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煤矿瓦斯抽采计量监测系统设计
1
作者 袁宇光 胡永强 魏路 《工矿自动化》 北大核心 2025年第S1期170-173,共4页
传统瓦斯抽采监测系统以数据采集与展示为主,缺乏智能分析与动态评判能力,存在数据采集效率低、分析维度单一等问题,难以满足煤矿瓦斯精准化、动态化抽采的需求。针对上述问题,提出了煤矿瓦斯抽采计量监测系统设计方案。分析了煤矿瓦斯... 传统瓦斯抽采监测系统以数据采集与展示为主,缺乏智能分析与动态评判能力,存在数据采集效率低、分析维度单一等问题,难以满足煤矿瓦斯精准化、动态化抽采的需求。针对上述问题,提出了煤矿瓦斯抽采计量监测系统设计方案。分析了煤矿瓦斯抽采计量监测系统能力需求、典型应用场景、系统功能需求之间的映射关系,基于系统功能需求设计了系统架构,并围绕瓦斯抽采的动态优化与安全管控,提出了瓦斯浓度预测、闭环响应控制等关键功能的技术实现方案,通过仿真验证了各方案的可行性。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 瓦斯计量 瓦斯监测 瓦斯浓度预测 闭环响应控制
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瓦斯隧道抽采钻孔瓦斯体积分数实时计量模型设计及优化研究
2
作者 刘勇 余大炀 +2 位作者 张慧栋 陈长江 何岸 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第6期1102-1111,共10页
钻孔孔口瓦斯体积分数的实时精准测量是实现瓦斯隧道智能化治理的关键。目前常用的可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)在瓦斯隧道复杂环境中存在低体积分数检测精度不足等问题。为解决上述问题,构建一种集成波长调制光谱(WMS)与重心... 钻孔孔口瓦斯体积分数的实时精准测量是实现瓦斯隧道智能化治理的关键。目前常用的可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)在瓦斯隧道复杂环境中存在低体积分数检测精度不足等问题。为解决上述问题,构建一种集成波长调制光谱(WMS)与重心拉格朗日插值补偿算法的TDLAS测量系统,并结合钻孔气体组分、环境压力与温度变化对测量误差进行建模修正,提升系统在动态钻孔环境下的测量精度与稳定性。通过标准气体试验对系统性能进行验证,主要研究结论如下:1)基于Beer-Lambert定律和HITRAN数据库参数,建立瓦斯体积分数TDLAS反演模型,明确吸收谱线型函数与线强度是影响测量精度的关键因素,分析表明钻孔环境下采用Lorentz函数描述谱线展宽更为合理。2)针对温度与压力变化引起的谱线偏移问题,提出基于重心加权的拉格朗日插值补偿算法,实现了非稳态条件下的体积分数高精度修正,具备良好的数值稳定性与适应性。3)通过0.5%和4.5%体积分数标准瓦斯气体在0~40℃内的温度扰动试验,验证了所提补偿方法可将系统最大测量误差控制在0.5%以内,显著优于未补偿状态。4)提出的测量系统实现了钻孔单孔瓦斯体积分数的高精度、动态监测,具备良好的环境适应性和工程应用潜力。 展开更多
关键词 抽采钻孔 瓦斯隧道 瓦斯体积分数 TDLAS技术 补偿算法
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顺层钻孔瓦斯抽采关键参数影响特征及优化研究
3
作者 袁本庆 《中国煤炭》 北大核心 2025年第8期47-56,共10页
为研究不同抽采参数对煤层瓦斯抽采效果的影响,基于弹性孔隙裂隙双重介质假设,建立含瓦斯煤层流固耦合三维抽采模型,利用COMSOL Multiphysics软件模拟煤巷开挖后围岩应力分布规律及不同抽采参数条件下煤体瓦斯压力场、含量场、钻孔抽采... 为研究不同抽采参数对煤层瓦斯抽采效果的影响,基于弹性孔隙裂隙双重介质假设,建立含瓦斯煤层流固耦合三维抽采模型,利用COMSOL Multiphysics软件模拟煤巷开挖后围岩应力分布规律及不同抽采参数条件下煤体瓦斯压力场、含量场、钻孔抽采量的变化规律。数值模拟结果表明,煤巷开挖后,围岩塑性区范围与最大应力集中位置基本吻合,距巷道20 m范围内的围岩应力显著;钻孔长度与瓦斯抽采量呈正相关,但增幅随孔长增加逐渐衰减;增大钻孔直径虽能提升抽采效果,但增益效果随直径增大而衰减;抽采量随钻孔间距的增大而增大,但增幅减弱,最优钻孔间距为6 m;抽采量随抽采时间延长持续增加,而抽采速度在初期快速衰减后趋于稳定。为了验证模型的准确性,在桃园煤矿Ⅱ8225工作面机巷进行了现场试验,结果显示,在钻孔长度200 m、孔径108 mm、钻孔间距6 m、封孔深度20 m组合参数条件下,经30 d连续抽采后,预抽区域煤层残余瓦斯含量最大为3.72 m^(3)/t,实现了煤层安全高效抽采和巷道快速掘进。 展开更多
