煤矿区钻探行业发展的一面旗帜--中煤科工集团西安研究院有限公司煤矿区钻探技术与装备创新团队

煤矿区钻探技术与装备创新团队依托中煤科工集团西安研究院有限公司,于2008年成立,2020年获批中国煤炭科工集团有限公司创新团队,2021年荣获中国煤炭工业协会创新团队(以下简称"创新团队").创新团队始终立足煤矿安全高效开采地质保障需求,致力于煤矿区地面与井下煤岩钻探理论研究、钻探装备研发、钻探仪器与工艺技术开发,力求以创新思维、自主核心专利技术保障煤矿安全高效开采.创新团队先后承担或参与国家科技重大专项课题、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目以及其他省部级以上科研项目或课题共68项.近10年来,创新团队研究成果累计获得各项荣誉44项,其中国家奖励4项.累计发表论文700余篇、出版专著3部,获授权国家发明专利100件(用于狭窄巷道的履带式全液压定向钻机,专利号:ZL201310042238.6;煤矿井下定向钻进用全液压履带泵车,专利号:ZL201310273002.3等),获得软件著作权57件,主持修订行业标准6项、企业标准44项.

“西安绿”玉石的宝石矿物学特征研究

“西安绿”玉石产于陕西南秦岭,是近几年珠宝市场上出现的高品质绿色印章和玉雕的材料,以颜色艳丽、细腻温润得到市场的认可。本次研究利用宝石学常规仪器、偏光显微镜、X粉晶衍射仪、电子探针、扫描电镜对玉石及围岩做了系统的宝石矿物学研究。包括与围岩的相互关系、成分特征、结构特征、颜色及成因等方面。结论为:①玉石产状呈团块状、脉状,围岩以大理岩为主,少量燧石,成因为蚀变交代成矿,常见后期石英脉与其共生,表现为穿插、交代关系。②玉石主要由伊利石组成,含少量的铬云母、钒云母、磷灰石、褐铁矿等。③玉石结构表现为由伊利石片状矿物紧密排列堆积,细腻玉石的颗粒大小约为0.002 mm×0.004 mm~0.007 mm×0.009 mm,颗粒较粗的玉石颗粒大小为0.006 mm×0.006 mm~0.025 mm×0.025 mm,矿物的形态与大小影响玉石的颜色及细腻程度。④玉石绿色颜色成因与伊利石中的V元素有关,V元素含量与绿色的深浅呈正相关关系,Ni元素可能也对颜色成因有一定的贡献;黄褐色、红褐色条带主要由含铁的金属矿物杂质引起。另外,笔者对其品质评价做了初步的建议,包括颜色、结构、杂质、块度及工艺等5个方面,可以为市场提供一定的理论依据。

煤炭地质勘查中煤层综合对比方法研究——以永陇矿区老爷岭普查区为例

大型陆相煤盆地边缘的煤层划分与对比是煤炭地质勘查的关键性基础工作。依据基础地质勘探资料,应用标志层法、煤层自身特征法、测井曲线组合法、灰色关联分析法等,对永陇矿区老爷岭普查区延安组煤层进行综合对比。研究结果表明,在成煤环境不稳定地区,应用地质、地球物理和灰色关联分析等方法进行煤层综合对比可以取得可靠的结果。

含水率变化对西安地区深基坑土钉支护稳定性的可靠度影响研究

水分是影响黄土性质与工程安全的关键因素之一。为分析评价水分对西安黄土区深基坑支护工程稳定性的可靠度影响,开展了不同含水率下黄土三轴压缩试验,分析了水分对其力学指标的影响规律,建立了含水率与黏聚力、内摩擦角及重度间的关系式。以此试验为基础,采用可靠性理论分析了土钉支护结构在常见四种失效模式下的可靠性,提出了报警含水率和临界可靠度的概念,并以西安仁厚庄园基坑支护为例做了分析验证。

超深上仰孔卸压爆破集中煤柱工艺技术研究

为了防治浅埋近距离煤层群开采时下组煤采出上覆集中倾向煤柱易发生的动力压架灾害,在分析超深孔卸压松动爆破防灾原理基础上,提出了一种超深上仰孔卸压爆破集中煤柱技术,通过理论分析、地面传爆试验及井下工业性试验,解决完善了该技术的3大工艺技术难题:一是利用自主研发的装药装置,解决了超深(最深达110 m)上仰孔(仰角30°)安全快速安装炸药难题;二是根据钻孔爆破裂隙圈半径及煤柱塑性区宽度理论计算结果找到了最佳炮孔布设间距;三是利用地面传爆试验和C-S双液浆凝胶特性试验解决了超长装药段(最长达16 m)炸药安全传爆及炮孔堵塞难题,优化了起爆方法,消除了管道效应,核算了爆破振动安全允许距离,实现了安全、高效封孔。该工艺技术的成功应用表明其具有工程借鉴及推广应用意义。

