顺层瓦斯抽采钻孔密封段异质结构损伤机制研究
发布时间：2021-08-12 12:38
瓦斯是赋存于煤层及围岩中的与煤炭共生的非常规天然气资源,储量丰富,它是一种优质的清洁能源,但瓦斯事故高发也严重影响着煤炭行业的发展。钻孔瓦斯抽采是现阶段治理瓦斯灾害的主要技术手段之一,抽采钻孔密封性劣化导致抽采浓度快速衰减是目前钻孔瓦斯抽采遇到的主要问题之一,钻孔密封质量的好坏直接影响着瓦斯抽采的浓度、孔内负压、甚至整个钻场的抽采效果。瓦斯抽采钻孔密封段是由煤体-封孔材料-抽采管组成的异质结构体,受到应力扰动及封孔材料性质差异的影响,钻孔密封段异质结构变形损伤,漏风加剧,抽采浓度降低。论文采用理论分析、数值模拟、实验室及现场实验相结合的方法,研究顺层瓦斯抽采钻孔密封段煤体-封孔材料异质结构的损伤演化规律。研究过程中主要获得的研究成果如下。1)分别从围岩应力、煤体结构、异质结构及封孔材料的粘度、膨胀率、析水率、强度对钻孔密封性的影响进行了分析。得出应力扰动导致钻孔周边煤体超过其屈服强度产生塑性变形,裂隙发育,密封性降低。钻孔注浆过程中浆液粘度上升速度越快,流动性降低越快,浆液难以封堵裂隙。封孔材料的膨胀特性可为钻孔围岩提供一定的支护力,提高钻孔密封段稳定性和完整性,若表现出析水特性,水分...
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水泥砂浆封孔法示意
开始发泡膨胀并将在钻孔中产生径向作用力，部分聚氨酯在膨胀力作用下将进入钻孔壁中的裂隙中，由此实现对钻孔的密封。聚氨酯封孔首先需要人工将A料和B料均匀混合，并将其涂抹卷缠在瓦斯抽采管上的棉质材料上，然后聚氨酯在钻孔内发泡、膨胀、凝固以达到钻孔密封的目的。聚氨酯封孔的优点式操作简便易行、膨胀速度快且封孔时间短，聚氨酯封孔法的缺点是聚氨酯材料本身具有轻微毒性，且经过实验测定，聚氨酯材料强度较低在应力作用下容易塑性变形，聚氨酯材料为多孔介质材料，挤压损伤后，孔裂隙发育形成漏气通道[21]。图1.2聚氨酯封孔法示意Fig1.2Schematicdiagramofpolyurethanesealingmethod
的选材有一定的要求，目前此种方法大多都选取水泥基类封孔材料，此种材料不能适应钻孔围岩变形，工艺流程对工人操作的要求较高。目前“两堵一注”封孔法使用的水泥基类封孔材料以水泥基材料为基础加入若干种添加剂使其达到指定使用强度、凝固时间及膨胀特性。还有其他封孔材料例如高分子凝胶材料也进行了现场的封孔实验，取得了良好的封孔效果。高分子凝胶材料的特点是粘结性强、无毒可降解、适应钻孔围岩变形、性价比高。1-复合囊袋；2-出浆管；3-注浆爆破阀；4-囊袋注浆阀；5-注浆管；6-堵头；7-抽采管；8-浆液渗透区图1.3“两堵一注”囊袋注浆封孔装置结构原理Fig.1.3Structureandprincipleofholesealingdeviceof"twoblocksandoneinjection"(5)二次封孔法
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能无机-有机复合注浆材料研究[J]. 管学茂,张海波,杨政鹏,李海艳,路建军,狄红丰,帅波,徐驰,王国普. 煤炭学报. 2020(03)
[2]含层状节理岩体力学性质数值模拟研究[J]. 徐子瑶,虞松,付强. 山东大学学报(工学版). 2020(03)