关键词 顺层钻孔 瓦斯抽采 流固耦合模型 数值模拟
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基于定向钻孔分段压裂的切顶护巷及瓦斯抽采综合技术研究
4
作者 陈亮 于宏阳 +3 位作者 白亚军 王栋炜 秦瑞晨 王东攀 《煤炭工程》 北大核心 2025年第9期109-116,共8页
针对突出煤层复合关键层顶板沿空留巷墙体变形严重、采空区瓦斯漏出量大等问题,以山西沁城煤矿20107工作面为例,通过理论建模、力学分析研究了压裂断裂线位置对应力传播及墙体变形的影响机制,给出了分段压裂切顶水平关键位置的解析解,... 针对突出煤层复合关键层顶板沿空留巷墙体变形严重、采空区瓦斯漏出量大等问题,以山西沁城煤矿20107工作面为例,通过理论建模、力学分析研究了压裂断裂线位置对应力传播及墙体变形的影响机制,给出了分段压裂切顶水平关键位置的解析解,结合关键层理论分析判识覆岩中、低位承载关键层层位,综合确定定向钻孔分段压裂的水平位置及垂向区间,并指出断裂线与覆岩自然垮落线之间的类三角形区为采空区卸压瓦斯富集区,进而优化裂隙带瓦斯抽采钻孔的合理层位。采用非渗流性压裂理论及地应力现场测试确立分段压裂起裂、扩展压力以及压裂时长、流量等关键参数,并通过工程试验验证。研究结果表明:优化后留巷墙体顶底板移近量比原有的下降65%,定向钻场单孔瓦斯抽采量增加72%、每组总量提升至7.46 m^(3)/min,实现了留巷墙体变形裂隙与采空区瓦斯协同共治。 展开更多
关键词 沿空留巷 墙体变形 定向钻孔 分段压裂 瓦斯抽采
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定向长钻孔瓦斯抽采负压变化规律及监测控制技术研究进展 被引量：9
5
作者 李泉新 程卓尔 +3 位作者 方俊 牟全斌 刘飞 丛琳 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期171-182,共12页
【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段,负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水平... 【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段,负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水平定向长钻孔瓦斯抽采技术研究进展,其中在孔内负压衰减机制与分布规律方面,总结了负压对瓦斯抽采影响机制、负压衰减机制、负压分布规律等基础理论研究成果;在瓦斯抽采参数监测技术方面,基于不同原理,阐述了超声波式、激光式、孔板式、循环自激式等不同类型的孔口瓦斯监测仪器现状,以及以束管法为主的孔内瓦斯监测手段;在瓦斯抽采智能调控系统方面,介绍了瓦斯抽采智能调控理念与技术装备研究上取得的成果,以负压、流量、浓度等抽采参数为分析调控对象,基于智能算法与PLC控制技术,初步实现井下管网智能调控,提高了瓦斯抽采效率。【展望】指出当前研究存在定向长钻孔内负压变化规律不清、正负压耦合作用机制不明,缺乏孔内长距离的瓦斯抽采参数监测手段和瓦斯多参数监测方法,瓦斯抽采调控系统智能化程度低等不足。同时提出瓦斯抽采定向长钻孔研究的未来发展趋势,包括基于定向长钻孔特殊结构分析的负压抽采与正压扩散耦合机制、基于光纤传感的孔内瓦斯多参数监测系统、基于机器学习的瓦斯抽采参数精细调控方法等研究方向,为近水平定向长钻孔瓦斯治理工程设计、施工、抽采与效果评价提供支撑。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 定向长钻孔 负压 参数监测 智能调控系统 煤矿
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复合顶板定向长钻孔高位抽采瓦斯超限控制技术
