【摘要】：井下煤層瓦斯壓力測(cè)定,對(duì)瓦斯災(zāi)害治理,有著至關(guān)重要的作用。在前人的研究基礎(chǔ)上,本文提出一種基于氧燭的膠囊-粘液封孔方法,并結(jié)合無(wú)線測(cè)壓技術(shù),以實(shí)現(xiàn)快速、一體化封孔,從而提高封孔質(zhì)量。新型封孔器主要由兩組膠囊、膠囊連接件及密封粘液、儲(chǔ)液管、膨脹管、不銹鋼孔管等組成。其封孔原理:人為觸發(fā)兩組膠囊內(nèi)的氧燭,使其獨(dú)立產(chǎn)生大量氣體,并在膠囊內(nèi)產(chǎn)生一定壓力,膠囊膨脹與鉆孔壁緊密接觸,同時(shí)膨脹管將儲(chǔ)液管中的粘液擠出,粘液通過(guò)不銹鋼孔管滲入空隙及裂隙中,完成封孔。論文中選用NaClO_3作為氧燭的主要成分,用電觸發(fā)方式點(diǎn)燃氧燭使氧燭發(fā)生反應(yīng);把幾種常見(jiàn)的氧燭催化劑(Co_3O_4、Co_2O_3、Fe_2O_3、MnO_2,CuO)以及燃料(鎂粉)按不同比例分別與NaClO_3混合進(jìn)行配比實(shí)驗(yàn),從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出催化效果最好催化劑以及各物質(zhì)不同的占比,確定氧燭的最終配比為:NaClO_3為A%,Co_3O_4為c%,鎂粉為E%,硅藻土為F%�；谛滦头饪灼鞯脑O(shè)計(jì)思路,借助實(shí)驗(yàn)著重研究了膠囊內(nèi)的壓力參數(shù)。設(shè)計(jì)加工并改進(jìn)了壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置,將研制好的氧燭放入裝置中,進(jìn)行相關(guān)壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)。壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)主要分三部分進(jìn)行:固定體積的最大壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)、固定氧燭質(zhì)量的最大壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)、固定體積的平衡壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)。側(cè)重研究了影響壓力的因素及滿足封孔要求的條件分析,結(jié)果表明:溫度一定,影響壓力的因素主要是反應(yīng)物(氧燭)質(zhì)量,反應(yīng)器室體積。環(huán)境溫度一定時(shí),最大壓力P~′、平衡壓力P~(′′)均與氧燭質(zhì)量呈正比、與反應(yīng)器室體積呈反比,函數(shù)關(guān)系分別為P~′=0.0110*m~′-0.6636*V~′+1.7414和P~(′′)=0.0104*m~(′′)-0.6779*V~(′′)+1.631。實(shí)際工程中,膠囊-粘液封孔器壓力要達(dá)到3MPa,膠囊的設(shè)計(jì)尺寸為直徑70mm、長(zhǎng)1.30m,因此,所需氧燭質(zhì)量為457g。
【圖文】：

4 研究?jī)?nèi)容（Research Contents）根據(jù)已有的研究資料和成果，比較了傳統(tǒng)封孔方法、封孔工藝的封孔過(guò)條件，提出了一種基于氧燭的膠囊-粘液封孔器，并與無(wú)線測(cè)壓技術(shù)結(jié)的研究?jī)?nèi)容如下：（1）各傳統(tǒng)封孔方法的介紹和優(yōu)缺點(diǎn)分析及基礎(chǔ)條件對(duì)比分析；（2）基于氧燭的膠囊-粘液封孔技術(shù)研究；（3）氧燭的研制；（4）壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究。5 本文的研究路線（Research Route of Paper）本論文在傳統(tǒng)的煤層瓦斯壓力測(cè)定方法和測(cè)定儀器的基礎(chǔ)之上，研制一燭的膠囊-粘液封孔器，并把它與無(wú)線測(cè)壓技術(shù)結(jié)合起來(lái)。設(shè)計(jì)了一套，用于代替和模擬膠囊，進(jìn)行壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)。最終確定該型基于氧燭的孔器應(yīng)該怎樣設(shè)計(jì)膠囊的大小以及膠囊內(nèi)部反應(yīng)物（氧燭）的使用量。論文的主要技術(shù)路線如圖 1-5 所示。

封孔效果好。如圖2-5 所示。1-無(wú)線接收模塊；2-測(cè)壓顯示單元；3-封孔膠囊一；4-不銹鋼孔管；5-儲(chǔ)液管；6-膨脹管；7-膠囊連接件；8-封孔膠囊二；9-煤層內(nèi)測(cè)壓?jiǎn)卧?0-無(wú)線發(fā)射模塊；11-測(cè)壓氣室；Y-巖層圖 2-5 與無(wú)線測(cè)壓結(jié)合的基于氧燭的膠囊-粘液封孔示意圖Figure 2-5 Oxygen candle-based capsule-mucus sealing diagram combined with wireless pressuremeasurement2.3.4 該型封孔工藝基礎(chǔ)條件分析本研究提出的基于氧燭的膠囊-粘液封孔器的封孔工藝：膠囊內(nèi)部有氧燭藥塊，，氧燭燃燒生成大量氧氣，使膠囊向四周膨脹，貼緊煤壁使封孔器固定，并且膨脹的膠囊使粘液滲入到空隙中去，把鉆孔密封住。與此同時(shí)，也存在著一些限制。首先，氧燭在膠囊內(nèi)反應(yīng)生成大量氧氣使膠囊向四周膨脹，膨脹的膠囊按壓煤壁生成阻力，這個(gè)阻力與按壓力的大小和膠囊外表的摩擦系數(shù)所決定，膠囊外表的粗糙程度和膠囊的形狀等影響著膠囊的摩擦系數(shù)。如果煤層瓦斯壓力較大時(shí)，可能導(dǎo)致膠囊從鉆孔中飛出，為了避免這種現(xiàn)象，我們可以通過(guò)增大膠囊外表的粗糙度，加長(zhǎng)膠囊、設(shè)計(jì)特殊形狀等措施來(lái)改變摩擦系數(shù)，使膠囊在同等的膨脹條件下，受到的阻力越大。其次，除了受到上述膠囊摩擦阻力的影響，還受到使用環(huán)境的影響。比如在煤礦井下的特殊環(huán)境中，膠囊內(nèi)部的氧燭可能觸發(fā)失敗、氧燭燃燒不完全，產(chǎn)生的氧氣量少，產(chǎn)生不了足夠的膨脹壓，造成封孔效果不理想。2.4 本章小結(jié)（Summary of Chapter）在開(kāi)頭詳細(xì)的介紹了幾種傳統(tǒng)封孔方法，對(duì)各封孔方法所用的材料，裝置結(jié)構(gòu)和封孔過(guò)程等做了介紹，然后對(duì)無(wú)線測(cè)壓技術(shù)和測(cè)壓過(guò)程做了介紹。最后，在現(xiàn)有的研究技術(shù)之上，創(chuàng)新性的提出了一種基于氧燭的膠囊-粘液封孔器，介紹
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TD712

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2681339