大直径钻孔高压保压封孔技术研究.pdf
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1、收稿日期:基金项目:国家自然科学基金()作者简介:霍晶晶()男山西阳泉人安全工程师从事通风与瓦斯治理工作:./.大直径钻孔高压保压封孔技术研究霍晶晶(潞安化工集团 寺家庄公司山西 晋中)摘 要:为提高钻孔瓦斯抽采效果基于封孔工艺与封孔参数是影响钻孔瓦斯抽采效果的两个重要因素通过分析钻孔轴向应力及径向应力各自与裂隙分布特征得到瓦斯抽采钻孔最佳封孔位置 通过分析传统“两堵一注”封孔工艺易出现漏浆“三角区”的不足设计了一种新型保压注浆封孔装置该装置通过把注浆管、回浆管以及瓦斯抽采管这三部分合理融合进行一体化设计封孔囊袋的气密性以及实际注浆压力得到了显著提升实际应用效果表明:该种新型保压封孔技术封孔效
2、果好瓦斯抽采浓度高具有一定的推广应用价值关键词:瓦斯抽采封孔位置保压封孔封孔效果中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.:瓦斯抽采是解决煤矿瓦斯问题的根本途径选取合理的封孔工艺、封孔材料对降低钻孔漏气量至关重要 为提高钻孔的密封质量国内外学者研发了多种封孔工艺和封孔材料 应用比较多的封孔工艺包括“两堵一注”封孔、动态注浆封孔、“二次封孔”和封堵一体化等 针对注浆封孔的局限性周福宝等提出利用钻孔负压将超细膨胀粉末颗粒吸入钻孔周围微小裂隙的二次封孔方法王兆丰等提出“破孔重封”的二次封孔方法时岚提出固液两相膏体分时段封孔技术杨赫提出瓦斯抽采钻孔分级管控通过识别有问题钻孔进行针对性封孔从而提高
3、总体瓦斯体积分数但瓦斯体积分数衰减过快问题依然没有完全解决我公司本煤层顺层抽采钻孔采用囊袋式“两堵一注”水泥砂浆封孔方式封孔管为直径 、壁厚 的 管连接部位及管件必须能承受不小于 的压力注浆封孔长度不少于 封孔深度位于距孔口 处 抽采钻孔必须有单孔观测装置钻孔孔口负压不得低于 以 个孔为一组进行标准化连孔实现分组计量但由于采用的是“固封气”技术原理依然普遍存在浓度衰减快、抽采率低、瓦斯抽采达标周期长的问题瓦斯抽采钻孔封孔效果不尽人意主要原因在于:注浆压力偏低注浆过程不能保压封孔材料凝固析水形成“水线”封孔材料凝固后收缩等试试验验研研究究 第第 卷卷 第第 期期 年年 月月 高压保压封孔装备研发
4、.高压保压封孔囊袋材料及工艺研发抽采钻孔直径由 增加至 原来的封孔囊袋由于无法承受大直径抽采钻孔的封孔材料重量和注浆压力大部分破裂无法保障封孔效果 因此需要对大直径抽采钻孔的封孔囊袋材料进行研发 本研究拟采用市售的不同直径和不同密度的棉线编织的织物材料制作封孔器材的注浆囊袋如图 所示图 种不同的试样材料 采用 微电脑拉力试验机对有效测试尺寸为 的布条试样进行拉伸实验记录实验过程中布条的拉伸长度、拉力及变形破坏情况此外采用砂轮对织物的弯曲耐磨度进行测试记录磨损 后织物的残余质量并进一步计算织物的磨损率最后通过滤浆实验检测不同织物的浆液过滤性能并观测所过滤的浆液 从图 可以看出试样、试样、试样、试
5、样 的极限拉力分别为 、这表明试样 具备更高的抗拉强度试样 制作的囊袋会更具有稳定性图 各试样的破坏拉力 从图 中可以看出试样在不同状态下的拉伸率试样、试样、试样、试样 的极限拉伸率分别为.、.这表明在试样发生破坏之前试样 所发生的拉伸最大 由于囊袋中存在一定的浆液所以较大的拉伸率可能导致渗出较多浆液这不利于充分利用浆液 从图 中可以看出不同试样对于浆液的滤水效果不同其中试样、试样 的拉伸率最大导致渗出较多浆液不利于瓦斯封孔试样、试样 可以保留较多浆液有利于瓦斯封孔 另外其中试样 的滤水效果较差试样、试样 可以过滤出浑浊的液体图 各试样的极限拉伸率根据上述结果可以选择试样 作为囊袋的原材料同时
6、囊袋与封孔管的连接对封孔效果至关重要将钢环下设置柔性衬垫时固定结构的极限承受力达到 以上 因此在进行囊袋与封孔管固定的时候应该采用压制磨倒角钢环的形式并且倒角钢环与囊袋之间应设置柔性衬垫图 各试样滤水性能测试图 囊袋的不同固定方式.高压保压封孔管优化抽采钻孔直径由 增加至 原来的封孔管由于无法承受大直径抽采钻孔的注浆压力大部分破裂无法保障封孔效果 因此需要对大直径抽采钻孔的封孔管进行研发 通过与厂家实 第 卷验将封孔管壁厚由原来的 增加至 封孔管材料从 管改进为 管(见图)优化后封孔管承压能够达到 以上 高压保压封孔参数研究.合理注浆压力确定为了确定合理的注浆压力利用 数值模拟软件进行注浆压力
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