本文選題：瓦斯抽采　切入點：濃度控制　出處：《河南理工大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：煤層瓦斯抽采是治理礦井瓦斯和防治煤與瓦斯突出最有效方法之一,它不僅是安全生產的需要,也是節省能源、保護環境的迫切需要。而抽采鉆孔和管路中的瓦斯濃度不僅關乎礦井安全,而且是抽采出來的瓦斯能否被利用的先決條件,如何提高管路瓦斯的抽采濃度,控制管路抽采瓦斯在爆炸限以外,是井下瓦斯抽采技術領域公認難題,實現管路瓦斯的檢測監控以及瓦斯濃度的自動化調控對瓦斯抽采領域有著重要的意義。某時刻抽采瓦斯濃度的高低取決于鉆孔內的瓦斯流量和漏氣量的大小,圍繞這一基本問題,文章對影響鉆孔瓦斯流量的主控因素、影響鉆孔漏氣量的影響因素進行分析,為研究管路瓦斯抽采濃度自動化調控系統提供理論基礎,論文的研究成果如下:1)在分析煤層瓦斯賦存與流動理論的基礎上,利用達西定律,推導出了鉆孔瓦斯流量的求解方程,并對影響其大小的因素進行理論分析,認為在同等條件下,不同煤層瓦斯壓力下,如果負壓的變化范圍值相同,流量的改變量為一固定值;提出鉆孔流量變化率以及單位負壓流量變化率的概念,通過簡化理論公式和賦值分析,提出通過計算單位負壓流量變化率的大小合理優化其抽采負壓的大小對提高鉆孔瓦斯流量以及鉆孔瓦斯濃度具有一定的實踐意義。2)在對鉆孔周圍煤巖體應變和位移分析的基礎上,基于鉆孔漏氣圈的概念,認為同等條件下,漏氣圈面積越大,漏氣量就越大,并對影響鉆孔漏氣圈面積大小的因素進行理論分析,通過探討鉆孔周圍煤體滲透率的變化,應用氣體滲流理論推導出了鉆孔漏氣量和鉆孔瓦斯濃度的求解方程,結合前一章內容推導出計算某時刻鉆孔瓦斯濃度的理論公式。3)提出基礎濃度、匯入濃度和即時濃度的概念,認為調整即時濃度的大小的關鍵是改變鉆孔的匯入濃度,并對其影響因素進行分析。其中主要是鉆孔直徑、塑性圈半徑、封孔支護力、封孔段的有效長度、抽采過程中的負壓。4)提出了流量加速度的觀點,指出鉆孔內瓦斯濃度隨負壓變化升高或降低,主要取決于瓦斯涌出量加速度和鉆孔漏氣量加速度的比值W,當W1時,提高負壓可以提高封孔單元的瓦斯抽采濃度,降低抽采負壓時將降低封孔單元的瓦斯抽采濃度;W1時,提高抽采負壓時將降低封孔單元的瓦斯濃度,降低抽采負壓時將提高封孔單元的瓦斯抽采濃度,在此基礎上提出了利用W來合理優化瓦斯濃度的方法和建議。5)基于主動支護式封孔原理,研制了囊袋式注漿封孔裝置,并進行了工程應用,實驗證明了新型封孔方法與現行的聚氨酯封孔法相比可以提高鉆孔的瓦斯濃度和抽采流量。6)設計出了煤層參數不同時瓦斯濃度隨抽采負壓變化的測試實驗裝置,并進行了不同煤層瓦斯壓力下鉆孔瓦斯濃度隨抽采負壓變化的實驗分析,以及漏氣量隨抽采負壓變化的實驗分析,認為鉆孔瓦斯的抽采濃度隨抽采負壓提高的變化趨勢主要取決于煤層瓦斯壓力、鉆孔的密封程度以及漏氣裂隙中微小顆粒的運動狀態,并據此提出了最佳抽采負壓的觀點,認為在瓦斯抽采的過程中,抽采負壓不是越高越好,也不是越低越好,而是存在一個最佳抽采負壓,并進行了最佳抽采負壓的歸類分析,認為通過探尋最佳負壓可以調整鉆孔瓦斯抽采濃度,在保證最高抽采濃度的同時盡可能的降低漏氣量。7)結合論文的理論分析以及實驗室實驗,提出了瓦斯抽采管路濃度自動調控預警系統的構想,系統利用計算機、傳感器以及動作執行機構可檢測并調整管路的抽采負壓到最佳狀態。并根據動作執行機構的不同設計了三套方案,經過比較,最終確定了以電動閥作為動作執行機構的方案。分別對主控系統、傳感器、以及動作執行機構進行了討論,完成了硬件設備的選型、PLC程序的設計、觸摸屏組態界面設計上位機組態界面設計,并進行了全面的聯機測試。8)在焦煤集團九里山礦進行了瓦斯濃度自動調控預警系統的安裝測試,并根據工程實踐地點的煤層地質條件和鉆孔封孔參數進行了系統預設值的確定,搜索出了實驗巷道的最佳抽采負壓和最佳抽采濃度,證明了理論分析的正確性和系統的可靠性、實用性。
[Abstract]:Coal seam gas drainage is the governance of mine gas prevention and control of coal and gas outburst is one of the most effective methods, it is not only the need of safe production, but also saves energy, the urgent need to protect the environment. While the concentration of gas drainage drilling and pipeline is not only related to mine safety, but also is a prerequisite for gas drainage can be out how to improve the utilization of the pipeline gas drainage concentration control in gas explosion limit outside pumping pipeline, underground gas drainage technology difficult problem, the realization of pipeline gas detection and monitoring of gas concentration automatic control plays an important role in gas field. The gas flow and air leakage of a pumping time the gas concentration depends on the size of the hole, around the basic problem, the main influence factors of drilling gas flow, influence factors of air leakage of drilling Analysis of pipeline gas drainage concentration automatic control system to provide a theoretical basis, the research results of the thesis are as follows: 1) based on the analysis of the coal seam gas occurrence and flow theory, based on Darcy's law, the solution derived from the equation of gas flow of borehole, and the factors influencing the size of the theoretical analysis, think in the same under the condition of different gas pressure, if the change is negative of the same value, change the amount for a fixed value; the borehole flow change rate and the changes in the concept of negative pressure unit flow rate, by simplifying the theoretical formula and assignment analysis, put forward by calculating the unit negative pressure flow change rate of reasonable size optimization of the vacuum extraction the size of.2 has practical significance for improving the gas flow of borehole drilling and gas concentration) based on coal and rock around the borehole strain and displacement analysis, based on the The concept of drilling leakage ring, that under the same conditions, flat circle area is greater, the greater the amount of leakage, and the influencing factors of drilling leakage ring size analyses, through the change of drilling around the coal permeability, gas seepage theory, the