瓦斯抽采钻孔封孔参数与密封材料性能研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 2次 | 上传用户:jjandrew1
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瓦斯抽采钻孔预抽煤层瓦斯是治理瓦斯的有效措施,它已成为预防瓦斯突出及防止瓦斯事故的主要手段。合理封孔参数与优异封孔材料的选取可有效提高瓦斯抽采效率。通过理论分析、数值模拟、实验室实验、现场实测、工业性实验相结合的研究方法,对瓦斯抽采钻孔合理封孔参数的选取与密封材料的性能进行系统研究,主要成果如下:(1)通过粗糙度与Hoek-Brown准则中地质强度的关系,可优化对钻孔周边围岩稳定性的理论分析。并基于上述分析,将点安全系数引入巷道围岩稳定性分析,推导出基于非线性的Hoek-Brown强度准则的点安全系数。(2)采用FLAC3D5.0软件对煤巷掘进之后的围岩应力重新分布进行数值计算,分析了不同因素影响下的围岩应力与渗透率分布规律。提出将钻孔围岩裂隙区分为“裂隙与自由面贯通区”与“裂隙与自由面非贯通区”。采用渗透率与渗透率变化率的拐点相结合的方法,综合确定卸压区内存在“裂隙与自由面非贯通区”,并通过示踪气体六氟化硫气体进行定性检测,验证卸压区内存在“裂隙与自由面非贯通区”。(3)裂隙封堵质量的好坏主要与封孔材料的性质,裂隙的尺度等一系列相关因素有关,但不能说明松动圈裂隙发育程度高就不能将裂隙封堵。通过Comsol结合煤与瓦斯气固耦合的双重孔隙介质瓦斯运移模型,确定合理封孔深度在处于卸压区范围内但超过“裂隙与自由面贯通区”;在封孔材料可靠的基础上,不同封孔长度对瓦斯抽采效果影响不大,反而封孔长度较长会导致有效抽采长度减小,进一步会造成封孔段附近存在较高的瓦斯压力梯度,不利于瓦斯抽采效果的提高(4)通过系统研究水灰比、石膏种类、石膏掺量、铝粉细度四个实验变量对SNZQ材料的宏观力学特性,水化体系整个反应历程,水化产物的微观定性半定量分析,研究钻孔密封材料的水化机理,为进一步改善材料性能提供实验依据。(5)通过在国投河南新能开发有限公司王行庄煤矿11111采煤工作面的现场试验,验证了封孔参数选取的合理性与SNZQ密封材料优异的封孔性能。
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