松软煤层抽采钻孔防塌支护装置试验研究

• 作 者: 黄晓昇
• 出 处: 西安科技大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 瓦斯抽采 数值计算 钻孔防塌 注浆囊袋支架 抽采钻孔

在高瓦斯低渗透松软煤层中,由于煤体强度比岩体小,本煤层瓦斯抽采钻孔大都采用空气或者水力排渣,孔内支撑力非常小,并且在地应力、煤层瓦斯压力和煤体强度等因素作用下,松软煤层瓦斯抽采孔钻极易发生变形甚至坍塌。不仅影响瓦斯抽采的正常进行,甚至会使煤层产生瓦斯抽采空白带,造成煤与瓦斯突出的潜在威胁。为了有效解决钻孔变形或坍塌对瓦斯抽采的负面影响,在一定程度上提高高瓦斯松软煤层的瓦斯抽采效率。本论文通过理论分析、数值计算、实验室性能试验以及现场试验等方法,对松软煤层抽采钻孔防塌支护装置的性能和效果进行了研究。论文的主要研究内容和研究成果如下:(1)根据钻孔支护现场实际需要,完成异型注浆囊袋支架设计工作。选择具有阻燃、透水不透浆性能的材料作为异型注浆囊袋支架的制作选材,在水泥中添加一定比例的速凝剂、早强剂、膨胀剂等制成满足现场试验需求的注浆浆液。(2)应用RFPA数值模拟软件,根据钻孔内有无支架、支架间距的不同,建立了不同的模型完成数值计算,对无支架、支架间距不同时的钻孔塌孔规律进行了研究分析。确定了合适的支护间距,为后续的现场工业性试验提供理论基础。(3)异性注浆支架的支撑强度,与注浆腔室的大小有密切关系。塑形连接件的大小决定了注浆腔室参数,间接决定支架的力学性能。制备不同尺寸腔室的异型注浆囊袋支架,采用力学特性测试一体化平台,研究不同的支架极限应力和瓦斯过流面积随塑形连接件大小的变化情况,确定最佳支架设计尺寸。(4)应用制作的异型注浆囊袋支架进行现场工业试验,研究支护和未支护钻孔的瓦斯抽采混量和浓度变化规律,分析总结异型注浆囊袋对钻孔塌孔的防护效果。本文以瓦斯抽采钻孔防塌为背景,设计了异型注浆囊袋支架,研究结果提高了易塌钻孔的瓦斯抽采效果,对瓦斯抽采工程的设计与改进具有一定的指导意义。