[3]钻孔密封段异质结构变形破坏特征试验研究[J]. 杨伟东,霍中刚,舒龙勇,郝晋伟. 煤炭科学技术. 2020(06)
[4]内摩擦角对逐步开挖拱形巷道围岩分区破裂化的影响[J]. 王学滨,田锋,马冰,张智慧,潘一山. 煤炭学报. 2019(07)
[5]钻孔密封段异质结构变形损伤及影响因素分析[J]. 郝晋伟,舒龙勇,齐庆新,霍中刚,杨伟东. 煤矿安全. 2019(06)
[6]冲击荷载下层状砂岩变形破坏及其动态抗拉强度试验研究[J]. 杨仁树,许鹏,景晨钟,范军平,方士正,张航. 煤炭学报. 2019(07)
[7]真三轴应力条件下钻孔围岩塑性区及增透半径研究[J]. 尹光志,鲁俊,张东明,李铭辉,邓博知,刘超. 岩土力学. 2019(S1)
[8]瓦斯抽采钻孔围岩漏气流场分析及漏气位置测定研究[J]. 郝晋伟,舒龙勇,齐庆新,霍中刚,杨伟东. 煤炭工程. 2019(05)
[9]煤岩塑性软化及扩容特性对钻孔密封性的影响[J]. 郝晋伟,齐庆新,舒龙勇,霍中刚,张浪. 煤炭学报. 2019(05)
[10]卸荷速度对围岩变形影响的试验研究[J]. 侯公羽,梁金平,周蒙辉,崔永科. 煤炭学报. 2019(04)
博士论文
[1]瓦斯抽采钻孔密封性控制理论与技术研究[D]. 郝晋伟.煤炭科学研究总院 2019
[2]基于等效基质尺度的煤体力学失稳及渗透性演化机制与应用[D]. 卢守青.中国矿业大学 2016
[3]地下开采中接触带复合岩体非协调变形及控制研究[D]. 王其虎.武汉科技大学 2015
[4]瓦斯抽采钻孔周边煤岩渗流特性及粉体堵漏机理[D]. 胡胜勇.中国矿业大学 2014
[5]钻孔封孔段失稳机理分析及加固式动态密封技术研究[D]. 张超.中国矿业大学 2014
硕士论文
[1]软煤顺层瓦斯抽采钻孔封孔新工艺及合理参数研究[D]. 国林东.煤炭科学研究总院 2019
[2]聚合物粉末改性水泥基封孔材料的实验研究[D]. 孙炜浩.中国矿业大学 2017
[3]封孔段钻孔失稳机制及封孔材料特性分析[D]. 李松涛.河南理工大学 2017
[4]土体中水平钻孔孔壁稳定性分析及试验研究[D]. 刘大金.吉林大学 2006
本文编号：3338333
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水泥砂浆封孔法示意
开始发泡膨胀并将在钻孔中产生径向作用力，部分聚氨酯在膨胀力作用下将进入钻孔壁中的裂隙中，由此实现对钻孔的密封。聚氨酯封孔首先需要人工将A料和B料均匀混合，并将其涂抹卷缠在瓦斯抽采管上的棉质材料上，然后聚氨酯在钻孔内发泡、膨胀、凝固以达到钻孔密封的目的。聚氨酯封孔的优点式操作简便易行、膨胀速度快且封孔时间短，聚氨酯封孔法的缺点是聚氨酯材料本身具有轻微毒性，且经过实验测定，聚氨酯材料强度较低在应力作用下容易塑性变形，聚氨酯材料为多孔介质材料，挤压损伤后，孔裂隙发育形成漏气通道[21]。图1.2聚氨酯封孔法示意Fig1.2Schematicdiagramofpolyurethanesealingmethod