6
作者 杜康 秦金辉 +1 位作者 郭德勇 郝富昌 《中国煤炭》 北大核心 2025年第10期41-49,共9页
针对复合顶板高瓦斯矿井工作面回采期间容易瓦斯超限技术难题,采用理论分析和分段注水测漏法精准确定了上覆岩层裂缝带高度,优化了高位定向长钻孔布孔参数,提高了钻孔施工效率,研发了复合顶板高位定向长钻孔护孔技术及装备,大幅度提高... 针对复合顶板高瓦斯矿井工作面回采期间容易瓦斯超限技术难题,采用理论分析和分段注水测漏法精准确定了上覆岩层裂缝带高度,优化了高位定向长钻孔布孔参数,提高了钻孔施工效率,研发了复合顶板高位定向长钻孔护孔技术及装备,大幅度提高了回采工作面瓦斯超限控制效果。研究结果表明,李雅庄煤矿高位定向长钻孔应布置在距煤层顶板11.7~51.2 m;采用孔底马达与螺纹凹槽钻杆旋转双动力钻进技术,可有效提高复合顶板定向钻孔钻进效率;将护孔筛管通过HQ薄壁空心钻杆下入孔底,实现全孔段下筛管,筛管下放率达到98%以上,解决了复合顶板钻孔塌堵难题;采用高位定向长钻孔配套全程下筛管护孔技术,平均瓦斯抽采浓度为37.8%,是裸孔的5.8倍;平均瓦斯抽采纯流量为1.4 m^(3)/min,是裸孔的7.6倍;工作面回采期间瓦斯浓度最大为0.48%,最低为0.14%,平均为0.30%,说明该技术可以大幅度提高复合顶板高位钻孔瓦斯超限控制效果。 展开更多
关键词 定向长钻孔 高位抽采 复合顶板 瓦斯超限 护孔技术
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大直径钻孔穿越保护煤柱损伤演化与采空区瓦斯抽采运移规律 被引量：1
7
作者 石光 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期111-121,128,共12页
通过在Abaqus软件中引入Concrete Damage Model屈服准则,探究了钻孔开挖与采动过程中的煤柱损伤状态。以平舒煤矿81117工作面为例,运用Fluent软件分析了采空区瓦斯流动状态及钻孔布置间距、钻孔数量、抽采排量对瓦斯治理效果的影响。结... 通过在Abaqus软件中引入Concrete Damage Model屈服准则,探究了钻孔开挖与采动过程中的煤柱损伤状态。以平舒煤矿81117工作面为例,运用Fluent软件分析了采空区瓦斯流动状态及钻孔布置间距、钻孔数量、抽采排量对瓦斯治理效果的影响。结果表明,钻孔开挖过程中煤柱不会发生明显的损伤。在回采过程中,巷道顶板与钻孔围岩的高应力区存在连通趋势,应提前加大钻孔附近的巷道支护强度。当钻孔数目为4个时,最优的钻孔间距为30 m。钻孔间距的增加在提升瓦斯抽采范围的同时会降低抽采效率。但抽采钻孔的数量不宜大于4个,继续增加钻孔将导致施工成本与抽采效率不匹配。有效抽采排量的上限为30 m^(3)/min,最优抽采排量为20 m^(3)/min。采用大直径钻孔抽采技术后,上隅角CH 4体积分数由0.60%~1.05%降低至0.3%~0.8%,验证了该技术的可靠性。 展开更多
关键词 大直径钻孔 采空区 瓦斯治理 瓦斯抽采 数值模拟 煤柱损伤
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瓦斯抽采钻孔漏气通道快速检测方法
8
作者 张兵兵 胡祖祥 闫跃朋 《工矿自动化》 北大核心 2025年第9期66-71,89,共7页
现有瓦斯抽采钻孔漏气通道检测普遍采用顺序检测法,即依次测量钻孔各测点的瓦斯浓度并通过对比分析判断漏气通道位置,但对于钻孔较长或测点较多的情况,顺序检测法现场检测效率较低。针对上述问题,结合二分法思想,提出了一种瓦斯抽采钻... 现有瓦斯抽采钻孔漏气通道检测普遍采用顺序检测法,即依次测量钻孔各测点的瓦斯浓度并通过对比分析判断漏气通道位置,但对于钻孔较长或测点较多的情况,顺序检测法现场检测效率较低。针对上述问题,结合二分法思想,提出了一种瓦斯抽采钻孔漏气通道快速检测方法。在钻孔内沿轴向布置多个测点,利用探杆与瓦斯抽采管实现测点处气体与孔内混合气体的分离;先测定孔底测点瓦斯浓度,若其显著高于孔内平均瓦斯浓度,则判定钻孔存在漏气通道;随后将孔内测点进行二分,检测中间测点瓦斯浓度,若其与孔内平均瓦斯浓度相近,则判定漏气通道位于该测点至孔底区段,若显著高于孔内平均瓦斯浓度,则判定漏气通道位于该测点至孔口区段;进一步对存在漏气通道的区段进行递归二分,通过对比区段内中间测点瓦斯浓度与孔内平均瓦斯浓度,逐步缩小定位范围,最终实现漏气通道的精准、快速定位。现场试验结果表明,所提方法能准确识别漏气通道位置,且与顺序检测法相比检测时间缩短了26.5%,有效提高了检测效率。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 钻孔漏气 漏气通道检测 二分法 瓦斯浓度