西安某地源热泵项目设计优化研究

为了提高关中黄土地区地源热泵系统的运行效率,对西安某地工业厂房地源热泵项目设计进行优化。通过现场热响应试验,分析了埋管形式、进口流速、管距等不同埋管特性对地埋管换热特性的影响,提出优化设计策略,通过调试试运行,运行效果良好。

蒙陕深埋煤层首采工作面顶板富水性和涌水量差异研究

针对蒙陕接壤区存在水文地质条件不清、水害问题多发、水资源漏失严重等问题,通过分析区内呼吉尔特矿区4个矿井首采工作面顶板地质水文地质特征、回采过程中涌水量变化及差异性,查清了矿区煤炭开采初期扰动下的水文地质条件,结果表明:四个矿井首采工作面涌水量,均随着工作面回采呈逐渐增加趋势,其中葫芦素和巴彦高勒矿井首采工作面最大涌水量分别为645.0 m^(3)/h和494.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层不同区域存在富水性差异,导致涌水量的增加呈台阶式,波动性较大,与该区域七里镇砂岩含水层厚度较薄、富水性较弱的特征一致;门克庆和母杜柴登矿井首采工作面最大涌水量分别为1372.0 m^(3)/h和938.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层整体富水性较强、富水性较均一,涌水量的增加呈平稳增加态势,波动性较小,与该区域顶板七里镇砂岩含水层厚度较大、富水性较强的特征一致。

逆时偏移角道集速度分析方法研究与实现

与其它成像方法相比,逆时偏移能明显提高复杂介质的成像质量,但是它对速度模型的准确性要求也比其它方法高。作为一种重要的叠前偏移输出,共成像点道集除了能为深度偏移处理提供速度信息外,还可提供振幅和相位信息,同时还能为后续的属性解释提供依据。本文推导了角道集速度分析的公式,重点分析了该公式的特征、稳定性和速度敏感性等,为后续速度分析提供理论依据;给出了逆时偏移角道集人机交互速度分析的具体实现流程。模型数据和实际数据测试结果表明,本文给出的逆时偏移角道集人机交互速度分析方法具有实用性,能够得到较好的背景速度模型。

AgCuInTi钎料对YG16硬质合金/钢接头强度的影响研究

采用AgCuInTi钎料对YG16硬质合金和碳钢进行真空钎焊试验。通过分析不同钎焊温度下的接头剪切强度和微观形貌,得到了较好的钎焊温度。并在此基础上提升钎料中的Cu、In含量,得到了不同钎料配比的接头强度。同时利用扫描电镜对接头界面处元素的扩散情况进行能谱分析。结果表明,AgCuInTi钎料在780℃钎焊较好。随着Cu、In元素的增加,钎焊接头的剪切强度增大。钎缝中In元素倾向于固溶进Ag金属中形成Ag基固溶体,还形成了Cu基固溶体,产生了固溶强化效应。钎料/钢界面处存在大量的元素扩散,比钎料/硬质合金界面处扩散更容易。

瞬变电磁法在探测磷矿采空区中的应用研究

本文基于瞬变电磁法技术,探测已有采空区的位置、形态以及与富水破碎区等情况,并结合现有地质资料对采空区和岩溶富水区的范围、积水状况等进行综合分析,为全面隐蔽致灾因素普查工作提供科学参考依据。研究结果表明,瞬变电磁法技术希望能够为磷矿采空区的地质特征和隐患评估提供新的技术手段和理论支撑,为相关工程项目的安全运行提供科学依据。

煤层底板砂岩含水层水文地质特征的分布式放水试验探查研究

为了查明宁东煤田煤层底板宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,在国家能源集团宁夏煤业有限责任公司石槽村煤矿2个不同的区域开展了分布式放水试验,2个阶段的放水试验均包括了单孔和多孔放水试验,计算的渗透系数平均值分别为0.219~0.301、0.024~0.029 m/d,单位涌水量平均值分别为0.079、0.012 L/(s·m),影响半径分别约为700、750 m。通过放水试验,查明宝塔山砂岩含水层的厚度约为60 m,岩性为粗砂岩,局部夹薄层砂质泥岩和泥岩;含水层渗透性和富水性均较弱,且存在不均一性,但是由于宝塔山砂岩含水层位于下组煤底板,研究区下组煤承压均在3 MPa以上;含水层地下水水温约为41℃,下组煤采掘活动面临一定的热害影响;宝塔山砂岩含水层具有较好的可疏性,疏水降压是底板砂岩水害防控最佳措施。通过放水试验进一步查明了宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,补充了抽水试验未能查明的水文地质条件,其探查结果可以作为煤层底板砂岩水害防控的依据。

