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。     

加强钻孔水力开采技术研究，拓宽探矿工程创新发展空间

钻孔水力采矿是钻探工程在采矿工程中的一种应用,是一个重要发展方向,具有拓宽创新意义。本文介绍了钻孔水力采矿的工作原理和工艺过程;讨论了石油喷射钻井射流和钻头的水力参数;探讨了钻孔水力采矿时破碎矿石的孔内射流碎岩器具及其结构参数;提出了有关改进这种技术的方法和手段的几点建议。钻孔水力采矿由于工程效益好、安全系数高和生态环境保护好等优点在国外一直在研究和使用。建议我国加强这方面的研究,以拓宽探矿工程的创新发展和服务空间。     

固体矿产资源智能采矿关键技术研究

智能采选矿技术是当今矿山建设、矿产开采的重要方向,是国家能源开发的战略核心之一,也是未来深部固体矿产井下自动化无人开采的关键技术。本文针对传统采矿技术在矿山规划建设及环境保护、采矿技术操作及生产安全等方面存在的问题,以现有先进的地质找矿基础理论、三维可视化地质建模技术、随钻测量与定向钻井技术、水力采矿和气举反循环钻进技术等为基础,通过相关技术的集成创新,提出了一项基于GGD(Geology、Geophysics、Drilling)的固体矿产资源智能采矿技术全新理念,并阐述了其可行性和工业化应用的基本解决方案。上述技术的应用将会带来大型矿山机械设计制造业和采矿业产业结构的深度变革。     

俄罗斯当前的钻孔采矿工艺

本文介绍了当前俄罗斯采矿工艺及矿物原料的使用现状,对钻孔水力采矿法与传统采矿法在经济、采矿等指标方面进行了对比研究,阐述了用钻孔不力法开采矿山的合理投资顺序及方法。研究表明,在目前俄罗斯市场经济的条件,应大力推广钻孔水力采矿工艺。     

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。     

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。     

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。     

岩芯定向钻探在工程中的应用

岩芯定向技术是一项能借助钻探手段。从孔内取出定向岩芯,并进而计算出钻孔穿越岩体的各种结构面产状数据的新技术,此项技术可广泛用于工程岩体研究;水电、石油及固体矿产的地质构造分析;海洋地质调查及古地磁研究等。 本文介绍了作者研制的两种定向钻具和仪器。分别可用于完整及较破碎地层。文中介绍了钻具的原理、结构及从1984年起在工程岩体研究中的应用情况。最后根据几年来的施工经验、对几个技术问题进行了探讨。     

黑龙江金厂矿区定向分支孔施工实践

定向钻探技术在固体矿产中的应用,其技术意义体现在控制钻孔轨迹,使孔斜或钻孔截矿点满足地质勘探要求,经济意义体现在准确揭露矿层及其边界关系,提供更为准确的矿产储量报告。黑龙江省东宁县金厂矿区J14ZK0100孔实施分支孔进行固体矿产勘探取得成功,大幅节约了钻探工作量,并积累了宝贵的经验。在分析矿区定向钻进施工难点的基础上,介绍了技术措施和施工效果。     

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。     

遥感技术在辽宁省矿山环境监测中的应用

辽宁省矿产资源丰富,开发程度较高,但部分矿区开发秩序混乱,矿山生态环境破坏严重。通过2011—2014年4 a的矿产资源开发环境遥感监测,基本查明了全省矿产资源开发状况,矿山开发占地、矿区地质灾害、矿山环境污染和矿山环境恢复治理等矿山地质环境问题,以及全省矿产资源开发规划执行情况; 总结分析了辽宁省矿山开发易出现违法开采的区域、矿种和开采方式; 开展了矿山地质环境评价,圈定出矿山开采对矿山地质环境影响严重区、较严重区、一般区和无影响区。监测工作为辽宁省矿产资源有序、高效开发和环境保护提供了基础资料和科学依据,并指出了目前存在的问题和努力的方向,为辽宁省矿山环境遥感监测的下一步工作提出了建议。     