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瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透技术研究及应用
9
作者 徐刚 孟子涵 +4 位作者 刘佳伟 刘晓 马利伟 单永科 金洪伟 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期319-329,共11页
瓦斯浓度衰减严重、抽采效率低下是我国煤矿瓦斯抽采中亟待解决的技术难题。依据水射流在空气中的射流结构建立了水射流破煤数学模型,应用空腔膨胀理论提出了水射流冲击作用下煤体破碎强度准则,进而得到了水射流破煤深度的计算方法;然... 瓦斯浓度衰减严重、抽采效率低下是我国煤矿瓦斯抽采中亟待解决的技术难题。依据水射流在空气中的射流结构建立了水射流破煤数学模型,应用空腔膨胀理论提出了水射流冲击作用下煤体破碎强度准则,进而得到了水射流破煤深度的计算方法;然后基于水射流对瓦斯抽采钻孔周围煤体的冲刷解堵作用、扩孔增透作用和冲击损伤作用阐释了瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透机理,并建立了钻孔周围煤体增透范围计算模型,获得了水射流作用下钻孔周围煤体径向应力、切向应力的分布规律;再采用有限元仿真软件LS-DYNA对水射流破煤过程进行了数值模拟,获得了射流压力作用下破煤深度的变化规律和煤体径向应力、煤体损伤的分布规律;最后研发了瓦斯抽采钻孔扩孔修复增透作业装置并在新安煤矿14250下部底板巷穿层钻孔进行了实践应用。结果表明:水射流破煤深度随射流压力的增大线性增加,随射流距离的增大线性减小,随煤体强度的增大呈幂函数形式减小;水射流对瓦斯抽采钻孔的增透作用包括冲刷解堵作用、扩孔增透作用和冲击损伤作用3个方面,水射流扩大了钻孔半径,增透范围随钻孔半径的增加而线性增大,水射流压力越高煤体径向应力和切向应力越大,钻孔周围煤体损伤范围也越大;形成了以喷头进入煤层段深度、冲出煤岩量和瓦斯浓度为指标的瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透效果评价体系。根据修复增透试验情况,喷头进入煤层段深度的比率达到90.5%,单孔冲出的煤岩量可达385.6kg,扩孔修复增透技术的实施使钻孔等效半径由56.50mm增大到114.02mm,增透范围由修复前的67.80mm扩大到136.82mm,瓦斯体积分数由修复前的1.40%提升到13.46%,实现了瓦斯抽采钻孔的冲刷解堵作用、扩孔增透作用和瓦斯抽采效果的显著提升。研究成果可为提升煤层瓦斯抽采钻孔的利用效率提供理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 瓦斯抽采钻孔 水射流动压 破碎强度 扩孔修复增透 瓦斯浓度
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顺层瓦斯抽采长钻孔封孔深度分析:以贵州黔北矿区抽采工程为例 被引量：1
10
作者 付金磊 林华颖 +2 位作者 衡献伟 张书金 陈蒙磊 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第8期3513-3520,共8页
为研究顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔长度,基于瓦斯-空气双气体模型,采用有限元模拟软件建立三维钻孔抽采模型,对封孔段煤层瓦斯压力进行监测分析,通20915运输巷现场试验,考察不同封孔长度瓦斯抽采效果。结果表明:受到负压衰减效应,钻孔抽... 为研究顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔长度,基于瓦斯-空气双气体模型,采用有限元模拟软件建立三维钻孔抽采模型,对封孔段煤层瓦斯压力进行监测分析,通20915运输巷现场试验,考察不同封孔长度瓦斯抽采效果。结果表明:受到负压衰减效应,钻孔抽采负压呈指数函数分布,并且钻孔不同位置煤层瓦斯压力减少幅度不同,越靠近封孔位置瓦斯压力减小幅度越小;封孔段瓦斯压力峰值与封孔长度成正相关;根据现场测试,封孔距离为10 m瓦斯抽采浓度在130 d后减小到约10%;而封孔长度为20 m将保持在约30%,封孔30 m的钻孔130 d后抽采浓度保持在60%以上。 展开更多