坚硬顶板强矿压动力灾害超前区域控制技术研究

厚层坚硬顶板条件下大采高综放工作面采场矿压显现强烈,极易引发冲击地压、矿震等灾害。为掌握坚硬顶板大采高综放开采条件下覆岩破断演化规律,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,揭示了坚硬顶板岩层呈现大“悬臂梁”形式垮落及破断冲击能致灾机理,并提出了坚硬顶板分段压裂超前弱化解危技术。研究表明:低位坚硬岩层在覆岩运移过程中常以“悬臂梁”结构出现,该结构不易垮落,进而导致能量积聚,引发矿压动力灾害。而在水力压裂超前弱化技术治理后,顶板垮落步距显著减小,平均降幅54%,来压强度降幅21.67%,且有效改变了低位坚硬顶板破碎程度,扩大了工作面垮落带范围,增加了采空区矸石充填程度,达到了顶板结构改造及动力灾害有效控制的目的。

引射器治理工作面隅角低氧的研究与应用

矿井工作面正常回采时隅角容易产生低氧现象,会导致工作人员作业期间呼吸困难等问题。通过现场测试,回风隅角的氧气浓度为15.5%~17.5%,且随地表气温的升高而降低。为此,提出了基于引射原理的工作面隅角低氧防治技术,并将技术与现场应用相结合。结果表明,引射风流对工作面回风隅角低氧环境改善效果良好,引射风流方向与回风巷呈一定夹角设置时,改善效果最佳;此位置条件下引射风速8 m/s便可有效消除回风隅角低氧现象,使整体氧气浓度保持在19%以上。根据以上研究结果,结合陕北某矿112207工作面实际情况,进行了引射器现场应用与效果检验。在设备正常运行7 d后,工作面回风隅角氧气浓度维持在18.5%以上,治理效果显著。

GDD激电仪的应用研究

煤炭行业长期面临着开采水灾害防治问题。GDD大功率直流激电仪与高密度直流电法仪相比具有勘探深度大的优点;与V8瞬变电磁仪相比抗电磁干扰能力强,在电磁干扰区域仍然能够采集到可靠的信号。文章确定了GDD大功率激电仪在煤矿水文地质勘查中的有效性,选择适用的装置形式和工作参数,为生产实践提供前期试验研究,为该仪器的生产应用提供研究基础。

不同介质下物理法活化制备兰炭基活性炭实验研究

以粒径小于6mm的废弃兰炭末为原料,高温下分别用水蒸气和CO2为介质活化制备兰炭基活性炭。采用碘吸附实验、N_2吸附/脱附实验和SEM等手段对成品的孔隙结构进行表征,比较了不同温度下活化介质对成品孔隙形成过程的影响,并分析了活化机理。结果表明:水蒸气活化速率更快,在温度较低时反应就能充分进行。随着活化温度的升高,两种活化介质制备活性炭的碘吸附值先增加后减小,收率均降低;N_2吸附/脱附实验表明,两种吸附等温线均符合I型吸附曲线的特征,成品微孔发达并含有中、大孔,900℃和1 000℃分别是水蒸气和CO_2活化过程的最佳温度,CO_2活化效果更好,成品的微孔比表面积和微孔体积低,平均孔径更大;机理分析表明,随着活化温度上升,先持续发生径向造孔作用,再发生横向扩孔作用,径向活化是活性炭形成发达微孔的主要控制过程。

厚覆基岩下煤层开采突水溃砂机理研究

为了揭示较厚上覆基岩煤层开采顶板突水溃砂灾害的形成机理,以照金煤矿突水溃砂事故为例,结合最新补勘地质资料,从导水通道、充水水源、物源、储水空间、动力源和地质构造等多方面对该类型灾害机制进行综合分析。研究结果表明:在采动条件影响下,富水性弱~中等的洛河组含水层也可能发生破坏极大的水害事故;较厚上覆基岩煤层开采顶板突水溃砂的发生并非单一因素造成,而是由多个因素相互作用最终造成水砂混合流运移和突溃的现象;照金矿202工作面综放开采产生的导水裂隙带导通洛河组含水层,水进入宜君组与直罗组之间的离层空腔,随着积水量增加,渗入煤系含水层和古河床相松散体中形成似泥石流体,并会沿工作面切落形成的集中通道瞬间溃入工作面,导致煤层顶板上覆较厚基岩发生突水溃砂。

