本文主要概述了2005年西部工矿业中科学技术应用情况分析。西部地区的工矿业要得到大的发展，必须依靠科技创新，走新型工业化道路。2005年西部工矿业科学技术应用取得了长足进展。首先介绍了2005年科学技术在西部工业中应用的基本情况。其次分析西部工矿业中科学技术应用取得的成绩与存在的问题。

为了保持深部硐室的长期稳定,降低硐室维修费用,保证矿井的安全生产,以新庄煤矿暗斜井第2部大断面机头硐室为工程背景,采用数值计算研究了大断面硐室顶板卸压巷道的卸压机理。研究结果表明,顶板卸压以后硐室顶底板围岩垂直应力均大幅减小,且底板垂直应力减小的幅度较大;顶板卸压对硐室顶板的扰动较小;卸压以后硐室顶底板和两帮围岩水平应力、水平位移均明显减小,所以顶板卸压效果明显。在此基础上,设计了大断面硐室顶板卸压巷道的参数和卸压区域,并提出了卸压巷道掘出以后,采用定向抛掷爆破法进行顶板区域卸压的施工方法。

针对勘探证实筠连煤田晚二叠世龙潭组煤系泥页岩有一定的含气性,对页岩储层开展含气资源潜力评价。运用多种手段,对筠连煤田晚二叠世龙潭组煤层顶底板泥页岩样的生烃条件、储层物性及含气性等方面进行相关测试。结果显示:筠连泥页岩干酪根类型为Ⅲ型,处于过成熟热演化阶段,镜质组反射率平均3.11%,总有机碳平均2.66%,黏土矿物含量平均54%,石英含量平均39.5%,解吸含气量平均1.9 m3/t。分析表明,筠连煤田龙潭组泥页岩储层各项指标基本达到了页岩气开发的最低要求,但与美国Barnett页岩相比,除埋深浅外,其各项指标均相对较差,尤其石英等脆性矿物含量较低,不利于页岩储层的压裂造缝。

基于含瓦斯煤受载破坏表面电位试验系统,测试研究了不同瓦斯压力下煤样受载破坏产生的电位信号变化规律及其灰色突变特征。结果表明:含瓦斯煤的破坏是载荷与瓦斯气体共同作用的结果,高压瓦斯的蚀损作用促进了煤体的破坏,引起较高的电位信号。由于当煤样受载破坏时,高压瓦斯会楔入新生裂纹,加速煤体破坏,从而产生较高的电位强度,且煤体产生的电位强度与充入的瓦斯压力成正比。笔者建立了含瓦斯煤破坏电位信号和载荷灰色-突变模型,分析了含瓦斯煤破坏的电位、载荷突变规律,发现在含瓦斯煤破坏过程中电位和载荷的灰色突变判别式可反映煤样的损伤积累、破坏临界、失稳破坏3种状态。电位信号的灰色突变特征对含瓦斯煤破坏具有明显前兆特征。

为了解决反渗浓水制约现代煤化工园区废水零排放实现的问题,将反渗透浓水回用于水煤浆制备。选用烟煤和褐煤作为混合煤样,通过调整反渗透浓水比例验证其成浆性,并分析钙离子浓度对水煤浆流变性的影响。试验结果表明:随着投加反渗透浓水水量的增加,制浆浓度不断增加,其流变性越来越差。为了保证在100 s-1剪切率时表观黏度D不超过1 200 MPa·s,反渗透浓水的投加比例不宜超过50%;随着钙离子质量浓度从0增加到1 867.40 mg/L,水煤浆D从1 041 MPa·s提高到1468 MPa·s,表明钙离子可以中和煤颗粒表面负电荷,不利于降低黏度,流动性变差。

为了研究磁性树脂对细粒煤脱水的性能,制备了磁性聚丙烯酸钠(PAAS)树脂,表征了磁性PAAS吸水树脂中磁性物晶态,测定了树脂在水中的溶胀性能;考察了树脂与细粒煤配比、混合时间、细粒煤初始水分以及树脂的重复利用等因素对脱水效果的影响。结果表明,Fe3+和Fe2+渗透到PAAS树脂形成Fe3O4会使树脂的溶胀率降低。细粒煤中初始水分为14%~26%,混合时间为2 h时,树脂与细粒煤质量配比为2%,磁性PAAS树脂与PAAS树脂均可以将其水分降低至9%以下,应用磁性PAAS树脂对含水细粒煤的脱水效果明显。磁性PAAS树脂循环使用对细粒煤的脱水效果影响不明显,在循环使用次数初期,磁性PAAS树脂中Fe3O4含量随着循环次数的增加而明显降低,随着循环次数的进一步增加,树脂中Fe3O4的流失量不大。循环15次后,树脂中磁性物Fe3O4含量依然有14.13%。

针对谢桥煤矿13218综采工作面沿空掘巷工程地质条件,为揭示窄煤柱沿空巷道在整个服务期内不同阶段覆岩结构运移形态的差异性,利用掘巷期间巷道顶板岩梁承载支点形成的覆岩大结构,能确保沿空巷道自身稳定和回采期间该覆岩结构使顶板不会失稳垮落的特点,采用FLAC3D模拟软件,对沿空巷道不同阶段覆岩应力分布、围岩变形特征、支护体受力进行模拟研究,并对其支护参数进行优化。结果表明:与原支护方案相比,采用大延伸率高强螺纹钢锚杆和小孔径锚索顶板补强、锚网护帮、底角锚杆防底鼓等支护技术,沿空巷道围岩塑性区范围由2.5 m缩至1.4 m,顶板下沉量由620mm减至430 mm。优化后的支护方案使得围岩释能让压,确保了窄煤柱沿空巷道在掘巷及回采期间围岩变形可控。

针对深井巷道围岩变形剧烈、变形持续时间长、支护难度大等问题,分析可知深井巷道围岩变形可控性较差,拟采用一次支护控制围岩变形,但现有工程技术条件下很难实现,且经济效益较差,据此提出基于高强多边形封闭式型钢支架的巷道围岩分次控制技术,对多边形封闭式型钢支架进行优化设计,一次支护采用锚杆+锚索联合支护让压,二次支护在巷道变形量接近锚索极限延伸量的80%时进行,采用高强多边形封闭式型钢支架强力支护,在邢东矿应用结果表明:采用新支护方式的巷道围岩变形量较小,顶板总变形量能够控制在52~72 mm,该支护技术能较好地保证围岩稳定性。

针对煤层气直井水力压裂时常发生窜流导致压裂改造失败这一工程难题,引入泥饼仿地成凝饼(MTA)固井方法。通过室内模拟试验,研究了MTA固井方法应用于煤层气井的实用性和有效性,分析了该方法对提高煤层气井压裂成功率的意义。试验结果表明,MTA固井方法与煤层气井钻井液的配伍性好,能够满足煤层气井安全钻井对钻井液的要求;与原有固井方法相比,MTA固井方法可使煤层气井隔层界面抗剪切强度提高400%以上。原有固井方法的隔层界面窜流系数均大于1,窜流风险高,压裂成功率低;而MTA固井方法的隔层界面窜流系数均小于1,窜流风险低,压裂成功率高。该研究为提高煤层气井压裂成功率提供了一条新途径。