关键词 长钻孔 瓦斯抽采 数值模拟 瓦斯-空气双气体模型
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顺层瓦斯抽采钻孔在防冲卸压中的应用
11
作者 蒋军军 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期95-101,共7页
针对高瓦斯矿井冲击地压问题,探讨瓦斯矿井顺层瓦斯抽采钻孔用于防冲卸压的工艺。研究结果表明:抽采钻孔可以降低煤体应力环境,但比大直径卸压钻孔卸压效果弱;利用巷道围岩侧向应力分区特性,改进抽采-卸压钻孔封孔工艺,将单段封孔转化... 针对高瓦斯矿井冲击地压问题,探讨瓦斯矿井顺层瓦斯抽采钻孔用于防冲卸压的工艺。研究结果表明:抽采钻孔可以降低煤体应力环境,但比大直径卸压钻孔卸压效果弱;利用巷道围岩侧向应力分区特性,改进抽采-卸压钻孔封孔工艺,将单段封孔转化为双段封孔;提出抽采-卸压工艺技术和卸压-抽采工艺,并进一步应用于高瓦斯矿井回采工作面。现场试验结果可知,施工抽采-卸压钻孔后,微震事件最大能量平均降低4000 J,日平均能量平均降低1000 J,顶板活动程度明显减弱;两帮位移量减少300 mm,顶底板移近量减少100 mm,巷道围岩变形明显改善。从而验证顺层抽放钻孔能够达到回采空间煤层卸压作用,兼顾瓦斯抽采和冲击地压卸压功能,真正实现一孔两用。 展开更多
关键词 瓦斯煤层 复合灾害 抽采钻孔 防冲卸压 耦合机制
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井下顺层多分支定向长钻孔瓦斯抽采特性研究
12
作者 王振 申凯 林桂玲 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第3期65-73,共9页
煤矿井下顺层定向钻孔“大孔深、带分支”的特点使其瓦斯抽采特性与普通钻孔存在差异。通过数值模拟分析了试验矿井预抽钻孔有效影响范围随时间的变化特征,并结合矿井实际确定试验定向钻孔布置间距为5 m;设置了1个分支和2个分支2组扇形... 煤矿井下顺层定向钻孔“大孔深、带分支”的特点使其瓦斯抽采特性与普通钻孔存在差异。通过数值模拟分析了试验矿井预抽钻孔有效影响范围随时间的变化特征,并结合矿井实际确定试验定向钻孔布置间距为5 m;设置了1个分支和2个分支2组扇形布置的试验定向钻孔组并实测抽采瓦斯纯流量,实测结果表明,试验定向钻孔抽采瓦斯纯流量随时间呈现“快速降低—较快升高—缓慢衰减”的变化趋势,抽采阶段可划分为“U”形波动期和稳定衰减期,在2个阶段抽采瓦斯纯流量与时间之间的关系分别符合三次多项式和负指数函数关系。通过实测抽采效果对比发现,“U”形波动—稳定衰减模型在预测定向钻孔抽采瓦斯总量和残余瓦斯含量时的误差均比负指数衰减模型小,更适用于定向钻孔瓦斯抽采效果预测与工程设计。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 定向钻孔 抽采特性 抽采瓦斯纯流量 抽采效果预测 抽采钻孔设计
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切顶沿空留巷下采空区瓦斯抽采钻孔参数优化
13
作者 张永进 年军 +2 位作者 赵博 吕晓波 邓春生 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期115-125,共11页
为确定吉宁煤矿2109工作面采空区高位钻孔的最佳布置参数,分析了切顶沿空留巷下2109工作面完整的覆岩运动过程,研究了采空区在切顶沿空留巷Y型通风下的瓦斯分布规律,并对高位钻孔高度、间距等参数进行了优化。研究结果表明:切顶沿空留... 为确定吉宁煤矿2109工作面采空区高位钻孔的最佳布置参数,分析了切顶沿空留巷下2109工作面完整的覆岩运动过程,研究了采空区在切顶沿空留巷Y型通风下的瓦斯分布规律,并对高位钻孔高度、间距等参数进行了优化。研究结果表明:切顶沿空留巷条件下裂隙带具有非对称性发育特征,切顶侧垮落带和裂隙带最大高度为22 m和82 m,未切顶侧垮落带和裂隙带最大高度为20 m和86 m。瓦斯在Y型通风下主要分布于采空区深部,且富集区位于未切顶侧裂隙带内,最大瓦斯浓度为42%。进一步确定了高位钻孔的最佳高度、间距分别为70 m和20 m,在该参数下经过160 d抽采,回采工作面附近最大瓦斯浓度由1.94%降至0.497%。根据2109工作面现场情况,设计了8个高位钻孔对采空区瓦斯进行抽采,在抽采初期,1—8号钻孔单日抽采量均呈逐渐增大的趋势,符合未抽采前瓦斯分布情况,且抽采结束后位于未切顶侧的4—8号抽采量大于位于切顶侧1—3号的抽采量,印证了切顶留巷条件下的瓦斯富集规律。 展开更多