solution derived from the equation of the drill hole leakage volume and gas concentration the combination of the previous chapter content is calculated at a time of drilling gas concentration formula.3) based concept of concentration, concentration and concentration into the instant, think the key size is to adjust the instant concentration to change the concentration of drilling, and analyze the influencing factors. Mainly drilling diameter, plastic ring the radius of the sealing supporting force, the effective length of sealing section, negative pressure drainage.4 process) put forward flow acceleration, pointed out that the gas concentration within the borehole with negative pressure increased or decreased, mainly from The ratio of W depends on the amount of gas emission and gas leakage of drilling acceleration acceleration, when W1, increase the negative pressure can improve the gas drainage hole sealing unit concentration, reduce the pumping pressure will reduce the gas sealing unit extraction concentration; W1, improve the drainage pressure will reduce the concentration of gas sealing element the reduction of negative pressure drainage will improve the gas drainage concentration sealing unit, this paper puts forward the W to optimize the gas concentration method and the proposed.5) principle of active supporting type sealing was developed based on the bag type grout sealing device, and the engineering application, experiment proved compared with the existing polyurethane sealing method of new type of sealing method can improve the gas concentration of drilling and drainage flow.6) designed a test device for coal seam mining and gas concentration parameters change with the pumping pressure, and different coal seam gas pressure Analysis of borehole gas concentration changes with negative pressure pumping experiment, and analysis of leakage volume changes with pumping negative pressure recovery experiment shows that the borehole gas drainage concentration with vacuum extraction to improve the trend mainly depends on the gas pressure, the motion state of tiny particles of borehole sealing and leakage of the crack, and puts forward the the optimum vacuum extraction, in gas extraction process, vacuum extraction is not possible, nor is it as low as possible, but there is an optimal vacuum extraction, and the optimal pumping classified mining pressure, think through the search for the best extraction concentration pumping negative pressure can adjust the gas. At the highest extraction concentration and reduce the leakage of.7 as much as possible) combined with the theoretical analysis and laboratory experiments, put forward the concept of gas drainage and mining pipeline concentration automatic control warning system, system The use of computer, sensor and actuator can detect and adjust the action of the negative pressure drainage pipeline to the best state. According to the action of the executive mechanism design of three sets of plans, by comparison, and finally determines the electric valve actuator as the action plan. The main control system, sensor, and the action mechanism the discussion, completed the selection of hardware design, PLC program, touch screen interface design of PC software interface design, and the online test of.8 comprehensive) for the installation of gas concentration testing automatic control warning system in coking coal group nine mountain mine, and studied the system according to the preset value engineering the practice site geological conditions of coal seams and drilling hole sealing parameters, search out the best experimental roadway drainage negative pressure and the best extraction concentration, proves the correctness of theoretical analysis and system The reliability and practicability of the system.

【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TD712.6

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本文編號：1622281