煤矿井下大盘区瓦斯抽采定向钻进技术与装备

以顺煤层超长定向钻孔组覆盖整个工作面,对矿井大盘区瓦斯进行采前预抽是区域瓦斯治理的新模式。从大盘区瓦斯抽采顺煤层超长定向钻孔施工工艺出发,介绍了顺煤层超长定向钻孔成孔的几大关键技术,包括钻孔递进式轨迹延伸技术、复合钻进轨迹控制技术、水力加压减阻钻进技术、正反扭转减阻钻进技术及复合侧钻分支技术等。还介绍了顺煤层超长定向钻孔施工的主要配套装备,包括ZDY15000LD大功率定向钻机、BLY460/13泥浆泵车、YHD3-3000泥浆脉冲测量系统、无缆大通孔钻杆、水力加压螺杆马达等。利用该技术与装备在保德矿二盘区进行了工程示范应用,应用结果表明,该套工艺技术与装备具备施工长度超过3 300 m顺煤层超长定向钻孔能力。最后对瓦斯抽采效果进行了分析,结果显示超长定向钻孔抽采周期长,抽采量高,可以对大盘区瓦斯进行超前综合治理。      

煤矿井下可退式卡瓦打捞筒的研制及应用

煤矿井下卡钻、埋钻导致的孔内断钻杆事故时常发生,目前常用的公母丝锥造扣的打捞方法成功率较低,不仅耗费大量的人力物力,还会影响煤矿开采生产进度。基于此,设计了井下可退式卡瓦打捞筒,通过外筒的螺旋锥面驱动卡瓦径向卡紧断裂的钻杆,实现起拔打捞井内钻杆。卡瓦抱紧钻杆的结构设计,提高了打捞筒对断裂钻具的把持力。控制环的键槽结构设计,实现了复杂工况下可退式操作。分析了打捞作业时钻机回转扭矩产生的切应力与打捞筒强度的关系、钻机起拔力产生的正应力与打捞筒强度的关系,为打捞筒壁厚参数设计提供理论支持;分析了钻机起拔力转换为卡瓦对钻杆抱紧力的公式,验证了卡瓦打捞筒打捞孔内钻具的可行性;试制的打捞筒在山西新源煤矿井下现场进行了打捞试验,试验表明其结构设计合理,打捞性能可靠。本研究为煤矿井下处理复杂钻孔断钻事故提供新型工具,为打捞工具结构设计提供了理论依据。      

碎软煤层双管定向钻具自动加卸系统关键技术与应用

为提高双管定向钻进钻孔施工时钻具加装和拆卸的自动化水平,提高装卸效率,开发一种双管自动加卸装置,实现不同工况下钻具的全自动装卸,解决双管定向钻进过程中钻杆和套管的同时加装和拆卸的技术难题,完成装置结构和控制系统的设计,运用末端柔顺技术,限制施工过程中装置承受的载荷,明确控制程序关键边界条件,制定不同工况下钻具自动装卸施工工艺流程。在安徽淮北矿业祁南煤矿展开工业性试验,试验顺利完成4个钻孔的施工,共进尺1 170 m。试验过程中双管自动加卸装置运行平稳,能够满足不同工况下钻具组合的加装和拆卸需求。将原本需要2～3人密切配合才能完成的钻具组合自动装卸工作,变为依靠程序控制自动完成,钻杆和套管同时装卸和单独装卸平均效率较人工装卸分别提高了350%和110%,保证了双管定向钻进综合施工效率,减少了作业工人数量,降低了工人劳动强度,保障了施工安全。试验结果表明：双管自动加卸装置运行稳定可靠,施工工艺流程合理,装置各项性能满足双管定向钻进需求。研究成果为双管定向钻孔施工钻具的自动装卸提供了技术和装备支撑,为双管定向钻进技术在煤层气开采相关领域的推广应用奠定了基础。     

煤矿井下自动加卸钻杆靶标图像清晰化方法研究

受煤矿井运输巷道空间限制,将钻孔机器人设计为灵活布局的钻进和钻杆加卸2个独立系统,利用基于合作靶标的单目视觉识别,将钻进和钻杆加卸2个系统关联,解决两系统递送钻杆的协同作业问题。然而,煤矿井下钻孔施工中场景复杂,存在孔口煤渣、污水污染合作靶标、粉尘浓度大能见度低、人造光源亮度低、光照不均匀使靶标图像对比度低,以及矿灯直射合作靶标反光等问题,会影响合作靶标图像清晰度,使基于靶标识别加卸钻杆的位置的精度降低,进而影响钻孔机器人自动加卸钻杆的成功率。因此,首先针对施工中孔口返出的煤渣、煤泥污染合作靶标的问题,利用形态学滤波中先腐蚀,再膨胀的开运算,清除煤渣间断斑块和突出靶标像素点;先膨胀再腐蚀的闭运算,消除小的孔洞和间断细小鸿沟,达到消除固体污染物对合作靶标的影响;其次针对粉尘、岩尘、水雾和污水影响图像对比度问题,通过暗通道先验求出初始透射率,采用梯度域导向滤波精细化透射率,利用导向滤波得到改进暗通道,并求大气光值,利用大气散射模型得到除雾后的图像,实现清晰化图像、增强图像对比度目的;最后对亚像素级角点和方向进行精细化,优化能量函数,使用种子棋盘格沿4个边缘生长棋盘格,用能量变化情况确认是否...     

煤矿井下保直钻进技术现状及展望

煤矿井下钻孔轨迹偏斜易导致治理盲区的出现,严重威胁煤矿安全高效开采。通过对导致钻孔偏斜的地质因素、技术因素和工艺因素的系统分析,得到了钻孔偏斜的根本原因。对现有保直技术的原理及其适用性进行了分析总结。钻孔保直是影响钻孔施工质量的因素,但目前钻孔保直技术或多或少都存在技术上的问题,不能在煤矿大范围推广使用,故在钻孔保直方面需要不断发展,研发出适用性强、易于现场实施的保直技术。应加强偏斜因素的深层次的研究、钻孔保直机具设备的研发等工作。     

BLD系列地热井用高效保温钢管的研制与应用

我国能源行业发展由清洁高效进入了降碳节能的新阶段,作为清洁、零碳能源的地热能,迎来了空前的发展机遇。目前地热开发过程中井下保温管道运用不规范,甚至不适用,大大浪费了地热资源。为科学、高效、高质量利用地热能,研制地热井用高效保温钢管很有必要。借鉴稠油开采保温管和国外温泉井保温管技术,研制的保温管导热系数<0.02;保温管的抗外挤、抗内压、连接强度等指标可以满足地热中深井开采设计要求。实现自主知识产权和国产化制造,保证了地热能的高效利用,为今后开发超深井和干热岩用隔热钻杆积累了有价值的技术数据。     

煤炭的开采

中国在西汉时已经正式用煤炼铁,河南等地的煤田已经开始开采。宋代,煤矿开采已经有一套比较完整的技术。从鹤壁古煤矿遗址知道,当时是先由地面开凿圆形竖井,深达四十六米,然后依地下自然煤层的变化开掘巷道。巷道高一米多,形状上窄下宽,上宽一米,下宽一米四,再把需要开采的煤田凿成若干小区,运用"跳格式"的先内后外的方法逐步后撤。井下排水一方面用辘轳往外抽水,另一方面把地下水引进采完煤的坑洼地区