关键词 切顶沿空留巷 Y型通风 高位钻孔 瓦斯抽采 数值模拟
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瓦斯抽采钻孔变形塌孔规律及精准监测技术研究 被引量：2
14
作者 肖鹏 黄晓昇 +6 位作者 刘潇潇 李秉昆 陈丽萍 陈紫溪 张超 程仁辉 赵亚婕 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期14-23,共10页
为推进瓦斯抽采钻孔精准智能化发展水平,基于分布式光纤监测和布里渊光学时域分析技术(BOTDA),以山西某矿为工程背景,开展了不同粒径配比下的钻孔堵孔模拟实验;构建了试验矿井堵孔率计算数学模型,揭示了钻孔变形塌孔发育规律,提出了适... 为推进瓦斯抽采钻孔精准智能化发展水平,基于分布式光纤监测和布里渊光学时域分析技术(BOTDA),以山西某矿为工程背景,开展了不同粒径配比下的钻孔堵孔模拟实验;构建了试验矿井堵孔率计算数学模型,揭示了钻孔变形塌孔发育规律,提出了适用于试验矿井的瓦斯抽采钻孔精准监测现场实施技术工艺,并通过现场试验对技术工艺的可行性和准确性进行了验证。结果表明:(1)光纤耦合体应变、模拟煤样堆积质量与钻孔变形塌孔间具有线性关系,随质量增加应变变化趋势相近,呈“陡-缓-陡”三阶段变化。通过分段拟合构建了适用于试验矿井的钻孔堵孔率计算数学模型。(2)通过误差分析,发现随着应变增加最大绝对误差先变大后变小再变大,中期最大绝对误差为19.48%,后期完全堵孔状态下的质量极值越接近不同配比煤样的平均质量极值误差越小。(3)基于上述数学模型解算,揭示了模拟堵孔过程中煤块首先在钻孔底部呈“凸”状堆积,随后滑向两侧,最后又在顶部聚集的塌孔演化规律,以应变值0、45.95×10^(-6)、72.19×10^(-6)为临界值区分塌孔前、中、后期,构建了适用于试验矿井的瓦斯抽采钻孔精准监测技术。通过现场应变监测结果分析,发现在孔周应力、扰动等因素作用下,失稳孔段孔周裂隙更易发育,塌孔程度随时间加剧。结合钻孔沿程堵孔率计算结果,对钻孔沿程变形塌孔情况进行了判断,对比钻孔窥视图可得,该精准监测技术判断结果基本符合实际观测情况。提出的以分布式光纤耦合体和BOTDA技术为基础的钻孔精准监测技术工艺可行、可靠,可为推进瓦斯抽采钻孔精准智能化发展水平提供参考。 展开更多
关键词 分布式光纤监测 塌孔 数学模型 钻孔精准监测 瓦斯抽采
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煤层抽采钻孔用高性能微泡沫钻孔冲洗液研制
15
作者 张学博 屈朕 +1 位作者 王攀 潘荣锟 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第2期292-304,共13页
针对传统的清水和无水冲洗液易导致钻孔变形和坍塌的问题,通过优选发泡剂、稳泡剂、膨润土和降滤失剂,构建一种微泡沫钻孔冲洗液体系,并通过室内模拟实验建立松软煤层相似材料模型,开展抽采钻孔模拟实验,分析微泡沫钻孔冲洗液的护孔效... 针对传统的清水和无水冲洗液易导致钻孔变形和坍塌的问题,通过优选发泡剂、稳泡剂、膨润土和降滤失剂,构建一种微泡沫钻孔冲洗液体系,并通过室内模拟实验建立松软煤层相似材料模型,开展抽采钻孔模拟实验,分析微泡沫钻孔冲洗液的护孔效果。研究表明:①微泡沫钻孔冲洗液体系黏度适中,流变性能良好,动塑比高,滤失量小,密度为0.38 g/cm^(3),半衰期超过90 h,具有较厚的水化膜,稳定性强,粒径大小呈现正态分布,平均粒径为158μm;②微泡沫钻孔冲洗液携岩能力约为清水的67倍;③煤层岩样在微泡沫钻孔冲洗液中的膨胀量为0.2 mm,滚动回收率为96.4%,表明微泡沫钻孔冲洗液具有良好的抑制性能,能够维持瓦斯抽采钻孔的孔壁稳定性;④微泡沫钻孔冲洗液抗温性能良好,护孔效果好,能够有效阻止水分渗入煤层,防止抽采钻孔孔壁失稳坍塌。 展开更多
