一种钻孔水力采煤系统的研究

钻孔水力采煤是指从地表钻孔至煤层借助送至孔底的水射流切割破碎煤层,使之变成具有流动性的煤水混合物。通过水力或气举提升的方法提升到地表并在地表进行煤、水分离的一种采煤方法。文中提出了一种钻孔水力采煤系统的原理、构成及其施工工艺。通过理论分析和试验研究,对该钻孔水力采煤系统的射流泵水力提升、气举提升和水射流破碎的三个关键技术,进行讨论和分析,得出一些有用的结论:(1)为提高采矿效率和单井采煤量并降低能耗,必须将钻孔水力采煤系统的三个关键技术有机地结合起来进行设计。射流泵的设计应该满足煤颗粒最低悬浮速度、无量纲参数的最优化以及防止汽蚀的要求;(2)在射流泵喷嘴形式的选择中,可以根据吸入颗粒的大小来选择中心喷嘴或环形喷嘴射流泵;(3)气举的提升和背压作用可以提高射流泵的提升能力并降低能耗。气举提升单独作为一种开采扬矿工艺具有很大的局限性,但其与射流泵结合后就能很大程度地提高射流泵的提升能力;(4)气举提升与水射流破碎相结合能充分提高水射流的破碎半径和破煤能力。影响水射流效果的主要因素是射流的淹没状态、射流压力和流量,钻孔水力采煤破碎水枪的理想射流是非淹没自由射流,通过气举作用可以在开采峒室内创建非淹没自由射流。     

钻孔水力采矿研究方法的探讨

综合分析工艺流程、喷射机理，水枪设计，升举效率和安全稳定性等，将钻孔水力采矿的众多技术问题归纳为5个方面析要点内容，为开展钻孔水力采矿的技术研究和技术开发工作提出基本思路。     

钻孔水力采矿技术及应用前景

钻孔水力采矿已有二十三年的研究历史。近几年来,在市场经济条件下,俄罗斯频繁进行工业试验,并把它作为一种新的采矿方法试采固体有用矿物,以解决俄罗斯部分重要和稀缺矿物的需求,减少进口。本文简介钻孔水力采矿的原理、主要工序及与传统开采方法比较具有的优点;前苏联、美国、俄罗斯进行的典型试验实例及效果;俄罗斯近期加快钻孔水力采矿试验研究及推广应用的动向;钻孔水力采矿的应用前景。     

钻孔水力采矿射流喷嘴初步试验研究

围绕钻孔水力采矿的关键元素——喷嘴，在进行小直径喷嘴试验的基础上，分析研究试验数据，提出喷嘴的设计思路，完成喷嘴的基本选型。针对不同岩层的特性，提出不同的水力采矿方案。研究处在钻孔底高压淹没条件下，水射流的碎岩机理和碎岩能力。     

深厚覆盖层钻孔样与基坑样压缩特性对比研究

根据四川、西藏等地区大量工程揭示,西南山区大部分江河都存在河床深厚覆盖层问题,其厚度达几十米、上百米,甚至几百米,在工程建设中,特别是水电工程建设中,限于河床覆盖层深厚,前期阶段对其压缩特性的研究多基于钻孔样,主要包括孔内测试及钻孔样室内试验,因钻孔样存在的扰动、应力变化等情况,势必对其试验结果有所影响。本文首先对河床部位的主要物质组成进行了大体分类,并依此选取了典型工程,通过开挖期对基坑样进行复核性试验,对比前期钻孔样与之差异程度,并对产生差异的原因进行了解析。     

钻探工程在气化采煤压裂试验钻孔中的应用

通过内蒙古通辽地区气化采煤压裂试验钻孔施工实例,全面介绍了岩心钻探设备及技术在大口径钻探工程中的成功应用。并对保证钻孔垂直度、全孔下套管、造穴等特殊工艺和要求所采取的技术措施进行了重点总结。     

漏失地层近水平钻孔水力反循环取心试验

基于煤矿井下陷落柱、小断层等地质异常体精确探查对漏失地层近水平孔取心钻进的迫切需要,采用双壁水力反循环连续取心技术进行井下地质异常体探查,分析其技术原理及特点,研制配套的ø89/42 mm双壁取心钻杆和反循环取心钻头,并在某地面矿山进行功能性试验,共施工完成3个近水平取心钻孔,单孔最高取心率为83.6%,最大回次进尺69 m,平均钻进效率为3.61~6.26 m/h。针对漏失地层冲洗液漏失严重的问题,提出双壁取心钻具的结构改进优化方案,采用改进后的取心钻具岩心上返通道返水流量和流速大幅提升,最后指出该套反循环取心施工中出现的钻孔环空排渣及岩心卡堵问题并提出了针对性的解决方案,包括采用正反循环排渣法解决钻孔环空排渣问题和采用中心通道打水解卡方法解决岩心卡堵问题。试验表明：该套双壁取心钻具满足煤矿井下地质异常体探查的施工需要,为煤矿井下地质异常体探查提供新的技术途径。     

