收藏本站
《中国矿业大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

材料复合技术及其在钻孔密封中的应用研究

郝志勇  
【摘要】: 钻孔抽采是煤矿瓦斯治理的基础技术手段,应用范围广泛。而打好钻孔后一般都要求对钻孔进行密封,钻孔密封是保持孔底负压或正压的关键因素。封孔质量的好坏直接影响各类钻孔作用的发挥。而我国煤矿各类钻孔的封孔质量均不容乐观,迫切需要开展钻孔密封材料、技术及装备的研究。为了遏制瓦斯突出、瓦斯爆炸等重大事故的发生,提高钻孔抽放效率、煤与瓦斯突出煤层消突速率、减少钻孔数量,节约生产成本,开展复合材料在钻孔密封技术中的应用研究具有十分重要的现实意义。 本文首先通过对钻孔周围条件的简化,分析了孔周围应力场和裂隙场的分布情况。理论推导得出了钻孔周围破碎区和塑性区半径的表达公式。理论分析结合数值模拟结果认为:从钻孔的中心向外延伸,钻孔周围可分为四个区域,即破裂区、塑性区、弹性区、原岩应力区,钻孔周围存在一个应力大、渗透率小的约束环。钻孔周围岩体内的裂隙密封就是注入的密封浆液在外加压力或自身膨胀压力下扩散进入填充钻孔周边塑性区的范围,使得钻孔到塑性区范围内的渗透率和力学状态发生改变。 其次,在渗透注浆球形扩散和柱面扩散理论的基础上,根据渗透率与应力状态和注浆参数之间的函数关系,推导出流体密封后钻孔围岩渗流和应力状态变化的理论模型,描述了钻孔周围岩体渗透率和钻孔周围岩体应力应变与各注浆参数之间的关系。 第三,依据对钻孔微裂隙进行密封的要求,开发出了水泥基聚合物复合密封材料,应用复合材料的界面理论、水泥的膨胀机理、微胶囊化技术、扩散控制的化学反应原理、溶胶相变过程等方面,阐述了水泥基聚合物复合密封材料的反应机理。 第四,根据钻孔现场应用对密封材料的要求,确定了材料原料的种类和实验工艺流程。实验研究了聚合物对材料致密性的影响、膨胀剂对材料膨胀性能的影响、囊壁质量比对材料膨胀速率的影响、溶胶相变时间的影响因素等,确定了原料的种类和基本的用量。采用正交实验,得到了三种合适的水泥基聚合物复合钻孔密封材料——PD系列,膨胀性能测试显示,三者的膨胀系数分别为1.29,1.31,1.35。分别对PD-I、PD-III进行了密封负压钻孔性能测试和密封正压钻孔性能测试,测试结果表明:针对负压抽采钻孔和正压压裂钻孔密封性能要求,所开发材料的密封性能良好,密封效果均要优于聚氨酯材料。对PD材料和聚氨酯材料的细观图像进行观测及分析,解释了PD材料更加致密的原因。 第五,将配置好PD材料作为真实流体,研究了其在管路中流动经过阀门时的运动规律。结果认为:密封浆液流动需要驱动设备具有一定的压力,用以克服流动阻力。研制了有液压助力系统往复式柱塞泵系列设备,根据不同的动力来源分为:手动液压注浆泵、风动液压注浆泵、双动力注浆泵和配套的气动搅拌机。 最后,根据密封材料和注浆设备的性能,开发了压塞-注浆封孔工艺。从材料到结构上,自行设计密封装置的关键部件-堵浆塞。在此基础上,在平煤四矿进行了PD-II密封本煤层钻孔和迎面斜交钻孔的工作,在郑煤崔庙矿采用PD-I和PD-III协同密封穿层钻孔进行条带消突的工作,对相关参数进行了测试、分析。 通过以上研究,在理论上阐述了钻孔流体密封的实质,推导出流体密封后钻孔围岩渗流和应力状态变化的理论模型,技术上开发了用于钻孔密封的水泥基聚合物复合钻孔密封材料和“压塞—注浆”封孔工艺,装备上研制了用于将密封材料输送到钻孔密封段的注浆设备,实际应用反映了该系统封孔技术具有较大的优越性。 课题研究期间,作者公开发表学术论文6篇,其中EI检索2篇;取得或申请受理专利8项,其中发明专利4项;获得省部级科研二等奖1项,排名第七。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD712.6

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 李永德,杨静,谭上飞,赵世琦;双组分反应性聚氨酯建筑密封材料的研究[J];化学建材;2000年02期
2 张宗涛,方敏,杨晓玲,胡黎明;纳米ZrO_2-Al_2O_3复合粉末注浆成型与烧结行为研究[J];硅酸盐通报;1996年03期
3 何书建;煤层瓦斯压力测定新技术[J];矿山压力与顶板管理;2003年03期
4 管学茂,胡曙光,丁庆军,陈明祥;超细水泥基注浆材料性能研究[J];煤矿设计;2001年03期
5 吕闰生,张子戌;提高测压钻孔瓦斯压力测定成功率分析[J];煤炭工程;2004年11期
6 马新仿,张士诚;水力压裂技术的发展现状[J];河南石油;2002年01期
7 仵彦卿;裂隙岩体应力与渗流关系研究[J];水文地质工程地质;1995年06期
