谈谈井下定向透巷钻孔的防斜措施

高 井 下定 向 透 巷 钻孔 的 透 孔 精度 ,提 出了 应 从 钻 孔设 计 、钻 机 安 装 、钻 具 结 构、钻 进 工 艺 四 方 面 采 取 防斜措 施 ,以确 保 钻孔 质量 满 足生 产要 求 。     

顶驱车载钻机空气潜孔锤钻进用低压防喷装置的研制

在空气潜孔锤钻进时,孔口安装防喷装置可将高速返出的粉尘或泥浆导离孔口,防止喷向工作台而污染孔口工作环境。综合考虑ZMK5530TZJ60型车载钻机孔口工作台结构特点、配套的斜坡钻杆外形特征、钻进工艺特点以及装卸操作环境等因素,设计了一款适用于顶驱车载钻机的空气潜孔锤钻进用低压防喷装置。该低压防喷装置具有结构简单、安装方便;通过胶芯与钻具之间的过盈实现孔口密封,密封胶芯补偿量大,可密封外径变化较大的斜坡钻杆;可在加接钻杆时更换密封胶芯;设置了2个导流口,上返流体在此压降变化小,有利于排渣的通畅等优点。现场试验表明,该低压防喷装置能够有效密封粉尘泄漏、明显改善孔口施工环境,达到了设计的目的。     

煤矿井下水文钻孔水瓦斯混合喷涌综合治理

在煤矿井下水文地质钻探施工过程中遇到水与瓦斯混合喷涌并严重威胁施工安全难题。先采用注浆法封堵失败。针对这样的难题,设计应用了3套装置——钻具防喷器、孔口柔性密封防喷器,水淹闭式水气分离器进行综合治理。效果明显。     

基于相似模拟和地质力学模型试验的突出装置研制及应用

国内外学者对煤与瓦斯突出过程及机制进行了大量的研究,但使用的均是型煤试验,很少涉及地质构造对突出的影响,而且数据监测均未深入到煤体内部。基于相似模拟试验思想和地质力学模型试验新思路,在实验室搭建了综合考虑地应力、瓦斯压力及煤体结构的大型石门揭煤的煤与瓦斯突出试验平台。该试验平台包括试验箱体和反力架、液压加载系统、密封系统、试验监测系统;设计了线充气和面充气系统,用来模拟煤层的瓦斯赋存差异。同时,利用该试验平台进行了石门揭构造软煤的相似模拟试验,研究了石门揭构造软煤过程中煤岩应力和位移的变化规律,以及突出过程中煤层内瓦斯压力和声发射的变化规律。结果表明,在巷道开挖过程中,掘进工作面前方存在明显的应力集中,且越靠近构造软煤应力集中现象越明显;突出发生的瞬间,在突出点附近的位移产生了突变;在突出发生前,声发射信号有一次降低;掘进工作面前方煤岩体应力释放,煤体裂隙增大,为瓦斯的快速放散提供了条件。     

煤矿井下钻孔内瓦斯浓度监测传感器研制

当前,煤矿井下钻孔作业时,瓦斯监测系统只能反映钻孔孔口处瓦斯抽采量,无法获得钻孔内某个区段的瓦斯抽采效果, 随着煤矿井下瓦斯抽采钻孔孔深增加,沿钻孔长度方向瓦斯抽采效果出现明显分区,不同孔深处有效抽采半径出现较大差异,导致煤矿井下瓦斯抽采钻孔布置难度较大,不确定性增加。针对此问题,设计一种煤矿井下钻孔内瓦斯浓度监测传感器,该传感器基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)原理,可实现钻孔内多点同时在线监测,保证了孔内无源,实现了本质安全。首先,分析TDLAS瓦斯测量基本原理,从气体分子吸收光谱原理出发,介绍了激光光源的选择,并根据比尔?朗伯定律推算瓦斯气体浓度解算公式。然后,在此基础上进行瓦斯浓度监测传感器设计,包括光程设计、结构设计、保护工艺设计和孔中操作流程4方面。最后,从性能和可靠性2方面出发,进行相对误差测试、稳定性测试、响应时间测试、与非色散红外传感器性能对比和防水防尘测试。设计的瓦斯浓度监测传感器直径40 mm,长度80 mm,传感器本质安全,结构上能够很好地适用于煤矿井下钻孔内应用。性能测试中,传感器全量程最大相对误差2.8%,小于孔内瓦斯浓度±6%的监测标准;稳定性测试中,传感器数据的波动范围在0.015%,稳定性为0.28%,满足稳定性小于1%的要求;传感器的响应时间约为8 s,满足响应时间小于10 s的要求;与非色散红外传感器对比测试中,设计的TDLAS瓦斯浓度监测传感器的相对误差和响应时间都明显优于非色散红外传感器。可靠性测试中,传感器长时间处于高湿度环境中,其测量精度并未受到影响,保护工艺可有效防水。性能测试和可靠性测试结果表明,瓦斯浓度监测传感器能够很好地满足孔内瓦斯浓度监测需求,在煤矿井下孔中监测方面具有很好的应用前景。      

