煤矿井下水平定向钻进技术的发展

国内外煤矿井下水平定向钻进技术(HDD)的发展具有不同的技术路线,这涉及钻进设备和钻具、钻孔监测仪器的研发,钻孔轨迹控制理论的研究等。本文阐述了煤矿井下HDD技术在国内外的发展特点及我国在该领域未来几年的发展方向。     

随钻测量钻进技术在煤矿井下瓦斯抽放中的应用

随钻测量是煤矿井下定向钻进中的关键技术之一。介绍了随钻测量钻进技术的特点和工作原理,以及定向孔的设计和工艺步骤,并对其在陕西彬县亭南煤矿、宁夏汝箕沟煤矿和晋煤集团岳城煤矿瓦斯抽放中的应用进行了阐述。     

我国煤矿井下近水平定向钻进技术的发展

煤矿坑道近水平定向钻进技术是钻探工程领域的一项新技术,主要应用于岩层和较稳定、较硬煤层的瓦斯抽放钻孔和地质勘探孔。简述了国内外煤矿井下近水平定向钻进技术的发展概况,对目前煤矿井下近水平定向钻进技术所采用的稳定组合钻具钻进和孔底螺杆马达钻进两种主要方法的特点与适用范围作了分析。结合我国煤矿井下地质条件、煤层特征和定向钻孔的技术要求,对我国煤矿井下定向钻进技术的应用提出了几点建议,并对我国煤矿井下定向钻进技术与装备进行了展望。     

煤矿井下近水平定向钻进技术装备及应用

矿井地质是煤矿安全生产的前提条件和基础,作为地质情况呈现的直观手段,井下钻探技术与装备目前已经广泛应用于矿井边界勘探、井下治水、瓦斯治理等领域。根据井下钻探施工发展与技术现状,在分析了煤矿井下钻探技术面临的主要挑战的基础上,介绍了定向钻进技术与装备在煤矿井下的应用与前景。     

水平定向钻进技术在胡底煤矿地质构造勘探中的应用

定向钻孔技术可以精确控制钻孔轨迹,可满足胡底煤矿对探明地质构造的要求。该矿采用ZDY6000LD型钻机施工4个近水平定向钻孔,精确探明主运、辅运石门的煤层走向,为抽掘采衔接提供了依据。介绍了胡底煤矿地质构造勘探定向孔的设计依据及钻进工艺。     

煤矿井下硬岩定向钻进螺杆马达选型及试验

为了提高煤矿井下硬岩定向钻进效率,在分析硬岩定向钻进螺杆马达要求的基础上,选择了4种不同类型的螺杆马达在陕西韩城桑树坪煤矿进行井下硬岩定向钻进试验。试验结果表明,四级7︰8头螺杆马达和五级5︰6头螺杆马达在定向钻进硬岩时,其平均机械钻速分别为2.52 m/h和2.15 m/h,累计纯钻进使用时间可达550 h。这2种类型的螺杆马达表现出长寿命、高效率等特点,适合于定向钻进硬岩地层。     

煤矿井下硬岩定向钻进孔底水力加压技术

为解决煤矿井下硬岩深孔滑动定向钻进过程中因钻柱托压效应引起的给进压力大、钻进效率低、钻孔深度受限等问题,提出了采用孔底水力加压方式提高钻头钻压的技术思路。通过借鉴石油钻井领域水力加压器结构并结合煤矿井下近水平孔钻进工况进行了孔底水力加压器结构设计,运用理论计算和数值模拟方法进行了水力参数设计。对样机进行了室内测试,测试结果表明,采用φ12 mm、φ13 mm、φ14 mm活塞水眼在流量200~450 L/min范围内输出轴向压力2~10 kN。在淮南张集矿进行了现场试验,并总结出了一套孔底水力加压和水力辅助加压工艺,试验结果表明,滑动定向钻进方式下钻孔深度由464 m顺利延伸至578 m,深孔钻进时最大钻效由之前托压孔段的1 m/h以下提高至3 m/h以上,试验进尺内平均给进表压较托压孔段降低了23.8%、平均钻效提高了137%。     

煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展

煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域。经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺。结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高。     

煤矿断层构造复杂程度的非线性分析

煤矿中断层构造对开采条件、瓦斯突出、矿井突水等都有显著的影响。以陈四楼煤矿为例,利用分形理论计算了深部采区断层构造的分维,对断层构造的复杂程度进行了讨论和划分;分析了不同区域断层构造分维值出现差异的原因;建立了断层构造分维与矿井突水单位涌水量的对应关系,随断层分维的增加,矿井突水的单位涌水量也将随之增大。研究区的断层分维在0.7925～1.4534,断层总体的复杂程度为中等。     

华北隐伏型煤矿地下水水化学演化多元统计分析

为了阐明采动影响下华北隐伏型煤矿地下水化学演化规律,选取淮北煤田任楼煤矿为研究示范,运用系统聚类与主成分分析法对任楼煤矿不同时期的四含、煤系、太灰与奥灰含水层地下水水样的常规水化学指标（K⁺+Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-与CO₃^2-）开展多元统计分析,从而划分不同水化学类型,进而揭示地下水化学形成条件。研究结果表明：地下水\     

华北煤系变形特征与煤矿瓦斯赋存规律

瓦斯既是煤矿灾害的致灾因素之一,又是重要的清洁能源,厘清煤系变形瓦斯赋存规律是煤矿瓦斯灾害预防和煤层气高效开发的基础。以华北煤系为研究对象,以构造演化及控制为主线,运用板块构造、构造演化和瓦斯赋存构造逐级控制等理论,系统研究华北煤系变形特征与煤矿瓦斯赋存规律。结果表明,华北板块处于三大构造域相互作用交接的中心,控制着华北板块的形成与演化,华北板块与周缘板块之间的相互作用制约煤系的形成、赋存和变形,控制构造煤的形成与分布,同时控制着煤矿瓦斯的生成、运移和保存;华北煤系变形强度具有由板缘向板内、由挤压型造山带向远离造山带减弱的趋势;构造煤的形成与分布和构造演化过程中煤系变形有较好的一致性,构造煤的发育程度也具有由板缘向板内以及由靠近挤压型造山带向远离造山带减弱的趋势,伸展构造带构造煤不发育,但伸展背景下形成的大型滑脱构造容易形成成层发育的构造煤;华北煤矿瓦斯分布具有明显的区带特征,可划分为7个高突瓦斯区和6个低瓦斯区,进一步划分为15个高(突)瓦斯带和13个低瓦斯带。研究成果对国家有的放矢的瓦斯治理和煤层气开发具有重要的指导意义。      

矿井水灾害:原因·对策·出路

进入新世纪,煤炭行业经过十年黄金期高速发展,煤炭产量稳定在目前的45亿t左右。煤矿安全形势总体向好,事故由多发、频发甚至群发,重特大事故时有发生,到单发、偶发,特别重大事故得到有效遏制;矿井水灾害仍为我国煤矿的主要灾害类型,是仅次于瓦斯灾害的第二大杀手。分析表明,客观上开采环境复杂以及主观上重视不够,是事故发生的主要原因;井田水文地质条件勘查、隐患探查治理、突水征兆辨识等“三道关”失守,是事故发生的主要技术原因。相应提出了依规勘查查清条件、照章探放消除隐患、异常辨识及时撤人3项过“三道关”技术措施,规范了“查疑、设计、施工、评价”超前探放水工作流程,强调了勘查理论技术体系和防治水工作体系及其各环节的新进展以及智能精准感知辨识技术为“守关”的科技支撑作用。展望未来,深度学习、智能感知及升尺度方法等理论探索,“三维透明地质体”及其属性探测技术的突破,是解决地质体的随机性、流体的时变性和采矿的动态性的根本出路,可实现我国矿井水可防可控的终极目标。     

