【摘要】：鉆孔抽采是煤礦瓦斯治理的基礎(chǔ)技術(shù)手段之一，應(yīng)用范圍廣泛。而高瓦斯松軟煤層由于在煤化過(guò)程中受到地質(zhì)構(gòu)造的破壞，普遍煤質(zhì)松軟，加上瓦斯壓力的作用，在施工抽采鉆孔后，封孔段易產(chǎn)生失穩(wěn)、變形，致使鉆孔難以密封，無(wú)法保證瓦斯抽采效果。除了封孔段的穩(wěn)定性，封孔質(zhì)量是影響瓦斯抽采濃度、孔口負(fù)壓、甚至整個(gè)鉆場(chǎng)抽采效果的又一重要因素。因此，開(kāi)展高瓦斯松軟煤層封孔段易失穩(wěn)鉆孔的動(dòng)態(tài)密封技術(shù)研究，對(duì)提高鉆孔抽采效率，遏制瓦斯突出、瓦斯爆炸等重大事故的發(fā)生，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文首先分析了高瓦斯松軟煤層瓦斯抽采鉆孔封孔段失穩(wěn)的特征及原因，并在此基礎(chǔ)上探討了封孔段失穩(wěn)對(duì)鉆孔周?chē)严兜挠绊懸约皩?duì)封孔質(zhì)量的影響。結(jié)合理論分析，認(rèn)為需要新的密封工藝、新的密封材料以滿足高瓦斯松軟煤層封孔段易失穩(wěn)鉆孔密封的需要，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)瓦斯高效抽采。 其次，通過(guò)對(duì)注漿加固鉆孔封孔段作用機(jī)理進(jìn)行研究，認(rèn)為采用煤巖體注漿技術(shù)可以把某些可凝漿液注入到煤巖體的裂隙或孔隙中，使煤巖體形成強(qiáng)度高、抗?jié)B性好、穩(wěn)定性高的新結(jié)構(gòu)體，從而改善煤巖體的物理力學(xué)性能，提高煤巖體穩(wěn)定性。通過(guò)鉆屑法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，確定出試驗(yàn)區(qū)所在埋深的煤層合理封孔深度為14m。利用鉆孔窺視儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔進(jìn)行觀測(cè)，，直觀確定了鉆孔內(nèi)部的情況，并結(jié)合鉆屑量隨鉆孔深度變化規(guī)律，將鉆孔封孔段劃分為破裂膨脹發(fā)展區(qū)、破裂膨脹穩(wěn)定區(qū)、破裂膨脹劇烈區(qū)、破裂膨脹趨緩區(qū)、破裂膨脹消失區(qū)。 再次，針對(duì)高瓦斯松軟煤層封孔段易失穩(wěn)且鉆孔密封難的問(wèn)題，基于主動(dòng)式密封“固封液，液封氣”的原理，發(fā)明了加固封孔段和動(dòng)態(tài)密封一體化的新型密封技術(shù)及方法。根據(jù)鉆孔封孔段加固機(jī)理以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)加固材料的性能要求，通過(guò)添加膨脹劑、減水劑等材料，研制出了一種水泥基固化鉆孔材料。利用FEIQuantaTM250環(huán)境掃描電子顯微鏡、低場(chǎng)核磁共振等設(shè)備，對(duì)新研制的水泥基固化鉆孔材料的特性進(jìn)行了研究，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供了理論指導(dǎo)�；趧�(dòng)態(tài)密封的技術(shù)原理以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)該技術(shù)配套材料的特殊要求，研制出初始流動(dòng)性大、可泵性好、凝固時(shí)間可調(diào)、長(zhǎng)時(shí)間保持膏狀，且有一定粘聚力的粘液密封材料。在廣義達(dá)西定律和球形、柱形擴(kuò)散理論模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了冪律型漿液在鉆孔中進(jìn)行滲透注漿的擴(kuò)散公式。通過(guò)數(shù)值模擬的方法，對(duì)注入漿液在鉆孔周?chē)姆植歼M(jìn)行數(shù)值模擬和分析，并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)封孔段各部分的注漿長(zhǎng)度進(jìn)行了優(yōu)化。 最后，為考察加固式動(dòng)態(tài)密封的實(shí)際應(yīng)用效果，在潞安集團(tuán)常村煤礦53采區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)，并對(duì)相關(guān)瓦斯抽采參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試、分析。 通過(guò)以上研究，在理論上闡明了加固式動(dòng)態(tài)密封技術(shù)原理，在方法上提出了適用于高瓦斯松軟煤層易失穩(wěn)瓦斯抽采鉆孔的加固式動(dòng)態(tài)密封新技術(shù)，在材料上研制了配套的水泥基固化材料和膏體狀粘液密封材料。上述技術(shù)、材料在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用中取得了良好效果，表現(xiàn)出了顯著的技術(shù)優(yōu)越性。課題研究期間，作者公開(kāi)發(fā)表學(xué)術(shù)論文10篇，其中EI檢索5篇，取得或申請(qǐng)受理專(zhuān)利9項(xiàng)，其中發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)，獲得省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，排名第十。
【圖文】：

博士學(xué)位論文大型裝備用來(lái)拆除回收銅管，該種瓦斯抽采鉆孔的封孔方法代價(jià)太高、投資太大。另外，為了采煤需要必須在采煤之前回收銅管，對(duì)配套裝備和井下空間環(huán)境有特殊要求。然而由于地質(zhì)條件不同等因素，國(guó)外的封孔方法并不能完全適應(yīng)國(guó)內(nèi)的情況。國(guó)內(nèi)目前封孔方法主要有機(jī)械封孔法、粘土（水泥卷）封孔法、封孔器封孔法、水泥砂漿封孔法、聚氨酯封孔法、二次封孔法、囊袋封孔法[27-32]等。 （1）采用粘土/水泥卷封孔[33]采用粘土/水泥卷封孔時(shí)，首先把抽采管插入鉆孔內(nèi)，抽采管應(yīng)超出鉆孔封孔長(zhǎng)度 200 mm ，將特制的柱狀粘土送入孔內(nèi),每次送入長(zhǎng) 0.5 m 粘土/水泥卷，用搗棍搗實(shí)，每堵長(zhǎng) 1 m 粘土打入木塞一個(gè)，在距孔口 1.0 m 時(shí)，用水泥砂漿封堵，經(jīng)過(guò) 24 小時(shí)水泥凝固后，接抽采管至抽采泵，進(jìn)行瓦斯抽采，如圖 1-1 所示。1 2

孔長(zhǎng)度 200 mm ，將特制的柱狀粘土送入孔內(nèi),每次送入長(zhǎng) 0.5 m 粘土/水泥卷，用搗棍搗實(shí)，每堵長(zhǎng) 1 m 粘土打入木塞一個(gè)，在距孔口 1.0 m 時(shí)，用水泥砂漿封堵，經(jīng)過(guò) 24 小時(shí)水泥凝固后，接抽采管至抽采泵，進(jìn)行瓦斯抽采，如圖 1-1 所示。1 23 4 5 6 781-接抽采泵；2-管接頭；3-抽采管；4-水泥；5-粘土；6-木塞；7-擋盤(pán)；8-篩管圖 1-1 粘土封孔工藝示意圖Fig. 1-1 Schematic of clay sealing process（2）封孔器封孔[25, 34]用于瓦斯抽采的封孔器又可分為：靜壓注水式、錐型膠囊式和高彈伸縮式三種封孔器（見(jiàn)圖 1-2~1-4）。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TD712.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2577587