的选材有一定的要求，目前此种方法大多都选取水泥基类封孔材料，此种材料不能适应钻孔围岩变形，工艺流程对工人操作的要求较高。目前“两堵一注”封孔法使用的水泥基类封孔材料以水泥基材料为基础加入若干种添加剂使其达到指定使用强度、凝固时间及膨胀特性。还有其他封孔材料例如高分子凝胶材料也进行了现场的封孔实验，取得了良好的封孔效果。高分子凝胶材料的特点是粘结性强、无毒可降解、适应钻孔围岩变形、性价比高。1-复合囊袋；2-出浆管；3-注浆爆破阀；4-囊袋注浆阀；5-注浆管；6-堵头；7-抽采管；8-浆液渗透区图1.3“两堵一注”囊袋注浆封孔装置结构原理Fig.1.3Structureandprincipleofholesealingdeviceof"twoblocksandoneinjection"(5)二次封孔法
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能无机-有机复合注浆材料研究[J]. 管学茂,张海波,杨政鹏,李海艳,路建军,狄红丰,帅波,徐驰,王国普. 煤炭学报. 2020(03)
[2]含层状节理岩体力学性质数值模拟研究[J]. 徐子瑶,虞松,付强. 山东大学学报(工学版). 2020(03)
[3]钻孔密封段异质结构变形破坏特征试验研究[J]. 杨伟东,霍中刚,舒龙勇,郝晋伟. 煤炭科学技术. 2020(06)
[4]内摩擦角对逐步开挖拱形巷道围岩分区破裂化的影响[J]. 王学滨,田锋,马冰,张智慧,潘一山. 煤炭学报. 2019(07)
[5]钻孔密封段异质结构变形损伤及影响因素分析[J]. 郝晋伟,舒龙勇,齐庆新,霍中刚,杨伟东. 煤矿安全. 2019(06)
[6]冲击荷载下层状砂岩变形破坏及其动态抗拉强度试验研究[J]. 杨仁树,许鹏,景晨钟,范军平,方士正,张航. 煤炭学报. 2019(07)
[7]真三轴应力条件下钻孔围岩塑性区及增透半径研究[J]. 尹光志,鲁俊,张东明,李铭辉,邓博知,刘超. 岩土力学. 2019(S1)
[8]瓦斯抽采钻孔围岩漏气流场分析及漏气位置测定研究[J]. 郝晋伟,舒龙勇,齐庆新,霍中刚,杨伟东. 煤炭工程. 2019(05)
[9]煤岩塑性软化及扩容特性对钻孔密封性的影响[J]. 郝晋伟,齐庆新,舒龙勇,霍中刚,张浪. 煤炭学报. 2019(05)
[10]卸荷速度对围岩变形影响的试验研究[J]. 侯公羽,梁金平,周蒙辉,崔永科. 煤炭学报. 2019(04)
博士论文
[1]瓦斯抽采钻孔密封性控制理论与技术研究[D]. 郝晋伟.煤炭科学研究总院 2019
[2]基于等效基质尺度的煤体力学失稳及渗透性演化机制与应用[D]. 卢守青.中国矿业大学 2016
[3]地下开采中接触带复合岩体非协调变形及控制研究[D]. 王其虎.武汉科技大学 2015
[4]瓦斯抽采钻孔周边煤岩渗流特性及粉体堵漏机理[D]. 胡胜勇.中国矿业大学 2014
[5]钻孔封孔段失稳机理分析及加固式动态密封技术研究[D]. 张超.中国矿业大学 2014
硕士论文
[1]软煤顺层瓦斯抽采钻孔封孔新工艺及合理参数研究[D]. 国林东.煤炭科学研究总院 2019
[2]聚合物粉末改性水泥基封孔材料的实验研究[D]. 孙炜浩.中国矿业大学 2017
[3]封孔段钻孔失稳机制及封孔材料特性分析[D]. 李松涛.河南理工大学 2017
[4]土体中水平钻孔孔壁稳定性分析及试验研究[D]. 刘大金.吉林大学 2006
本文编号：3338333
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