LIT密封剂及其在煤层气增采中的应用

论文摘要

煤层气俗称瓦斯,是煤的生成过程中伴生的一种气体,主要成分是甲烷。提高瓦斯抽取率,具有防治瓦斯突出、改善能源结构和温室气体减排三重功效。目前瓦斯抽采面临的一个大问题,在于空气沿煤壁裂隙混入抽采孔,致使抽采率比较低。本文开发了一种名为LIT密封剂的岩土粘结材料,将其喷涂于煤壁,可堵塞煤壁的裂隙,并在表层形成一层致密的薄膜,大幅度提高瓦斯抽采率。此外,巷道开挖过程中,瓦斯大量沿煤壁裂隙涌出,巷道内瓦斯超限。将LIT密封剂喷涂于开挖巷道的煤壁,可以减缓瓦斯涌出。主要内容如下:第一章为绪论,着重介绍了煤层气开发的意义,根据现有的瓦斯抽采方法,提出了喷涂法;第二章为LIT密封剂的提出。通过对巷道壁面特点的研究,提出了开发一种新型岩土粘接材料来提高瓦斯抽取率的目的;第三章为LIT密封剂的室内试验研究。研究了LIT密封剂的密封性施工性、时效性、经济性、安全性、不可燃性、无腐蚀性等多方面因素,并证明了LIT密封剂对钢铁防锈和调节水泥固化时间有作用:第四章为喷涂封孔与井下平行孔驱替煤层气技术试验。试验证明,LIT密封剂提高瓦斯抽取率的效果良好,而且成本低,施工性好;第五章为LIT密封剂巷道喷涂减缓瓦斯涌出试验研究:针对巷道开挖过程中,瓦斯涌出量大、巷道内瓦斯含量时常超限的特点,进行了LIT密封剂巷道喷涂减缓瓦斯涌出试验的研究。试验证明,LIT密封剂治理瓦斯超限有良好的作用;第六章得出LIT密封剂可用于巷道壁面密封以提高瓦斯抽采率,并可以抑制掘进巷道瓦斯涌出的结论,以及展望了下一步的研究内容。提出了LIT密封剂在其他方面的应用,并提出了下一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 煤层气的利用价值
• 1.1.2 煤层气的危害
• 1.1.3 开发煤层气的意义
• 1.1.4 煤层气开发面临的问题及对策
• 1.2 瓦斯抽放技术简介
• 1.2.1 本煤层瓦斯抽放
• 1.2.2 采空区瓦斯抽放
• 1.2.3 地面瓦斯抽放
• 1.2.4 综合瓦斯抽放
• 1.2.5 封孔技术
• 1.3 喷涂法的提出与原理
• 1.3.1 喷涂法的提出
• 1.3.2 喷涂法的原理
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 LIT密封剂的提出与应用
• 2.1 煤巷的基本特征
• 2.1.1 煤巷简介
• 2.1.2 煤巷的基本特征
• 2.1.3 封堵煤巷的意义
• 2.2 适合煤巷封堵用的胶粘材料
• 2.2.1 煤巷封堵材料必须满足的性质
• 2.2.2 目前常用的胶粘材料特点分析
• 2.3 LIT密封剂的提出与应用
• 2.3.1 LIT密封剂的提出
• 2.3.2 LIT密封剂的优点
• 2.3.3 LIT密封剂的应用
• 2.4 本章小结
• 第三章 LIT密封剂的试验研究
• 3.1 LIT密封剂的基本性质
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 LIT密封剂的基本性质
• 3.2 LIT密封剂的密封性试验
• 3.2.1 密封性试验的要求
• 3.2.2 目前测量材料渗透系数常用的方法
• 3.2.3 试验装置及原理
• 3.2.4 试验步骤及结果分析
• 3.2.5 装置的复验性试验
• 3.2.6 喷涂前后对混凝土渗透系数的影响
• 3.3 LIT密封剂的施工性试验
• 3.3.1 LIT密封剂的固化时间试验
• 3.3.2 LIT密封剂的粘度
• 3.3.3 LIT密封剂的耐水性试验
• 3.3.4 小结
• 3.4 LIT密封剂的时效性与经济性试验
• 3.4.1 时效性试验
• 3.4.2 经济性
• 3.5 LIT密封剂的安全性与不可燃性试验
• 3.5.1 安全性试验
• 3.5.2 不可燃性试验
• 3.6 LIT密封剂的无腐蚀性试验
• 3.6.1 试验方法
• 3.6.2 试验步骤
• 3.6.3 结果评价
• 3.7 LIT密封剂的其它性质试验
• 3.7.1 钢铁防锈
• 3.7.2 对水泥的固化时间的影响试验
• 3.8 本章内容小结
• 第四章 喷涂封孔与井下平行孔驱替煤层气技术研究
• 4.1 瓦斯抽采的现状
• 4.1.1 瓦斯的来源与赋存
• 4.1.2 瓦斯抽采技术的现状与发展
• 4.1.3 瓦斯抽采面临的挑战
• 4.2 喷涂封孔提高瓦斯抽取率的数值模拟
• 4.2.1 煤层瓦斯渗流模型及其求解
• 4.2.2 数值模拟研究
• 4.2.3 结论
• 4.3 井下平行孔驱替煤层气技术
• 4.3.1 煤对气体的吸附能力
• 4.3.2 注气驱替煤层气的作用机理
• 4.3.3 结论
• 4.4 喷涂封孔与井下平行孔驱替煤层气试验
• 4.4.1 现场试验简介
• 4.4.2 驱替试验机理
• 4.4.3 现场试验条件
• 4.4.4 试验目的与目标
• 4.4.5 试验工序
• 4.4.6 结果评定
• 4.5 本章小结
• 第五章 LIT密封剂巷道喷涂减缓瓦斯涌出研究
• 5.1 巷道瓦斯涌出的现状与对策
• 5.1.1 巷道瓦斯涌出的原因
• 5.1.2 矿井巷道瓦斯涌出量的预测
• 5.1.3 掘进工作面瓦斯涌出量的预测
• 5.1.4 应对瓦斯涌出的措施
• 5.2 喷涂减缓瓦斯涌出的理论研究
• 5.2.1 喷涂法的理论难点
• 5.2.2 瓦斯在煤层与喷涂层中的渗流传质微分方程
• 5.2.3 物理数学模型及定解条件
• 5.2.4 喷层厚度的计算
• 5.2.5 喷层厚度的校核
• 5.2.6 小结
• 5.3 喷涂巷道减缓瓦斯涌出的试验研究
• 5.3.1 现场试验简介
• 5.3.2 试验地点与现场条件
• 5.3.3 试验机理、目的与目标
• 5.3.4 试验方案
• 5.3.5 试验中遇到的问题及对策
• 5.3.6 试验结果评定
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 LIT密封剂的性能总结
• 6.3 展望
• 参考文献
• 硕士在读期间完成的科研成果及发表的论文
• 硕士在读期间参加的科研项目
• 致谢