关键词 钻孔瓦斯抽采 微泡沫钻孔冲洗液 性能评价 护孔效果
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矿用钻孔瓦斯抽采多参数监测系统与装置 被引量：8
16
作者 代晨昱 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期190-196,203,共8页
为了弥补传统瓦斯抽采监测系统区域化监测的不足,提出了以钻孔为监测单元构建钻孔瓦斯抽采监测系统,能够实时动态掌握各个钻孔在瓦斯抽采过程中的抽采效果,将大面积区域化测量转变为区域内部各钻孔的测量,实现了瓦斯抽采的精细化监测。... 为了弥补传统瓦斯抽采监测系统区域化监测的不足,提出了以钻孔为监测单元构建钻孔瓦斯抽采监测系统,能够实时动态掌握各个钻孔在瓦斯抽采过程中的抽采效果,将大面积区域化测量转变为区域内部各钻孔的测量,实现了瓦斯抽采的精细化监测。针对钻孔瓦斯抽采监测系统需求,结合钻孔孔口处瓦斯抽采参数的特点,研制了一款矿用瓦斯抽采钻孔多参数监测装置,该装置具有超声波气体流量测量、非色散红外瓦斯浓度测量、压电陶瓷气体压力测量、铂电阻气体温度测量四参数于一体的实时数据采集功能,搭载了数据显示、数据存储、数据远程传输、数据Wi-Fi传输等功能性人机交互模块,并开发了瓦斯抽采分析软件、移动数据采集站两款配套软件。装置根据实际应用需求,结合行业相应计量标准,于具有国家计量检定资质的检验单位进行了计量检测,并在黄陵矿业公司二号煤矿进行了井下工业性试验,对装置的实际应用效果进行了验证。试验结果表明:矿用瓦斯抽采钻孔多参数监测装置的四项测量参数均满足相应行业标准的计量要求,可实现各项参数的准确测量,且该装置在实际井下应用中具有良好的工作可靠性与工作稳定性,达到了以钻孔为监测单元的瓦斯抽采监测目的,能够为瓦斯抽采评价提供有力的数据支撑。 展开更多
关键词 钻孔瓦斯抽采监测系统 多参数监测 超声波气体流量测量 人机交互模块 瓦斯抽采分析软件 移动数据采集站
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矿井瓦斯抽采参数调控实验教学系统研制 被引量：1
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作者 昝小舒 池宇洋 +3 位作者 夏同强 张笑 李雕 王伟龙 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2024年第6期29-33,共5页
为了满足工程流体专业相关课程的教学需求,自主研发了煤矿井下瓦斯抽采参数调控实验教学系统,可实现不同管道阻力、漏气程度、抽采负压等条件下瓦斯-空气流动规律的实验模拟。该系统由井下煤层抽采环境和瓦斯压力状态子系统,井下瓦斯抽... 为了满足工程流体专业相关课程的教学需求,自主研发了煤矿井下瓦斯抽采参数调控实验教学系统,可实现不同管道阻力、漏气程度、抽采负压等条件下瓦斯-空气流动规律的实验模拟。该系统由井下煤层抽采环境和瓦斯压力状态子系统,井下瓦斯抽采管网、阀门、动力结构子系统,气体体积流量、瓦斯体积分数、气体压力等气体参数采集子系统以及参数上传和数据分析处理子系统四部分组成;利用单片机控制各个阀门的开度、泵的转速,实时监测各个区域流经的气体体积流量、瓦斯体积分数、气体压力等数据。该系统可以开展工程流体专业相关课程的教学实验,培养学生对专业的认识,提升学生的动手能力。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 参数调控 数值模拟 实验系统 实验教学
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大倾角下行风综采工作面采空区瓦斯积聚特征与高位钻孔参数优化
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作者 姚运泉 王兴华 +1 位作者 王天伟 杨胜强 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期76-81,共6页
