下向瓦斯抽采孔排水增采装置及技术研究

全日制工程硕士学位论文申请人姓名：王小勇指导教师：苏现波教授蔡正龙高工学位类别：工程硕士专业名称：矿业工程研究方向：煤层气（瓦斯）抽采技术河南理工大学能源科学与工程学院二○一三年六月下向瓦斯抽采孔排水增采装置及技术研究河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文：下向瓦斯抽采孔排水增采装置及技术研究，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日中图分类号：TD712密级：公开UDC：622单位代码：10460下向瓦斯抽采孔排水增采装置及技术研究Researchonthetechnologyandsystemofdrainagefromthedownwardholeforcoalgasdrainage申请人姓名王小勇学位类别工程硕士学科专业矿业工程研究方向煤层气抽采技术导师苏现波职称教授、博导蔡正龙高工提交日期2013年4月答辩日期2013年6月河南理工大学致谢本论文是在导师苏现波教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、资料收集整理、考察试验的设计、现场的应用到论文结构的安排，导师都给予了细心地指导。两年来，苏现波老师在我的论文上倾注了大量心血，导师渊博的知识、宽厚的为人、严谨的治学态度、精益求精的工作作风，深深影响着我，使我耳濡目染，终身受益。在此对导师表示最诚挚的谢意！在论文的选题和撰写过程中得到了刘晓老师、张双斌博士、郭红玉副教授、宋金星老师、蔺海晓老师和电气学院王泰华副教授等很大帮助，你们为此付出了智慧和汗水。同时，也得到师兄弟的帮助，在此，对他们的支持和鼓励，表示衷心的感谢！感谢焦煤集团新河矿现场导师蔡正龙总工的耐心教育及经验传授，对我今后走上工作岗位有很深远的影响。感谢新河矿通风副总宋俊杰、防突科技术主管郝殿对我知识面的拓展及现场结合理论的指导。感谢全体防突科科室工作人员，实习期间，一起学习，一起工作，并提供大量数据和相关资料。正是借助他们的指点和帮助，丰富了该论文内容，使该论文能够完成顺利。感谢父母在我求学期间给予我深深的理解和支持。该论文在撰写过程中，受诸多论文资料的启发，并借鉴引用了一些作者的优秀理论、观点，在此谨向各位原著作者表示深深的感谢。最后，感谢各位专家教授在百忙中抽出时间悉心认真评阅该论文。由于作者水平有限，论文中若有纰漏和认识不足之处，恳请各位专家教授批评指正。I摘要瓦斯是制约煤矿安全生产的重要因素，在国家对煤矿瓦斯治理工作日益重视的形势下，我国煤矿瓦斯抽采工作却存在着极大的技术瓶颈和困难，其中下向瓦斯抽采孔积水和堵孔问题影响瓦斯抽采效果就是一个突出的技术难题。本论文通过研究下向瓦斯抽采孔压风排水原理、排渣原理和气驱原理，研发下向瓦斯抽采孔自动排水、排渣和气驱抽采瓦斯技术及装置，实现下向瓦斯抽采孔高效抽采瓦斯，从根本上改变高位抽放巷预抽瓦斯效率低下的现状。本论文采用理论分析和现场试验相结合的研究方法，研究了导致下向孔瓦斯抽采困难的塌孔堵孔和积水机理，通过分析气举排水、排渣机理及气驱机理，开发出一套自动排水排渣和气驱装置，并将研究成果运用于新河矿瓦斯抽采上，同时制定出一套完整的作业规范。理论方面，通过深入研究钻孔失稳积水带来的塌孔堵孔、瓦斯抽采困难的问题，对积水钻孔压力平衡过程分析，对下向孔排水过程中气举启动压力、气体携带液滴最小注气流速和注气量进行了理论分析；通过气举排水过程中实现的气举排渣的原理分析，提出了气举排渣所需注气量计算方程；通过分析气驱原理，指出了在气驱试验中起主导作用的机理。现场试验部分主要是在新河矿进行，通过自动排水排渣装置按设定程序排水、排渣及气驱试验，最终成功的解决了钻孔积水和堵孔问题，不同程度提高了瓦斯抽采浓度和流量。综上所述，下向孔自动排水排渣气驱技术装置对解决钻孔积水、堵孔问题有很大帮助，综合作用下能加快瓦斯抽采速度，缩短预抽期。本文通过理论分析和现场试验证明了下向孔自动排水排渣气驱技术对于高瓦斯突出矿井消突具有广泛的适用性和有效性。关键词：下向瓦斯抽采孔；自动排水排渣气驱装置；积水；塌孔堵孔IIIAbstractIntheincreasingattentiontotheworkofgas-control,gasistheimportantfactorthatrestrictsthesafetyofthecoalmine’sproduction.Therearemajortechnologicalbottlenecksanddifficulties.Itisaprominenttechnicalproblemthatthehydrocephalusandpluggingholesinthebottomoftheinclinedgas-pumpingholes.Bystudyingthegas-liftingprincipleandgas-drivingprinciple,thepaperexploitsthesystemofautomaticdrainage-slag-gas-driving.Itcanhelppumpinggasefficiently.Soitcanfundamentallychangethestatusquoofpumpinggasinefficiently.Bythewayofcombiningthetheoreticalanalysisandfieldtrials,thepaperstudiesthehole’scollapsingandpluggingmechanism,thegas-liftingmechanismandthegas-drivingmechanism,developsasetofautomaticdraining-slag-gas-drivingdevice.ThenappliestotheNewRiverMine,andworksoutacompletesetofoperatingstandards.Inthetheoreticalaspects,bytheanalysisofthestagnantwaterdrillingpressurebalancingprocessandtheestablishmentofthedropletsofthemistflowmodel,thepaperacquiresthegas-liftingpressureequation,thesmallestdropletinjectionflowrateandgasinjectionequation.Bytheanalysisofthegas-liftingprinciple,thepapergainstherequiredvolumeequationofthegas-liftingslag.Bytheanalysisoftheprincipleofgas-driving,thepaperindicatestheleadingprincipleinthegas-drivingmechanism.IntheNewRiverMine,throughtheexperimentofthedevice,itsuccessfullysolvedtheproblemofdrillhydrocephalusandpluggingholesandvariouslyincreasedtheconcentrationofgasdrainageandflow.Insummary,thedevicecanhelpsolvingdrillingstagnantwater,pluggingholes,then,acceleratingthespeedofgasdrainage,cuttingdownthepre-pumpingperiod.Inthispaper,bytheoreticalanalysisandfieldtests,thedrainagehole-slag-gas-drivingtechnologyforhighgasoutbursteliminatesuddenhasbroadapplicabilityandeffectiveness.Keywords:theinclinedgas-pumpinghole;automaticdrainage,slag-disachargeandgas-drivingdevice;hydrocephalus;hole’scollapsingandplugging.I目录摘要.............................................................................................................................IAbstract......................................................................................................................III1绪论...........................................................................................................................11.1研究背景及意义.....................................................................................................11.2国内外研究现状.....................................................................................................21.2.1积水机理国内外研究现状.....................................................................................................21.2.2塌孔堵孔机理研究现状.........................................................................................................31.2.3气举理论国内外研究现状.....................................................................................................61.2.4排渣理论国内外研究现状.....................................................................................................91.2.5气驱理论国内外研究现状...............................................................