Floor design in underground coal mines

Summary Floor failure and excessive heave in underground coal mines can jeopardize the stability of the whole structure, including the roof and pillars, due to differential settlements and redistribution of stress concentrations. Besides, floor failure is detrimental to haulageway operation and can lead to unacceptable conditions of high deformation. Thus, the design of any underground opening must consider roof/pillar and floor as one structural system.This paper presents guidelines for the design of mine floors, including the necessary field and laboratory investigations and the determination of the bearing capacity of floor strata. The design methodology is based essentially on a modified Hoek-Brown rock mass strength criterion. The main modifications are the introduction of the concept of the point of critical energy release to account for the long term strength, the inclusion of tensile strength and the adoption of a lithostatic state of stress in the rock mass. The determination of the dimensionless parametersm ands result from correlations with the RMR (rock mass rating) of the Geomechanics Clasification. Nine case histories, both in longwall and room and pillar coal mining, were analyzed with the proposed methodology.     

淮南煤炭矿区矿山地质环境问题及影响因素分析

淮南煤炭矿区内煤炭能源矿产分布集中,煤质优良,是华东地区重要的能源基地,通过矿山地质环境调查,查明矿区内以地面塌陷和含水层破坏为主的矿山地质环境问题,并深入分析造成矿山地质环境问题的影响因素。     

我国露天煤矿截水帷幕关键技术进展

我国露天煤矿普遍采用抽排方式进行地下水控制以满足煤炭资源安全开采要求,这种方式对水资源造成极大破坏,严重影响煤矿周边的生态环境。近年来,随着我国社会经济的全面发展,国家对生态环境保护、生态文明建设提出了更高要求,如何优化、转变露天煤矿地下水控制方式,减少矿坑疏排水量是露天煤矿防治水工作普遍面临的崭新课题。采用截水帷幕技术取代疏排降水技术,由被动疏水变为主动截水,是解决露天煤矿因疏排水带来诸多问题的根本措施。以内蒙古扎尼河露天煤矿、元宝山露天煤矿截水帷幕实施过程为例,介绍我国露天煤矿截水帷幕设计理念、施工工艺和截水帷幕材料,在实践过程中,突破了防渗膜大深度垂向隐蔽铺设与连接技术瓶颈;研发了超长槽段连续开挖及浇筑工艺,大幅减少接头数量;研制粉煤灰?水泥混合浆体与HDPE防渗膜的复合帷幕材料,提高帷幕抗渗与抗变形性能;构建帷幕质量与截水效果综合检验体系,掌握了露天煤矿截水帷幕建造关键技术。截水帷幕技术在我国露天煤矿的成功应用,丰富了露天煤矿防治水与水资源保护技术理论,促进了行业技术进步,为露天煤矿地下水控制及安全绿色开采提供了新思路、新技术、新工艺,对其他非煤矿山及水利水电、交通等更高防渗等级要求的工程具有重要借鉴意义。      

煤矿井下地震勘探资料特殊处理方法及效果

与地面地震勘探相比,煤矿井下地震勘探具有较高的分辨率,但也存在一些特殊问题,如炮间时差即为其一,需要采取特殊处理手段加以解决。针对矿用雷管引起的各炮间时差问题,采用单炮初至时间回归预测分析方法校正激发时间不一致所带来的延迟时,并引入了地表一致性振幅校正及地表一致性反褶积技术,使得煤矿井下地震信号振幅、波形不一致的问题得到了较大的改善。实际资料处理效果表明：经过以上处理后,煤矿井下地震叠加剖面效果得到明显改善,为构造解释和岩性解释创造了条件。     

华北型煤田岩溶水水文地球化学研究进展

文章总结了水文地球化学在分析浅层煤田岩溶水化学特征、建立判别矿坑突水水化学模式、研究矿坑水形成机理以及制定矿区水资源管理和环境保护对策等多方面的应用效果。根据煤田深部开采"三高一扰动"的复杂环境的采矿条件,深部水文地球化学环境表现出岩溶水三维水流系统发育、地下水储量大、水头高、补给广、径流长、水源温度高的特点,建议应用水文地球化学理论、方法研究深循环岩溶水的运动规律、深部岩层与富水性关系、煤田深部地下水水化学特征及其形成机制。