风动钻孔除尘装置的研究与应用

针对目前国内凤动钻孔所用除尘设备的一些不足之处，研制开发了一种新型实用风动钻孔除尘装置。介绍了该装置的结构特点及其在文物保护工程中的应用，实际使用结果表明效果良好，其关键技术业已取得新型实用专利。     

煤矿井下长钻孔煤层瓦斯含量精准测试技术及装置

针对煤矿井下大范围超前探测煤层瓦斯含量的实际需求,提出了煤矿井下煤层瓦斯含量测试密闭取心方法,设计并试制了适合于煤矿井下长钻孔煤层瓦斯含量精准测试的\     

ZY-73型钻孔煤层瓦斯压力测定仪的研制

介绍了ZY-73型钻孔煤层瓦斯压力测定仪的设计思路、工作原理及主要技术特点,简要介绍了仪器的使用情况。     

煤矿井下用φ73 mm高韧性高强度钻杆的研制及应用

针对常规外平钻杆在施工大直径定向长钻孔易发生断裂、弯曲黏扣等问题,分析其失效原因,优选了钻杆材料,研制出φ73 mm高韧性高强度钻杆（High Toughness and High Strength Drilling Pipe,HHDP）。通过性能检测和现场试验:钻杆整体抗扭能力达到20 kN·m,抗弯能力达到2°/3 m,施工大直径定向长钻孔时,千米扩孔进尺钻具事故率约0.26次/km,约为其他同规格钻杆的18%。      

多功能注浆测试装置的研制

介绍了一种基于径向注浆扩散模型的新型注浆测试装置,该装置较好地模拟了实际注浆工艺,可进行单液压力注浆和双液压力注浆试验及循环式等多工艺注浆试验,并可同时测试防渗性、可注性、扩散性及固结体强度等指标,实现了用一台仪器进行多工艺条件下的多项指标或数据测试,具有多功能性;试验研究也证实了其可行性和实用性.     

淮南潘一煤矿未开拓区煤与瓦斯突出预测

淮南矿区是瓦斯事故重灾区,潘一矿进入-400m水平开采以来,共发生25次煤与瓦斯突出,严重制约了该矿的生产安全。利用已采区瓦斯地质实测成果,结合未开拓区煤田地质勘查资料,对该矿13-1煤层瓦斯压力和含量、煤的力学性质、煤层受力状态进行了分析,提出了13-1煤层未开拓区煤与瓦斯突出预测指标,并对未开拓区煤与瓦斯突出危险区进行了预测。结果表明煤与瓦斯突出危险区主要分布在位于F34断层附近、F38断层-钻孔V-3一带、F125-Fs107-Fs106附近、Fe7-Fe1之间的部分区域及F4断层西南端部分区域。     

刘桥一矿陷落柱发育规律及含水性研究

根据刘桥一矿1971年建井至今发现的8个陷落柱实际资料，通过对揭露陷落柱的地质、水文地质及分布特征的分析，阐述了陷落柱发育的根基所在，对陷落柱发育规律及成因进行了探讨，对于含水陷落柱的注浆封堵、留设保护煤岩柱，以及本矿矿井的深部开采都具有借鉴意义。     

高位钻场长钻孔在淮南刘庄煤矿瓦斯抽采中的应用

刘庄煤矿东二采区121102工作面所开采的11-2煤层为非突出煤层,但在工作面回采期间,存在瓦斯突出的可能。为防止工作回风巷尤其是上隅角瓦斯超限,确保工作面的正常生产,同时兼顾瓦斯资源的抽采利用,施工了最大长度496m,钻孔直径133mm的瓦斯抽采孔。实际应用表明,该孔投入使用后,整个工作面回采过程中均未发生过瓦斯超限现象,说明利用大口径长距离钻孔取代巷道抽放瓦斯是完全可行的。本文介绍的高位钻场长钻孔的设计、施工和瓦斯抽采情况,可以为今后同类工作面中长钻孔的施工提供借鉴。     