钻孔水力开采工艺：开采地下矿产的新方法

介绍了国外新兴的采矿技术－钻孔水力开采工艺,指出其工艺特点,影响因素,使用条件和在我国推广的技术经济意义。     

钻孔灌注桩泥浆流变特性及水力参数研究分析

钻孔灌注桩泥浆主要功能是稳定孔壁、悬浮和携带钻渣,其泥浆流变特性和水力参数对泥浆作用至关重要。本文首先实验研究了钻孔灌注桩泥浆的流变特性;然后推导出了钻孔灌注桩泥浆流变参数的计算公式;最后分析了钻孔灌注桩泥浆稳定孔壁、携带和悬浮钻渣的特性,对评价和优化钻孔灌注桩泥浆具有重要理论和实践意义。     

利用水文地质测井方法确定钻孔间含水层的水力联系

用水文地质测井(下简称水文测井)方法解决钻孔间含水层的水力联系,除用一般水文测井方法外,还需把扩散法与提捞法进行合理的配合使用,并在含水层上做井中激发极化二次场衰减曲线。工作方法为:首先分别在两个钻孔进行水文测井,把含水层位置、厚度和钻孔中含水层间的补给关系确定出来;然后选择涌水量较大的钻孔作为提水孔或抽水孔,另一个钻     

基于蜗轮蜗杆伸缩方式的钻孔水力开采钻具设计

钻孔水力开采技术具有建矿周期短、环保、采矿费用低、工作深度大等优势,在我国贫矿、深部矿等资源的开发利用方面,有广阔的应用前景。本文总结了传统水力开采钻具的工作特点,分析了固定式喷嘴对开采效率的影响,介绍了本课题组的研究成果,并在此基础上研制了具有自主知识产权的基于蜗轮蜗杆伸缩方式的钻孔水力开采钻具,该钻具实现了水力喷射装置的伸缩运动,实现了靶距的可控调节,从而增加了单孔采矿区域,提高了开采效率。     

棘爪机构伸缩式钻孔水力开采装置的设计与试验

钻孔水力采矿由于安全系数高、工程效益和生态环境保护好等优点在国外一直被研究和使用。我国相关的科研院所也正在开展研究。本文在分析研究国外钻孔水力开采装置的基础上,研制了具有自主知识产权的棘爪机构伸缩式钻孔水力开采装置。该装置利用机械式伸缩水枪的方式扩大水力开采矿层的范围,创新性地采用棘爪机构固定水枪的伸出角度,从而提高单孔开采量,降低开采成本。初步野外实验结果表明,该装置结构设计合理、工作可靠性高,可有效进行开采,达到了预期的目标。     

煤矿井下长钻孔分段水力压裂技术研究进展及发展趋势

“十三五”以来,围绕“我国煤矿井下煤层区域增透瓦斯高效抽采和坚硬顶板岩层弱化区域治理”两大难题,将定向长钻孔与分段压裂技术结合,通过技术攻关与装备研发及工程试验,在煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂技术和装备研发及工程示范应用等方面均取得了明显进展。主要表现在如下4个方面:(1)开发了适合于煤矿井下煤岩层裸眼定向长钻孔不动管柱和动管柱两种分段水力压裂工艺技术与工具,不动管柱分段压裂工程应用钻孔长度突破了500 m,单孔压裂实现了5段;动管柱分段压裂钻孔长度工程应用突破了800 m,单孔压裂实现了17段。(2)研发了煤矿井下低压端加砂压裂泵组和高压端加砂压裂装置,低压端加砂泵组压力达到了70 MPa,排量达到90 m3/h,携砂比达到20%;高压端加砂压裂装备耐压能力达到55 MPa,一次连续加砂压裂的砂量达到750 kg;低压端和高压端加砂装备均在现场进行了工程应用,应用结果表明装备均具有较好携砂压裂能力。(3)建立了碎软煤层围岩分段压裂和硬煤顺层钻孔分段压裂区域增透瓦斯高效抽采技术模式,前者在山西阳泉矿区和陕西韩城矿区应用钻孔瓦斯抽采纯量均值分别达到了2 811 m3/d和1 559 m3/d,后者在陕西彬长矿区应用钻孔瓦斯抽采纯量达到了2 491 m3/d。(4)探索出了坚硬顶板强矿压煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂主动超前区域弱化治理的新模式,工程应用钻孔长度突破了800 m,坚硬顶板分段水力压裂治理后,顶板来压步距、动载系数和最高压力值较未压裂区分别下降了18.9%~70.6%,5.8%~7.9%,13.7%~19.4%,有效治理了工作面坚硬顶板引起的强矿压灾害。随着煤矿井下分段水力压裂技术改进和煤矿智能开采发展的实际需要,提出了煤矿井下大排量高压力智能压裂泵组、井下长钻孔裸眼分段压裂智能工具等装备和煤矿井?地联合分段水力压裂技术研发方向,以更好地推动煤矿井下水力压裂技术与装备发展,为煤矿安全高效绿色智能开采提供技术和装备支撑。