煤矿井下碎软煤层顺层钻完孔技术研究进展

我国碎软煤层赋存层位多、分布广,普遍存在构造应力复杂、瓦斯压力高、煤体力学强度低、渗透性差等特点,钻进时易塌孔、喷孔、孔壁失稳,导致钻进困难、孔内事故频发、成孔深度浅、钻孔堵塞、存在抽采盲区等问题。随着煤炭开采深度的不断增加,碎软煤层瓦斯抽采钻完孔就更加困难。因此,碎软煤层高效、深孔、精准钻进技术以及增透、增产、护孔的完孔技术一直是碎软煤层瓦斯治理的重大技术需求和研究热点。从护孔、排渣、轨迹控制、完孔等成孔的关键技术难题方面,总结了碎软煤层顺层钻完孔技术研究现状和应用情况,分析了目前碎软煤层钻进技术存在的问题,提出了改进完善建议,分析了内控导向式旋转定向钻进技术,多孔介质充填式筛管、折叠膨胀管完孔技术等碎软煤层钻完孔技术新进展,为进一步完善现有碎软煤层钻完孔技术提供了思路。     

钻探用泥浆泵曲轴的模态分析

利用有限元分析软件ANSYS在泥浆泵设计阶段对曲轴进行动态特性分析,研究模拟曲轴实际工况时的振动特性。设计了轴承刚度测试实验装置,用以模拟曲轴轴承支撑边界条件;建立了弹簧组轴系有限元模型,提取了系统前4阶固有频率和振型,为钻探用泥浆泵曲轴的设计和优化提供理论依据。     

ZDY6000L型履带式全液压坑道钻机液压系统设计

提高全液压坑道钻机液压系统的技术水平,对于改善钻机整机性能及提高瓦斯抽采孔的成孔率具有重要意义。在对全液压坑道钻机液压系统现状分析的基础上,根据钻探工艺和液压传动控制系统节能的要求,设计了ZDY6000L型覆带式全液压坑道钻机液压系统,其功能主要包括行走回路、回转回路、给进回路和辅助回路。经型式试验和现场工业性试验表明,该液压系统设计合理、先进可靠,具备良好的机动性,且节能增效。     

矿井钻探用Ф89外平高强度摩擦焊接钻杆的研制

介绍了矿井水平定向孔钻进用的Ф89外平高强度摩擦焊接钻杆的结构和材质,摩擦焊接后焊区的机械性能和金相组织特征.经现场试验,这种钻杆的使用性能良好.     

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。     

西河水库滑坡体滑动机理分析与锚固治理

分析了西河水库滑坡体的特性和滑动机理，将滑坡体划分为3段：张性破裂补给源段，滑坡体移动调控段，滑坡体移动阻滞段。据此，根据设计运用风动非循环螺旋钻进施工工艺粗计划系统施工，并对施工的全过程进行科学管理，顺利完成施工任务。     

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%。     

基于ANSYS的液压卡盘胶筒的应力分析与优化

针对以往液压卡盘的胶筒在设计中用经验方法确定的安全系数难于保证胶筒结构的可靠性问题,通过有限元分析方法,对胶筒式液压卡盘的胶筒进行了应力分析,确定了对胶筒应力、应变有较大影响的因素。结果表明,在保证足够夹紧力的前提下,减小胶筒外直径,胶筒长度相应增加,并适当增加胶筒肩部倒角,可以有效改善胶筒的受力条件,提高胶筒使用的可靠性,从而可简化卡盘的结构,提高卡盘的可靠性。     

基于钻柱状态估计的坑道回转钻进智能优化方法

为解决现有研究中难以通过随钻获取孔底钻进参数,仅利用孔口数据进行回转钻进操作参数优化准确性不高、提升效果不足的问题,通过构造孔内状态观测器估计孔底钻进参数信息,提出基于钻柱状态的坑道近水平回转钻进智能优化方法.首先分析煤矿井下坑道回转钻进特性,考虑实钻约束条件,提出机械钻速和钻头磨损的优化目标评价方法;随后建立轴向和扭转维度的集中质量钻柱动力学模型,构建基于该模型的钻柱状态空间方程,得到了孔口-孔底钻柱运动状态映射关系;基于此设计了状态观测器,利用李雅普诺夫稳定性分析方法,得到反馈增益矩阵L,以估计孔底钻头的运动状态,并进行仿真分析评价;最后综合孔口采集的数据和孔底状态估计,运用NSGA-Ⅱ多目标优化算法实现了动力头转速和给进压力的优化,并利用安徽淮南某煤矿实钻数据进行了验证.结果表明,基于钻柱状态估计孔底信息进行优化后的钻速和司钻操作相比预计提升32.47％,仅利用孔口实测数据优化后的钻速仅预计提升15.04％,基于钻柱状态估计的坑道回转钻进智能优化方法更具优势,孔底估计钻进信息对提升钻进水平具有关键作用,研究对煤矿坑道回转钻孔实现高效、智能钻进具有重要理论与实际意义.     

煤矿坑道钻进过程智能优化与控制技术

煤矿坑道钻进施工环境恶劣、复杂的煤层结构和繁杂的操作工序造成钻进效率低、钻进成本高。开展煤矿坑道钻进过程优化与控制技术的研究势在必行。围绕煤矿坑道钻进控制过程关键技术,从含煤地层岩性智能识别、钻进参数智能优化和智能控制3方面展开。首先,为了准确判断含煤地层类型,建立基于BP-Adaboost的含煤地层岩性智能识别模型。然后,在不同含煤地层条件下,建立基于机械比能和钻速的智能优化模型,为司钻人员提供最优给进压力和转速参考值。进而,提出一种基于模糊PID的给进压力控制策略,实现给进压力的有效控制。最后,基于煤矿坑道钻机智能钻进系统在淮南矿区某煤矿井下进行了现场试验。试验结果表明：所提含煤地层岩性智能识别方法的识别准确率达到96.75%;智能优化方法显著提升现场钻速,消耗的机械比能降低,在提高钻进效率的同时降低了钻进成本;给进压力控制策略使给进压力稳定运行在最优值附近,减小给进系统超调的同时,提升系统的响应速度,使给进压力的动态响应更加平稳。煤矿坑道钻进过程智能优化与控制技术能够保障钻进过程安全高效运行,促进煤矿坑道钻进技术智能化发展。