穿层钻孔瓦斯抽采胎囊式可复用封孔装置研究与应用
王振锋1
曹良超2
卢志杰3
王峰4
范红光3
魏民涛5
谢文强5
王永龙1
1.河南理工大学能源科学与工程学院,河南 焦作 454003;煤炭安全生产河南省协同创新中心,河南 焦作 4540032.河南理工大学能源科学与工程学院,河南 焦作 4540033.河南神火煤电股份有限公司新庄煤矿,河南永城 4766004.神火集团许昌新龙矿业有限公司,河南 许昌 4525705.河南神火煤电股份有限公司,河南永城 476600
摘要：针对传统封孔工艺密封性能差、钻孔瓦斯体积分数衰减快、封孔经济成本高等难题,提出"自适应钻孔变形、柔性保压、动态密封、重复利用"的新型封孔技术,研发了一种瓦斯抽采新型"胎囊式"可复用封孔装置,并阐述了"胎囊式"封孔装置的基本结构设计和封孔技术原理.采用数值模拟、实验室试验和理论分析相结合的研究方法,探究封孔装置的核心构件(密封胎囊)的变形性能和密封性能.以神火集团新庄煤矿为工程背景,开展现场实践.结果表明:壁厚为 1mm和2mm的胎囊能够在较低的注浆压力条件下迅速膨胀,满足钻孔封孔要求;胎囊与孔壁的平均接触应力随施加作用力的递增呈逐渐增大的趋势,与壁厚为 1mm的密封胎囊相比,壁厚为 2mm的密封胎囊随压力的递增其整体密封性能表现更加稳定;封孔试验表明,胎囊的极限承压能力与胎囊自身壁厚呈正相关,当注浆压力大于 0.32 MPa时,封孔装置能够有效密封钻孔;结合数值模拟、封孔试验和注浆封孔力学分析结果,得出胎囊结构设计参数的最优组合解为长度 1 000 mm,壁厚2 mm.现场工程实践表明:与传统"两堵一注"带压封孔工艺相比,在相同的抽采期内,新型封孔工艺较传统封孔工艺的钻孔平均瓦斯抽采体积分数提升 126.6%,平均抽采纯量提高 120%;首次抽采结束后胎囊的重复利用率为 84%,3次抽采结束后胎囊的回收利用率达 65%,瓦斯抽采体积分数整体提升 30%以上,证明新型封孔工艺不仅能够提高钻孔的抽采效果,延长高体积分数瓦斯的抽采时间,同时达到了封孔装置重复利用的效果,为矿井瓦斯抽采方法提供了新的技术路径.
关键词：胎囊式封孔可复用封孔装置柔性保压动态密封重复利用
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：河南省科技攻关计划资助项目(232102320240)河南省自然科学基金资助项目(242300421249)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 4811-4823 )
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