252_391852_本煤层瓦斯抽采封孔器材研究报告.docVIP

《本煤层瓦斯抽采封孔器材研究》鉴定材料之二 本煤层瓦斯抽采封孔器材研究 研 究 报 告 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 河 南 理 工 大学 二〇〇八年十月 目 录 1 引言 3 2 国内外本煤层瓦斯抽采封孔技术现状 5 2.1国内本煤层钻孔普遍采用的封孔方法及评述 5 2.2国内其它封孔方法及评述 7 2.3 国外瓦斯抽采封孔技术现状 11 3本煤层瓦斯抽采钻孔封孔理论研究 14 3.1 现行发泡材料封孔法的缺陷 14 3.2 主动支护式封孔原理的提出 15 3.3主动支护式封孔原理的理论基础 15 3.4关于主动支护式封孔原理的数值模拟分析 19 4 新型封孔方法配套封孔器材的研究 25 4.1 囊袋式注浆封孔法的结构原理 25 4.2 囊袋式注浆封孔法的封孔机理 31 5新型封孔方法配套注浆材料的研究 32 5.1注浆材料的要求 32 5.2注浆材料原料介绍 33 5.3注浆材料性能的测定方法 34 5.4注浆材料配方研究与性能测试 35 6 相似材料模拟试验 43 6.1 封孔材料的基本力学性能测试 43 6.2试验装置的设计 45 6.3试验设计 48 6.4试验过程 51 6.5试验数据采集及结果分析 55 7 工业性试验情况 58 7.1 封孔试验时间地点及基本情况说明 58 7.2 钻孔浓度测试 58 7.3 试验过程存在的问题和对策 63 8 结论 64 1 引言 我国煤炭产量占世界煤炭产量的三分之一，是世界第一采煤大国。我国50%左右的煤矿属于“高瓦斯矿井”和“煤与瓦斯突出矿井”，国家规定：“高瓦斯矿井”和“煤与瓦斯突出矿井”必须建立抽采（抽放）系统，采取先抽后采的方针。所以，瓦斯抽采（抽放）在我国相当一部分煤矿是普遍面临的问题。 瓦斯对于煤炭开采而言是一种灾害源，采掘过程瓦斯窒息、瓦斯爆炸煤与瓦斯突出等事故世界上瓦斯灾害最严重的国家，造成大量人员伤亡，这不仅给国家和人民的生命财产带来了重大的损失，也造成了不良的社会和政治影响20多倍，对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍，而且排放到大气中的瓦斯中还混杂有甲烷的同系物（H、HS、CO、NO、 NH、SO）等放射性物质，这不仅污染大气，而且对人体健康也有害。国际公约中所谓的温室气体“减排”包含煤矿瓦斯气体的减排。 瓦斯做为一种可燃气体是一种洁净能源，我国瓦斯（煤层气）资源相当丰富，据2000年煤科总院西安分院的全国煤层气资源评价报告32-35万亿m3，发热量相当于450亿吨标准煤，多于我国常规天然气的资源量(29万亿m3)。纯瓦斯的热值大于33000kJ/m3常规天然气相当，是通用煤气的倍，且燃烧后很少产生污染物，属优质洁净气体能源。因此开发利用煤层瓦斯资源，对于充分利用洁净能源，优化我国能源结构，改善煤矿安全生产条件以及减少大气污染，都具有重大的经济和社会效 2 国内外本煤层瓦斯抽采封孔技术现状 2.1国内本煤层钻孔普遍采用的封孔方法及评述 2.1.1 高分子发泡材料封孔方法介绍 目前，国内本煤层钻孔普遍采用“高分子发泡材料”，其中以聚氨酯材料为主要材料，根据配方配料的差异又有很多名称的叫法。封孔时将双组分“高分子发泡材料”混合搅拌后，用棉纱、棉布、毛巾等织物浸泽缠绕在封孔管的某个长度上，然后插入钻孔10米左右的深处，“高分子发泡材料”发泡膨胀，将钻孔封堵，如下图2-1。 图2-1高分子发泡材料封孔法 1-发泡膨胀前的高分子材料 2-发泡膨胀后的高分子材料 3-封孔抽采管 高分子发泡材料封孔是我国煤层钻孔普遍采用封孔方法，河南、山西、安徽、山东等主要矿区主要以这种封孔方法为主。 2.1.2 高分子发泡材料封孔方法的缺陷 高分子发泡材料封孔法具有操作使用简单的优点，但这种封孔方法在煤层钻孔中不能取得理想的封孔效果，钻孔漏气现象严重，瓦斯抽采浓度低，因为没有更好的封孔方法，所以国内仍然普遍采用。 高分子发泡材料需要有较高的发泡倍数才能将钻孔封闭，高分子发泡材料发泡之后具有两个致命缺陷：第一，抗压强度低；第二，可压缩量很大。高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井往往采深较大，相应的地应力也较大，加之煤层强度普遍较低，井下煤层钻孔在地应力作用下将逐渐蠕变，钻孔在蠕变的过程中，钻孔周围的煤体将会产生松动裂隙（漏气通道）。由于高分子发泡材料抗压能力低、可压缩量大，其力学性能无法阻挡钻孔的蠕变和裂隙漏气通道的形成，如图2-2所示。 图2-2 高分子发泡材料封孔法漏气通道扩张示意图 1-封孔时发泡材料体积膨胀 2-封孔初期钻孔周围裂隙漏气通道 3-封孔抽采管 4-封孔后期发泡材料压缩体积变大 5-封孔后期钻孔周围裂隙漏气通道变大 目前，国内普遍采用的高分子发泡材料封孔法之所以抽采浓度太低，主要是原因可归结为： ① 高分子发泡材料不能充填钻孔周围的原始裂隙。