利用液压应力计直接测定软岩应力的模型试验研究

通过对各种地应力测量方法的对比研究,格鲁兹(Glotzi)压力盒的考查,模拟材料的试验研究,和CYG-00型液压应力计与试件加压方向成不同夹角(0°、45°、90°)的模拟试验,我们首次提出了采用“液压钻孔应力计”直接测定软岩应力的方法和原理。本文介绍液压钻孔应力计的结构原理、使用方法和模拟试验结果。     

双泵大流量振孔高压旋喷防渗墙在粉细砂坝中的应用

振孔高喷是近几年发展的钻喷一体化、一次成墙较为先进的高喷防渗墙施工工艺,是利用高压喷射流对地层产生冲切、掺搅、升扬、置换、充填挤压、渗透固结等作用,形成所需性状的防渗固结体。本工程是首次将水力冲填粉细砂坝应用到水利枢纽大坝工程中,采用高喷防渗墙进行防渗更是初次在这样的条件中使用。大流量振孔高压旋喷施工工艺既能保证施工质量,又能提高施工工效,是高压旋喷工艺的又一次革新。     

煤层顶板砂岩水定向钻孔预疏放效果检验

煤矿井下定向钻进技术具有钻孔轨迹可精确控制、有效距离长、一孔多用等优点。针对唐家会矿顶板水害,采用定向长钻孔进行预疏放,通过首采工作面的疏放水实践以及穿层钻孔检验,顶板水疏放效果明显,为工作面掘进和回采提供了安全保障。     

江苏优势矿产开发前景与对策

江苏优质矿产主要有五大类：即粘土类矿产，建材类矿产，化工原料矿产，冶金辅助原料矿产，特种用途矿产。江苏矿产资源的开发应注重开源，开优，开新和开外相结合的原则。适当加大地质工作投入，实施好全省矿产资源勘查工程，力争实现矿产资源的重大突破。大力开发优势矿产资源，提高全省非金属矿开发利用水平，形成一批非金属矿产原材料基地。依靠科技进步，开发新产品，新矿种，振兴矿业经济。     

瞬变电磁法在查明断层陷落柱含导水性中的应用--以山西长治李村煤矿首采Ⅰ区为例

煤系地层中断层、陷落柱等构造不仅破坏了煤层的完整性,减少了可采储量,而且影响了煤矿的生产安全,给煤矿开采带来了严重的危害。在煤矿开采初期查明勘探区内断层、陷落柱等构造的空间分布及其含导水性对指导煤矿安全生产具有重要的意义。在充分收集李村煤矿首采Ⅰ区地质、水文及物探资料的基础上,利用瞬变电磁技术对区内断层、陷落柱等构造的含导水性进行勘查,取得了良好的效果,给煤矿的开采设计施工提供了参考依据,并有效的预防了煤矿开采过程中安全事故的发生。     

坑内单管水力反循环取心钻探技术研究

阐明了坑内水力反循环连续取心钻进的原理以及该工艺所具有优点、缺陷及相应的工艺措施。提出了该工艺规程参数的计算原理及计算方法。     

沉积型铝土矿原位溶浸技术可行性分析及开采设想

沉积型铝土矿是我国主要的铝土矿类型,经过几十年的开发,储采比逐渐下降,深部难动用资源的绿色开发迫在眉睫. 通过开展静态溶浸实验和电极加热仿真模拟,结合原位溶浸技术在铀矿和稀土矿开采中的成功经验,总结出该技术在固体矿产开采中应用的适用条件包括:矿物可溶性、矿体分布稳定性、顶底板条件、矿体渗透性. 我国北方铝土矿资源与以上条件切合程度高,适合采用原位溶浸技术进行开采. 本次研究还提出了沉积型铝土矿原位溶浸开采的工艺方案,为下一步开展先导试验提供了设计思路.     

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。