卸压密闭煤层瓦斯含量测定技术研究

论文摘要

煤矿瓦斯对矿工生命及国家财产构成重大威胁,煤层瓦斯含量的准确测定是一切瓦斯防治工作的基础;但是,现有的瓦斯含量测定方法存在缺陷,其准确性不是很高;因此,探索煤层瓦斯含量测定新方法,提高测定结果的准确性,对煤矿瓦斯灾害防治有着非常重要的意义。本文首先分析了目前常用的瓦斯含量直接测定法存在的不足,这包括两个方面:不能定点取芯和瓦斯损失量所占比例太大。分别做了低温冷冻和密闭液封堵条件下的煤样瓦斯解吸规律实验,结果表明,采用密闭液封堵法降低煤芯瓦斯解吸速度的效果更好。并从理论上对密闭液封堵煤芯瓦斯的机理进行了分析,得出了瓦斯气体在密闭液里的运行位移计算公式;在此基础上,提出了卸压密闭煤层瓦斯含量测定技术。该技术的原理是:利用取芯器定点钻取大块煤芯,采用密封液对煤芯进行包裹,并在负压仓的作用下,最大限度的减少取芯过程中的瓦斯损失。采用数值模拟手段对取芯钻孔前方、煤巷两帮和煤巷掘进前方的瓦斯流场进行数值模拟,得出了流场的类型;从理论上推导出了钻孔前方煤芯、煤巷两帮及煤巷掘进前方的瓦斯排放范围计算公式;理论分析结果可以用来计算所取煤芯的瓦斯损失量(约占煤芯瓦斯含量的10%左右,)和煤层瓦斯含量测定过程中的取样深度。设计、制造出了双管单动卸压密闭取芯器,优选出了合适的取芯钻头和密闭液,对煤样筒、真空脱气系统和粉碎系统进行研制或改进。利用理论研究成果和卸压密闭瓦斯含量测定装备开展了实验室取芯相似模拟和现场瓦斯含量测定试验,结果表明:卸压密闭煤层瓦斯含量测定取芯装备能够取到比较完整的煤芯,也基本实现了密闭液对煤芯的包裹;与传统的工作面钻屑法相比,卸压密闭煤层瓦斯含量测定法既能确保所取煤芯完全来自于钻孔前方,又能有效降低损失瓦斯量;因此,该技术的可靠性更高。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 选题背景与项目依托
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 项目依托
• 1.2 研究现状与存在问题
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 研究目的与研究意义
• 1.4 研究内容与技术方案
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线与研究方案
• 2 卸压密闭煤层瓦斯含量测定原理
• 2.1 煤样瓦斯解吸速度的影响因素
• 2.1.1 煤样粒度对瓦斯解吸的影响
• 2.1.2 温度对瓦斯解吸的影响
• 2.1.3 压力对瓦斯解吸的影响
• 2.1.4 水分对瓦斯解吸的影响
• 2.1.5 表面活性剂（或密闭液）对瓦斯解吸的影响
• 2.2 低温冷冻条件下煤体瓦斯解吸实验
• 2.3 密闭液封堵煤芯减少瓦斯损失分析
• 2.3.1 密闭液封堵煤芯减少瓦斯损失机理分析
• 2.3.2 密闭液封堵煤芯减少瓦斯损失实验
• 2.4 卸压密闭煤层瓦斯含量测定技术原理
• 2.5 本章小结
• 3 瓦斯损失量理论分析
• 3.1 采样煤芯瓦斯损失途径分析
• 3.1.1 取碎煤芯
• 3.1.2 定点取块状煤芯
• 3.2 钻孔前方待取煤芯瓦斯损失量理论分析
• 3.2.1 钻孔周边煤层瓦斯渗流模型
• 3.2.2 钻孔前方煤层瓦斯压力分布基本规律
• 3.2.3 钻孔前方煤层瓦斯排放半径理论分析
• 3.2.4 钻孔前方煤芯瓦斯损失量分析
• 3.3 本章小结
• 4 煤层瓦斯含量测定取样深度分析
• 4.1 煤芯取样方式
• 4.2 煤巷两帮取芯深度理论分析与应用
• 4.2.1 煤巷两帮煤层瓦斯渗流模型
• 4.2.2 巷道两帮煤层瓦斯压力分布基本规律
• 4.2.3 煤巷两帮瓦斯含量测定取样深度分析
• 4.3 掘进煤巷前方取芯深度确定
• 4.3.1 掘进煤巷前方煤层瓦斯渗流模型
• 4.3.2 煤巷掘进前方煤层瓦斯压力分布规律
• 4.3.3 煤巷掘进前方瓦斯含量测定取样深度分析
• 4.4 现场应用
• 4.4.1 煤巷两帮瓦斯含量测定取芯深度现场应用
• 4.4.2 煤巷掘进前方瓦斯含量测定取芯深度现场应用
• 4.5 本章小结
• 5 卸压密闭煤层瓦斯含量测定装备研究
• 5.1 煤层瓦斯含量测定装备设计思路
• 5.2 卸压密闭煤芯取样装置研制
• 5.2.1 双管双动取芯器研制
• 5.2.2 三管双动取芯器研制
• 5.2.3 带密闭液室的双管双动取芯器研制
• 5.2.4 新型双管单动卸压密闭取芯器
• 5.3 取芯钻头设计
• 5.4 卸压密闭煤层瓦斯含量测定系统的密闭液选择
• 5.4.1 反应型密闭液
• 5.4.2 非反应型密闭液
• 5.5 卸压密闭煤层瓦斯含量测定系统辅助装置研究
• 5.5.1 煤样筒研制
• 5.5.2 实验室真空脱气装置改进
• 5.5.3 实验室煤样粉碎系统改进
• 5.6 本章小结
• 6 卸压密闭煤层瓦斯含量测定试验
• 6.1 地面取芯模拟实验
• 6.1.1 实验模型设计
• 6.1.2 模拟取芯过程
• 6.1.3 模拟取芯实验结果分析
• 6.2 淮南煤层瓦斯含量测定现场试验
• 6.2.1 瓦斯含量测定现场试验地点选择
• 6.2.2 瓦斯含量测定现场试验结果
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 7.1 结论
• 7.2 今后研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录