穿层钻孔煤或瓦斯喷出机理及防治关键技术研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haifeng_liu
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我国煤矿瓦斯赋存条件复杂,低透气性煤层居多,普通钻孔瓦斯抽采效果不甚理想,需要采取其他卸压增透措施予以辅助。理论分析及工程实践均表明:钻割一体化水力割缝技术是目前提高瓦斯抽采效果、消除煤体突出危险性的有效措施之一。但突出煤层多为高瓦斯低透气性松软煤层,钻割过程中煤或瓦斯喷出现象(简称“喷出”)时有发生,影响钻割施工进度,并在一定程度上制约了该技术的推广应用。本论文以完善钻割理论及装备、指导现场防喷出工作、保障钻割作业安全高效开展为出发点,围绕煤或瓦斯喷出这一中心点,采用理论分析、现场考察、数值模拟、装备及配套工艺研发、工业性试验等手段开展研究,主要成果如下:首先,结合理论积累及现场考察,从概论的角度探讨煤或瓦斯喷出现象。提出了喷出的概念,依据不同标准对其进行分类,并与普通喷孔对比,阐述了喷出的主要特点,还对喷出进行利弊分析,深入认识了喷出现象。其次,从能量的角度,运用综合作用假说,阐述了孔内突出过程;从煤浆液、瓦斯两相流的角度,分别分析了钻杆静止和旋转时环形空间水力排渣流型及其特征参数。并基于如上理论,依次探讨了干式钻进及退钻割缝两个阶段的喷出发动机理,为深入研究防喷出方法奠定理论基础。再次,根据不同的射流压力和钻机钻速组合,提出了“强水快割”和“细水慢割”两种水力割缝方式,然后结合FLAC3D数值模拟和现场试验,分析了割缝方式、割缝阶段、煤层厚度等因素对喷出的影响。发现“强水快割”式水力割缝更易诱发喷出,并综合考察煤体消突和喷出可控,确定15MPa、160r/min为试验矿井最佳射流压力和钻机钻速。最后,研发了新型高效放水排渣、抽排瓦斯、孔口除尘三位一体防喷出装置及配套钻割新工艺,新工艺采用慢速干式钻进和“细水慢割式”退钻割缝,实用有效。现场试验结果表明:新型装置及工艺抽排瓦斯、落水降尘效果显著(巷道瓦斯浓度<0.2%、平均除尘率>90%),保证了钻割作业安全高效开展,提高了煤体消突效果。
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