8 李同林;煤岩层水力压裂造缝机理分析[J];天然气工业;1997年04期
9 胡耀青,赵阳升,杨栋,段康廉;煤体的渗透性与裂隙分维的关系[J];岩石力学与工程学报;2002年10期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 叶青;林柏泉;张建国;;工作面卸压区浅孔瓦斯抽放机理及其影响因素分析[A];煤层气勘探开发理论与实践[C];2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张国华;本煤层水力压裂致裂机理及裂隙发展过程研究[D];辽宁工程技术大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王显伦;锐孔法制备微胶囊技术研究[J];郑州粮食学院学报;1995年04期
2 王来应,王晓东;石墨滑片的研制[J];工程塑料应用;1999年08期
3 蔡力锋,杨俊,林志勇;玻璃微珠填充聚合物复合材料界面[J];工程塑料应用;2003年03期
4 牛牧童;吴伟端;郭胜平;;环氧树脂/碳纤维/绢云母复合材料性能研究[J];工程塑料应用;2006年01期
5 陈全胜,杨普;膜分离技术及其在农产品加工中的应用[J];安徽农业科学;2003年06期
6 郭煜;Navier-Stokes方程的数值解法[J];鞍山钢铁学院学报;1997年03期
7 周扬;表面活性剂及其HLB值在浮选中的应用[J];鞍山师范学院学报;1995年03期
8 颜酉斌,张洪林;微生物絮凝剂及其应用[J];北方环境;2004年04期
9 任福民,曾恒兴;均匀纺锤形α-FeO(OH)微晶形成过程的动力学研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);1992年02期
10 侯运炳,曹文虎,王炳文,赵冉,傅毅;高活性阿利特硫铝酸盐水泥及其水化反应[J];北京科技大学学报;2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 马丛林;田景武;;开滦东欢坨矿瓦斯赋存及涌出规律的初步分析[A];第十四届海峡两岸及香港、澳门地区职业安全健康学术研讨会暨中国职业安全健康协会2006年学术年会论文集[C];2006年
2 郝新敏;张建春;;PTFE/聚醚酯复合膜SARS防护与透湿机理的研究[A];第三届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2003年
3 周文英;牛国良;张娴;寇静利;杜泽强;;反渗透膜壳用韧性环氧树脂基体研究[A];第十五届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2003年
4 张莉;王继辉;李学梅;唐红艳;;单纤维断裂数表征GFRP界面强度的研究[A];第十五届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2003年
5 赵敏波;;伍家煤矿煤巷锚杆支护技术[A];江西省煤炭工业协会、江西省煤炭学会第九次优秀论文评选[C];2006年
6 李树刚;林海飞;成连华;;采动裂隙椭抛带中瓦斯浓度分布规律研究[A];中国煤炭学会煤矿安全专业委员会2004年学术年会论文集[C];2004年
7 钱鸣高;许家林;缪协兴;;煤矿绿色开采技术体系的构建与实践[A];中国科协2004年学术年会第16分会场论文集[C];2004年
8 李晋平;;综放大断面沿空留巷围岩稳定性研究[A];中国科协2004年学术年会第16分会场论文集[C];2004年
9 谭小宁;缪协兴;;煤矿巷道围岩非连续性变形的数值模拟[A];中国科协2004年学术年会第16分会场论文集[C];2004年
10 秦鹏;王明珠;杨胜强;;旋涡气流光整加工中磨具运动的理论研究[A];2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘旭俐;固体氧化物燃料电池CeO2基电解质的制备[D];昆明理工大学;2001年
2 高殿荣;液压技术中复杂流道流场的数值模拟与可视化研究[D];燕山大学;2001年
3 周少祥;热电联产多级闪蒸海水淡化技术的理论与实践[D];华北电力大学;2001年
4 张向武;低熔点合金聚合物基复合材料的制备与性能研究[D];浙江大学;2001年
5 穆畅道;利用铬革渣研制皮革复鞣剂和涂饰剂[D];四川大学;2001年
6 袁华;肺癌介入治疗的图象处理和模拟实验研究[D];四川大学;2001年
7 刘沛清;挑射水流对岩石河床的冲刷机理研究[D];清华大学;1994年
