松软煤层全长筛管护孔及带压封孔技术研究

发布时间：2020-10-28 03:15

　　 煤与瓦斯突出严重影响着煤矿企业的安全生产,瓦斯抽采是降低瓦斯突出危险性,实现瓦斯高效抽采利用的有效手段,其中钻孔抽采瓦斯工艺应用最为广泛,然而松软突出煤层由于煤质松软、压力大等特点,在钻孔施工后,钻孔易塌孔,变形速度快,导致瓦斯抽采通道被堵塞,筛管下放深度浅,甚至无法下放,封孔段密封困难等问题,瓦斯抽采效果往往很不理想。因此,有必要对全长筛管护孔及带压封孔技术进行研究,对于改善松软突出煤层的瓦斯抽采效果,降低煤与瓦斯突出事故的发生,具有重要的现实与经济意义。本文首先分析了松软突出煤层钻孔失稳塌孔的原因及特征,依据瓦斯蠕变特性研究了钻孔的位移变化,并在此基础上研究了钻孔失稳塌孔对瓦斯抽采效果的影响;其次提出了全长筛管护孔及带压封孔技术,介绍了其基本原理,研发的开闭式的钻头,保证了筛管的全长下放,也改进和设计了筛管、钻杆、筛管固定装置等配套设备,同时研究了带压注浆的相关理论,验证工艺的可行性,对封孔材料特性进行相关实验,确定合适的封孔材料及配比;然后运用数值模拟、理论计算等手段对该技术的相关参数进行模拟分析与计算,确定合理科学的施工技术参数,为现场试验提供科学的依据;最后进行现场试验。实验结果表明,全长筛管护孔及带压封孔技术并结合合理的施工工艺参数,能够提高瓦斯抽采效果,验证了该工艺的可行性。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TD712.6
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 论文技术路线
2 松软煤层钻孔失稳塌孔机理及影响
    2.1 松软煤层钻孔失稳塌孔特征
    2.2 松软煤层钻孔失稳塌孔原因
    2.3 松软煤层钻孔失稳塌孔理论分析
        2.3.1 钻孔周围煤体的蠕变变形分析
        2.3.2 钻孔周围煤体的应力及位移变化分析
    2.4 钻孔失稳塌孔对瓦斯抽采效果的影响
    2.5 本章小结
3 松软煤层全长筛管护孔瓦斯抽采技术
    3.1 全长筛管护孔瓦斯抽采技术基本原理
    3.2 全长筛管护孔瓦斯抽采技术配套装置
        3.2.1 钻机选型
        3.2.2 开闭式钻头设计
        3.2.3 中空螺旋钻杆
        3.2.4 瓦斯抽采筛管
        3.2.5 筛管固定装置
    3.3 筛管护孔钻进工艺及参数
    3.4 本章小结
4 带压注浆封孔技术及封孔材料特性研究
    4.1 煤体裂隙特征
    4.2 带压浆液封堵机理
    4.3 注浆理论研究
    4.4 带压注浆封孔技术
    4.5 封孔材料的特性研究确定
        4.5.1 水泥型号和水玻璃的确定
    4.6 本章小结
5 全长筛管护孔及带压封孔技术参数的确定
    5.1 瓦斯抽采参数确定（COMSOL数值模拟）
        5.1.1 钻孔周围瓦斯流动模型
        5.1.2 单孔瓦斯抽采数值模拟
        5.1.3 多钻孔瓦斯抽采模拟
    5.2 封孔技术参数的确定
        5.2.1 封孔长度的确定
        5.2.2 注浆半径的确定
        5.2.3 注浆压力的确定
        5.2.4 注浆量的确定
    5.3 本章小结
6 技术的现场应用
    6.1 矿井概况
    6.2 试验工作面概况
    6.3 本煤层钻孔设计及施工情况
    6.4 效果分析
    6.5 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
作者简历
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本文编号：2859497