combined with wireless pressuremeasurement2.3.4 该型封孔工艺基础条件分析本研究提出的基于氧烛的胶囊-粘液封孔器的封孔工艺：胶囊内部有氧烛药块，，氧烛燃烧生成大量氧气，使胶囊向四周膨胀，贴紧煤壁使封孔器固定，并且膨胀的胶囊使粘液渗入到空隙中去，把钻孔密封住。与此同时，也存在着一些限制。首先，氧烛在胶囊内反应生成大量氧气使胶囊向四周膨胀，膨胀的胶囊按压煤壁生成阻力，这个阻力与按压力的大小和胶囊外表的摩擦系数所决定，胶囊外表的粗糙程度和胶囊的形状等影响着胶囊的摩擦系数。如果煤层瓦斯压力较大时，可能导致胶囊从钻孔中飞出，为了避免这种现象，我们可以通过增大胶囊外表的粗糙度，加长胶囊、设计特殊形状等措施来改变摩擦系数，使胶囊在同等的膨胀条件下，受到的阻力越大。其次，除了受到上述胶囊摩擦阻力的影响，还受到使用环境的影响。比如在煤矿井下的特殊环境中，胶囊内部的氧烛可能触发失败、氧烛燃烧不完全，产生的氧气量少，产生不了足够的膨胀压，造成封孔效果不理想。2.4 本章小结（Summary of Chapter）在开头详细的介绍了几种传统封孔方法，对各封孔方法所用的材料，装置结构和封孔过程等做了介绍，然后对无线测压技术和测压过程做了介绍。最后，在现有的研究技术之上，创新性的提出了一种基于氧烛的胶囊-粘液封孔器，介绍
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD712

【参考文献】