8 刘晓荣;铜溶剂萃取界面乳化机理及防治研究[D];中南大学;2001年
9 王颖;稠油微波加热降粘机理的研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2002年
10 芦艾;超细粒子/RPUF的制备及结构性能研究[D];四川大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘文剑;裂隙水对越岭隧道的影响及综合防治技术研究[D];中南大学;2005年
2 孙坤君;新型防渗接缝材料性能研究[D];西北农林科技大学;2007年
3 张纯;真空树脂灌注机关键技术及可靠性的初步研究[D];西安理工大学;2000年
4 龙小武;液压锥阀流场的数值预报及结构优化[D];燕山大学;2000年
5 陈斌;客车车身周围流场数值模拟的空间离散化研究[D];长安大学;2000年
6 赵悟;振动拌和RCC及SFRC的研究[D];长安大学;2000年
7 宋世崑;钢丝热浸镀铝工艺及组织性能的研究[D];大连理工大学;2000年
8 史非;高掺量FS新型胶凝材料及混凝土研究[D];大连理工大学;2000年
9 李延科;水性聚氨酯乳液的制备及其改性研究[D];北京工业大学;2000年
10 王锦山;煤层气矿藏水——气两相流作用关系的基本理论及试验研究[D];辽宁工程技术大学;2001年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 张宗涛,方敏,杨晓玲,胡黎明;纳米ZrO_2-Al_2O_3复合粉末注浆成型与烧结行为研究[J];硅酸盐通报;1996年03期
2 管学茂,胡曙光,丁庆军,陈明祥;超细水泥基注浆材料性能研究[J];煤矿设计;2001年03期
3 陈杰,金龙哲;关于聚氨酯封孔可提高瓦斯抽放效果的研究[J];煤炭工程;2003年08期
4 刘俊杰;乔德清;;对我国煤矿瓦斯事故的思考[J];煤炭学报;2006年01期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭德勇,韩德馨,王新义;煤与瓦斯突出的构造物理环境及其应用[J];北京科技大学学报;2002年06期
2 李同林;水压致裂煤层裂缝发育特点的研究[J];地球科学-中国地质大学学报;1994年04期
3 贾洪彪,唐辉明,刘佑荣;岩体结构面网络模拟技术研究进展[J];地质科技情报;2001年01期
4 吕绍林,何继善;关键层-应力墙瓦斯突出机理[J];重庆大学学报(自然科学版);1999年06期
5 高波,王群力,周孝德;混凝土发泡剂及泡沫稳定性的研究[J];粉煤灰综合利用;2004年01期
6 秦波涛;王德明;陈建华;;防灭火三相泡沫流体特性实验研究[J];辽宁工程技术大学学报;2006年04期
7 赵飞,冯修吉;颗粒大小对水泥水化和性能的影响[J];硅酸盐通报;1992年04期
8 郭瑞松,杨正方,袁启明,朱宣惠;超细莫来石粉末的成型与生坯特性[J];硅酸盐学报;1994年03期
9 崔景昆;一种有效的封孔方法[J];河北建筑科技学院学报;2003年02期
10 马尚权;陈学习;梁为;梁玉龙;;承压三相泡沫瓦斯压力测定仪[J];矿山机械;2007年11期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;密封材料[J];涂料文摘;1994年04期
2 吴鸿良;洪丹;;密封材料和粘结剂的研究及其在制粉工业中的应用[J];粮食与食品工业;1998年04期
3 ;密封材料[J];涂料技术与文摘;2003年06期
4 宋泳;;无溶剂非石棉环保密封材料及工艺[J];橡胶工业;2008年04期
5 贺福;新型密封材料——碳纤维增强塑料[J];现代化工;1982年06期
6 辛易;;新密封材料[J];化工新型材料;1985年03期
7 莫美芳;;新型高性能密封材料及其应用[J];航空材料;1986年05期
8 王咸坤;;新型密封材料——膨胀石墨[J];水泥;1989年10期
9 S·莫里斯,M·哈丁;曾凡昭;;用染色剂和密封材料为混凝土着色[J];水电科技情报;1996年01期
10 W.Schick,申建鸣,葛怡;碳氟化合物基纤维和纱线[J];国外纺织技术;2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王耀;谭康;;玻璃纤维在摩擦、密封材料中的应用及市场前景[A];中国玻璃纤维应用市场高层论坛论文集[C];2008年
2 廖琼江;潘琨;雷铁征;;混凝土抗渗性能试验密封材料的改进[A];中国地质学会工程地质专业委员会2006年学术年会暨“城市地质环境与工程”学术研讨会论文集[C];2006年