为了解决大倾角下行通风综采工作面采空区瓦斯大量涌出所引起的回风流瓦斯浓度超限问题,采用单元测定法,从进风到回风将综采工作面分为若干单元,得出每个单元与采空区之间的漏风量、瓦斯涌出量及瓦斯浓度,分析评判采空区瓦斯异常积聚区... 为了解决大倾角下行通风综采工作面采空区瓦斯大量涌出所引起的回风流瓦斯浓度超限问题,采用单元测定法,从进风到回风将综采工作面分为若干单元,得出每个单元与采空区之间的漏风量、瓦斯涌出量及瓦斯浓度,分析评判采空区瓦斯异常积聚区分布特征;利用数值模拟软件,分析不同布置条件下高位钻孔的瓦斯抽采效果,优化高位钻孔抽采参数。研究结果表明:在采空区两端全风压压差、高位钻孔抽采负压、采空区热风压及瓦斯浮升力作用影响下,靠近进风侧平距10~30 m、距离煤层顶板10~25 m的采空区,形成瓦斯异常积聚区,将高位钻孔终孔布置在瓦斯异常积聚区且抽采流量为60 m^(3)/min时,瓦斯抽采效果最佳,回风流的瓦斯浓度超限隐患被消除。 展开更多
关键词 大倾角 下行通风 综采工作面采空区 瓦斯积聚 高位钻孔 瓦斯抽采 数值模拟
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地面钻孔抽采对工作面采空区自燃“三带”的影响分析
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作者 胡新宇 《中国矿业》 北大核心 2025年第10期220-225,共6页
为解决魏家地煤矿煤层瓦斯浓度高,采空区瓦斯治理困难且采用采空区定向钻孔瓦斯抽采措施后会导致氧化带范围增大,增加采空区遗煤自燃的风险等问题,以该矿北1103工作面为例,采用数值模拟和现场实践相结合的方式对实施瓦斯抽采后的自燃“... 为解决魏家地煤矿煤层瓦斯浓度高,采空区瓦斯治理困难且采用采空区定向钻孔瓦斯抽采措施后会导致氧化带范围增大,增加采空区遗煤自燃的风险等问题,以该矿北1103工作面为例,采用数值模拟和现场实践相结合的方式对实施瓦斯抽采后的自燃“三带”变化情况进行分析。通过COMSOL软件模拟计算结果:受到漏风的影响,采空区氧化带内的O2浓度高,地面抽采钻孔的终孔点应设计在瓦斯含量更高的窒息带内,地面钻孔抽采后,氧化带范围显著扩大,由原来的29 m增加至39 m。实施过程中,工作面瓦斯抽采地面钻孔终孔进入氧化带时,采用间歇抽采;当进入氧化带两端时打开抽采闸阀的2/3;当进入氧化带中部时,停止抽采,以自然引排为主。通过现场实践,定向钻孔抽采加大采空区的漏风量,扰乱采空区流场。与原采空区自燃“三带”相比,采空区瓦斯卸压钻孔抽采导致自燃“三带”中散热带范围缩减10 m、氧化带范围扩大16 m。在此基础上提出采空区瓦斯间歇式抽采、综合注浆注氮等防灭火措施,可有效提高工作面防灭火安全。 展开更多
关键词 定向钻孔 自燃“三带” 自燃发火 瓦斯抽采 数值模拟
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矿井瓦斯抽采钻孔偏移特性研究 被引量：1
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作者 杜栋栋 雷文杰 +1 位作者 李东会 李哲 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期155-161,共7页
为避免井下瓦斯抽采钻孔发生轨迹偏移,出现瓦斯抽采盲区,产生瓦斯抽采空白带,首先以山西阳泉新景煤矿15121底抽巷、15124低位巷、15124回风巷为工程背景,测试穿层钻孔和顺层钻孔的偏移情况;然后利用均角全距法计算钻孔三维轨迹数值,并... 为避免井下瓦斯抽采钻孔发生轨迹偏移,出现瓦斯抽采盲区,产生瓦斯抽采空白带,首先以山西阳泉新景煤矿15121底抽巷、15124低位巷、15124回风巷为工程背景,测试穿层钻孔和顺层钻孔的偏移情况;然后利用均角全距法计算钻孔三维轨迹数值,并结合煤层赋存地质信息,绘制钻孔三维轨迹与煤岩三维层位关系可视化图,分析影响钻孔偏移的因素和拟合数据,并得出钻孔偏移特性。研究表明:穿层钻孔主要在细砂岩层开始偏移,且均在煤层段偏移变大,煤层段最大偏移量为0.52 m;顺层钻孔开孔倾角相近时,孔深越深终孔垂直偏差越大,40 m孔深平均垂直偏移量为1.37 m;小角度钻孔受重力影响较大,轨迹易发生偏移,大角度钻孔在垂直方向上向上或向下偏移,偏移量比小角度钻孔偏移量小;在水平方向上,底抽巷、低位巷、回风巷布孔间距分别缩短0.68、0.28、0.54 m。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 穿层钻孔 顺层钻孔 三维轨迹 偏移特性 布孔参数
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