淮北矿区刘桥一矿含水层水化学特征研究

为了研究刘桥一矿含水层水化学特征,在分析矿区水文地质条件的基础上,对各个含水层投产前后水质动态变化进行详细研究,并将各含水层中的矿化度、总硬度以及阴阳离子所占的比例进行对比。结果表明,随着出水时间的增加,出水点水样中Na++K+和SO42-平均含量在逐渐减少,Mg2+有所增加,Ca2+和HCO3-变化不大;总硬度和总矿化度表现出不同程度的降低。最后,从突水点水样分析结果和附近的太灰、八含长观孔的水位变化情况,推测出太灰水和八含水联系紧密,也是6煤层底板的主要突水水源。     

石油专用浮箍浮鞋在煤矿服务钻孔下管和固井中的应用

将石油专用浮箍浮鞋用于煤矿服务钻孔的下管及固井工作中,需要解决的主要问题是如何使其在泵压达到2MPa时,阀门自动打开,容许浆液通过,否则阀门始终处于关闭状态。以清水营送料孔为例,对石油浮箍浮鞋在煤矿服务钻孔下管和固井中,如何确保浮箍浮鞋在孔底顺利打开,掌握搅拌水泥浆液的时机,从而使注浆过程一次性注完以及固井过程中采用的技术措施作了详尽说明。从实际应用来看,该方法起到了简化下管和固井施工程序,节约工程成本的效果。     

潘一矿煤体结构特征及其在煤和瓦斯突出预测中的应用

煤体结构是煤与瓦斯突出的主要因素之一。利用钻孔测井曲线特征并结合矿井地质构造成果,对淮南潘一矿8煤层煤体结构特征及其构造煤发育规律进行了研究。研究表明该矿区8煤层构造煤发育,其厚度大于该煤层厚度20％的点数占一半以上,因其顶、底板围岩封闭性良好,有利于瓦斯聚集,易在采动条件下发生煤与瓦斯突出,确认为该区煤与瓦斯突出的重点煤层。依据瓦斯始突深度、构造煤分层厚度大于0．5m的分布范围、大中型断层位置及矿井突出资料,在F4断层组的两侧分别圈出了煤与瓦斯突出的危险区和威胁区。     

川藏铁路DZ-深02-1钻孔高密度冲洗液的研究与应用

川藏铁路林康段DZ深021孔系构造勘察孔,地层非常复杂。钻探施工中出现了涌水、涌砂,掉块、缩径等复杂孔内情况。涌水携带破碎颗粒极容易造成孔内卡钻。同时孔内涌水稀释冲洗液,造成孔内压力失衡,加大了孔内垮塌事故,提高了钻孔的施工难度。通过研究和应用高密度冲洗液,平衡孔内压力,防止泥砂涌入钻具,使内管能顺利到位钻进。通过强抑制性低失水冲洗液的选择与配置,减少了泥岩的垮塌与缩径现象。通过采用加大钻头,增大环空间隙,使孔内岩粉能顺利排出,减低循环泵压,有利于断层泥段孔壁稳定。通过下入花管隔离等方法,分离出部分涌水量,减少了对冲洗液性能的破坏。通过强化钻进参数控制,减少了钻进中对孔壁的扰动,尽可能维持了孔壁稳定。最终钻进至设计孔深,达到了工程勘察的目的。     

皖北刘桥二矿井下析出物的成因探讨

皖北刘桥二矿投产两年多来，井下的渗水部位不断有钙质及铁、锰质等析出物形成。初步分析认为，这是地下水的水文地球化学环境变化及其对围岩产生机械、化学潜蚀作用的结果。析出物形成速度快、局部排出量大，对矿井水环境质量和井巷围岩稳定性有一定影响。由于该现象在黄淮地区的许多矿井中均有发现，故应引起生产单位和学术界的充分重视。     

基于遗传算法和BP神经网络的矿井涌水量预测

为避免BP神经网络极易陷人局部解的问题,针对遗传算法具有全局寻优的特点,提出了用遗传算法优化BP神经网络预测方法,并以刘桥二矿为例,对其矿井涌水量进行了预测。首先选取刘桥二矿区的2005年3月至2006年12月的矿井涌水量数据进行分析,然后使用遗传算法优化BP网络的初始权值和阈值,最后使用BP神经网络进行训练。将其成果与纯BP网络算法进行比较,结果表明：遗传算法优化BP神经网络的预测方法的预测精度高于纯BP网络算法,将其应用于矿井涌水量预测是有效可行的。