瓦斯抽采是我國(guó)煤礦瓦斯防治的主要技術(shù)手段,而煤礦井下瓦斯抽采的效果在一定程度上取決于抽采鉆孔的封孔質(zhì)量,高性能封孔材料及相適應(yīng)封孔工藝的應(yīng)用能顯著提高封孔質(zhì)量。傳統(tǒng)對(duì)于鉆孔的封堵多采用“兩堵一注”的靜態(tài)封孔工藝,凝固的封孔材料對(duì)于抽采過程中新發(fā)育的漏風(fēng)裂隙難以實(shí)現(xiàn)有效的封堵,由此導(dǎo)致抽采瓦斯?jié)舛鹊�、效果�?且裂隙漏風(fēng)易于導(dǎo)致煤體氧化自燃等次生災(zāi)害。針對(duì)抽采過程中鉆孔周圍新生裂隙的高效封堵的技術(shù)難題,本文采用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究與工程應(yīng)用相結(jié)合的方法,對(duì)成型鉆孔的壁面受力特征進(jìn)行了分析,探討鉆孔裂隙的區(qū)域性分布規(guī)律及其發(fā)育特征;以此為基礎(chǔ),研發(fā)了一種具有高滲透、能自適應(yīng)裂隙發(fā)育特征的內(nèi)摻級(jí)配顆粒纖維素類粘液封孔材料,獲得了其優(yōu)化配比及性能參數(shù)指標(biāo);基于帷幕式注漿方法,提出了囊袋-粘液組合式帶壓自適應(yīng)動(dòng)態(tài)封堵技術(shù)。主要研究結(jié)論如下:首先,針對(duì)巷道周圍煤巖體應(yīng)力特征,理論計(jì)算了鉆孔周圍圍巖應(yīng)力變化特征,獲得了裂隙生成的受控條件。基于相似模擬實(shí)驗(yàn),以陜西大佛寺礦40202采面低階煤為研究對(duì)象,分析了鉆孔開挖后裂隙的生成長(zhǎng)度、寬度、面積占比等參數(shù),獲得了三類典型裂隙尺度的統(tǒng)計(jì)分布特征:Ⅰ類裂隙較深較寬、裂隙分支多且大裂隙聯(lián)通小裂隙;Ⅱ類裂隙呈長(zhǎng)條形、分支少且其裂隙寬度較Ⅰ類裂隙窄,長(zhǎng)度較Ⅰ類裂隙長(zhǎng);Ⅲ類裂隙由Ⅰ類裂隙與Ⅱ類裂隙聯(lián)通造成,裂隙面積最大。第二,分析了級(jí)配顆粒的受力條件與封堵帷幕生成過程,基于裂隙尺度分布特征和顆粒級(jí)配理論,優(yōu)選了顆粒添加量與比例組成,以羧甲基纖維素納為主料,輔以明膠、聚丙烯酸鈉等摻和料,以椰子油脂肪酸二乙醇酰胺為表面活性劑。獲得內(nèi)摻級(jí)配顆粒纖維素類粘液封孔材料的最優(yōu)組成為:羧甲基纖維素鈉6份、增稠劑聚丙烯酸鈉1份、級(jí)配顆粒用量8份、明膠粉3份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺0.05份、水160份。同時(shí)系統(tǒng)測(cè)定了新型級(jí)配顆粒粘液封孔劑的粘度、保水率、穩(wěn)定性、膨脹性等特性參數(shù)。結(jié)果表明,該新型粘液密封材料穩(wěn)定好、易注漿、膨脹率大,且與煤壁接觸性好;與傳統(tǒng)封孔劑對(duì)比測(cè)試表明,該粘液材料的封堵性能獲得了顯著提升。第三,針對(duì)傳統(tǒng)聚氨酯封孔及“兩堵一注”水泥砂漿封堵技術(shù)難以適應(yīng)動(dòng)態(tài)裂隙封堵的難題,研究提出了囊袋-粘液組合式帶壓自適應(yīng)動(dòng)態(tài)封堵技術(shù),即在組合囊袋內(nèi)注入的改性的封孔劑,在囊袋之間以自適應(yīng)壓力注入顆粒級(jí)配粘液,通過級(jí)配顆粒在裂隙內(nèi)的動(dòng)態(tài)運(yùn)移、堆積架橋而形成對(duì)新生裂隙的“帷幕式封堵”,實(shí)現(xiàn)了對(duì)新生裂隙發(fā)育過程的動(dòng)態(tài)密封;針對(duì)密集鉆場(chǎng)在抽采過程中所誘發(fā)的新生區(qū)域性裂隙群,提出了孔群區(qū)域性裂隙場(chǎng)二次動(dòng)態(tài)封堵技術(shù),即以自適應(yīng)封堵技術(shù)為核心,通過向密集鉆孔間實(shí)施帷幕式動(dòng)態(tài)粘液加注,實(shí)現(xiàn)了抽放孔群區(qū)域性裂隙的有效密封。最后,以上述研究成果為基礎(chǔ),在陜西咸陽大佛寺煤礦進(jìn)行了工程應(yīng)用。結(jié)果表明,與原有聚氨酯鉆孔封堵工藝相比,囊袋-粘液組合式帶壓自適應(yīng)動(dòng)態(tài)封堵技術(shù)可使得鉆孔瓦斯抽采濃度提高30%以上;對(duì)于鉆場(chǎng)密集孔群區(qū)域性裂隙場(chǎng),二次動(dòng)態(tài)封堵技術(shù)可使得抽采瓦斯?jié)舛扔?%增加到60%,30天內(nèi)單孔瓦斯抽放濃度提高10倍以上,應(yīng)用效果顯著。該研究成果為實(shí)現(xiàn)煤礦預(yù)抽瓦斯鉆孔的高效封堵提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD712.6
【部分圖文】：

故而推廣應(yīng)用范圍廣。聚氨酯卷勻，導(dǎo)入編織袋內(nèi)，送入密封料“兩堵一注”封孔[92,93]水泥材料具有密閉嚴(yán)實(shí)，與裂漿，初期流動(dòng)性能大，水平孔孕育而生。最常見為方法為兩，水泥基材料加入適量水?dāng)嚢?孔 1.5MPa 以上壓力），最后封封孔器內(nèi)部沖水壓力可達(dá) 10M多次使用。但鉆孔圍巖裂隙發(fā)嚴(yán)。因此封孔器封孔法主要運(yùn)區(qū)間漿液。封孔器外觀圖如圖

因此若在封孔段實(shí)施支護(hù)如圖 1-5，將減少接近鉆孔一側(cè)應(yīng)力的不均勻性，使得裂隙的發(fā)育擴(kuò)展得到抑制。所以主動(dòng)支護(hù)的封孔方式慢慢產(chǎn)生和完善，并且有較高的瓦斯抽采鉆孔密封使用價(jià)值。圖 1-5 鉆孔主動(dòng)支護(hù)式封孔結(jié)構(gòu)圖Figure1-5 Drilling active support sealing structure8）“強(qiáng)弱強(qiáng)”封孔工藝[100]為增強(qiáng)煤層瓦斯抽采效果，減少封孔失敗概率，張超等人提出“強(qiáng)弱強(qiáng)”帶壓封孔工藝。該工藝采用分段放置的 PB 反應(yīng)段，采用分段注漿的方式，使得兩端密封區(qū)域協(xié)同互補(bǔ)，大大增強(qiáng)了對(duì)漏氣通道的封堵強(qiáng)度。組合囊袋 抽放管鉆孔注漿閥 鉆孔注漿管塑料堵頭裂隙煤體

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本文編號(hào)：2807961