3 秦玉金;姜文忠;;高产高效矿井采空区瓦斯抽放技术评价与优选[A];中国职业安全健康协会2010年学术年会论文集[C];2010年
4 李玉申;;“三软煤层”综放面瓦斯抽放技术的研究与应用[A];第七次煤炭科学技术大会文集(下册)[C];2011年
5 李永德;;聚氨酯密封材料的性能与应用技术[A];第八届防水技术专业委员会学术年会论文集[C];2004年
6 张人为;;在第九届中国摩擦密封材料技术交流暨产品展示会开幕式上的讲话[A];第九届中国摩擦密封材料技术交流暨产品展示会论文集[C];2007年
7 杨华;郭健锋;;简述液压(液力)油与密封材料的适应性[A];液压(液力)用油品质及污染控制技术论文集[C];2004年
8 肖斌安;龚烈航;王洪伦;王哲;;柔性石墨在密封中的腐蚀特性研究[A];第八届全国摩擦学大会论文集[C];2007年
9 谢苏江;;新型微孔聚四氟乙烯密封材料的研制[A];第九届中国摩擦密封材料技术交流暨产品展示会论文集[C];2007年
10 罗昭宇;龚烈航;;高压旋转密封材料[A];中国工程物理研究院科技年报(1999)[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者  温舜方;为企业搭建国际化竞争的平台[N];中国工业报;2006年
2 金文;我国摩擦密封材料实现新突破[N];中国质量报;2006年
3 记者 周建人;第八届(北京)国际摩擦密封材料技术交流暨产品展示会在京举行[N];中国建材报;2006年
4 本报记者 张红;摩擦密封材料产业发展将呈现三个特点[N];中国建材报;2011年
5 本报记者 潘杰;小行业大作为[N];中国化工报;2006年
6 记者 周建人;摩擦密封材料行业去年实现销售收入56亿元[N];中国建材报;2006年
7 刘民;瞄准一流陶瓷密封材料产品攻关[N];科技日报;2006年
8 张燕;摩擦密封材料演绎速度与时尚[N];中国建材报;2002年
9 记者 王巧然;环保要求石油生产运输设备要有更好摩擦密封材料[N];中国石油报;2006年
10 记者 张绍武;第十二届国际摩擦密封材料展在沪举行[N];中国建材报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郝志勇;材料复合技术及其在钻孔密封中的应用研究[D];中国矿业大学;2010年
2 王磊;应力场和瓦斯场采动耦合效应研究[D];安徽理工大学;2010年
3 刘杰胜;高性能伸缩缝密封材料的制备、性能及应用研究[D];武汉理工大学;2010年
4 胡洪国;超细SiO_2增强聚硅氧烷特种有机硅密封材料形态结构与动态流变行为[D];浙江大学;2005年
5 桑绍柏;固体氧化物燃料电池密封材料设计与性能优化[D];华中科技大学;2008年
6 乐士儒;平板式中温SOFC阳极系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 何世权;纳米Fe_3O_4磁性复合丁腈橡胶的摩擦、磨损性能研究[D];兰州理工大学;2008年
8 万轶;表面织构与合金化改善密封材料摩擦学性能研究[D];南京理工大学;2008年
9 吕毅;W_2B_5/C 复合材料的反应合成与组织性能[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 惠功领;煤矿深部近距低采高上保护层开采瓦斯灾害协同控制技术[D];中国矿业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张洪良;负压环境煤的瓦斯解吸规律研究[D];河南理工大学;2011年
2 叶亚楠;固体氧化物燃料电池玻璃/陶瓷复合密封材料的研究[D];华中科技大学;2012年
3 宋丽强;屯留煤矿风排瓦斯极限能力和瓦斯抽采技术分析研究[D];太原理工大学;2010年
4 彭涛;兴黔煤矿高瓦斯煤层瓦斯抽采方法的研究与应用[D];太原理工大学;2012年
5 孙全喜;集贤煤矿高瓦斯煤层瓦斯抽采方法研究与应用[D];西安科技大学;2010年
6 冯振刚;有机蒙脱土/三元乙丙橡胶密封材料的制备与性能研究[D];武汉理工大学;2011年
7 韩康康;石泉煤矿大采高工作面瓦斯抽采方案的优化[D];辽宁工程技术大学;2012年
8 张会平;西曲矿综采工作面瓦斯抽采技术研究[D];太原理工大学;2011年
9 王政伟;采空区瓦斯抽放技术在黄白茨矿的研究与应用[D];内蒙古科技大学;2011年
10 王政伟;采空区瓦斯抽放技术在黄白茨矿的研究与应用[D];内蒙古科技大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026