全空间条件下矿井瞬变电磁法粒子群优化反演研究

煤矿井下矿井瞬变电磁法(MTEM)探测中,电磁场呈全空间分布,全空间瞬变电磁反演是复杂的非线性问题,目前反演计算中全空间响应主要由半空间响应乘以全空间响应系数来得到,导致反演结果中顶板和底板异常(或前方和后方异常)叠加在一起难以分离,造成分辨率下降.论文提出采用粒子群优化算法(PSO)进行全空间MTEM反演,通过理论分析,在常规的粒子群算法基础上提出了一种新的进化公式改进策略,提高了粒子群算法的寻优能力.基于全空间瞬变电磁场理论,编写了粒子群算法反演程序,进行全空间条件下五层含巷道的复杂模型的反演计算.结合某矿井巷道顶板、底板岩层及断层含水性的探测实例,对实测数据进行反演计算和解释,探测结果得到钻探证实.研究表明,改进的粒子群优化算法对理论模型和实际资料的反演拟合程度较高,实现了矿井顶板、底板视电阻率异常的分离,提高了全空间瞬变电磁勘探资料的解释精度和分辨率.

蠕变-渗流耦合作用下不同埋深有效抽采半径研究

为了研究不同埋深有效抽采半径,建立了钻孔周围煤体黏弹塑性模型,研究了不同埋深钻孔孔径变化规律及有效抽采时间,建立了蠕变-渗流耦合作用下的瓦斯运移模型,确定了不同埋深钻孔的有效抽采半径。研究结果表明:深部煤层有效抽采半径受到煤体蠕变变形加剧、渗透率降低及瓦斯压力升高的综合作用;试验矿井埋深400及600 m煤体蠕变变形较为平缓,钻孔缩孔幅度有限,仍维持较好的抽采通道,所有抽采时间均为有效抽采时间,但是埋深800 m煤体蠕变变形愈加剧烈,钻孔缩孔速度快速增加,仅30 d就会堵塞抽采通道,其有效抽采时间仅为30 d;埋深400,600和800 m钻孔3个月的有效抽采半径分别为2.88,1.62和0.82 m,数值计算结果与现场实测相吻合,研究成果可为抽采钻孔的优化布置提供参考。

融化作用下含冰裂隙冻岩强度特性及寒区边坡失稳研究现状

如何科学评价裂隙冻岩质边坡稳定性、如何采用有效措施保证冻岩边坡工程的安全建设和运营,已是目前岩石力学研究领域的一个重要课题.首先对青海木里地区含冰裂隙冻岩地层煤矿露采过程中的大规模边坡工程问题开展现场勘察和试验研究,分析了高寒地区冰体赋存特征、含冰地层消融特征及含冰地层融水出流特征;结合前人研究,较为全面地总结了含冰裂隙冻岩强度特性及冻岩边坡普遍性的变形失稳特点,提出寒区冻岩边坡失稳机理为冰-岩系统在热侵蚀和荷载共生作用下的热力耦合结果;对消融作用下含冰裂隙冻岩的物理力学、热力耦合特性及裂隙冻岩质边坡稳定性评价等方面的国内外研究现状进行了综述和讨论;认为开展融化作用下含冰裂隙冻岩体强度特性及边坡失稳研究将是与冻融损伤并重的一个新的研究方向.

煤基质表面官能团对二氧化碳及甲烷吸附性能作用规律的研究进展

强化煤层气CH_4开采的深部煤层封存CO_2技术能够有效减少CO_2的排放。由于煤基质具有的吸附性能是煤体吸附CH_4及封存CO_2的主要机理,且煤基质表面官能团对于煤体CO_2和CH_4吸附能力具有潜在的影响,因此本文阐述了表面官能团对煤体CO_2和CH_4吸附性能的作用及机理,归纳了煤基质表面官能团的修饰及表征方法,指出了煤基质表面官能团对CO_2和CH_4吸附作用规律的研究趋势。分析表明:影响煤体CO_2和CH_4吸附性能的官能团主要包括含氧和含氮官能团;整体上,含氧官能团有利于CO_2吸附,含氧官能团对CH_4的吸附作用仍存在一定争议,含氮官能团均有利于提升煤体CO_2和CH_4吸附能力;官能团表征方法包括化学分析法、程序升温脱附、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱和核磁共振波谱。为了深入研究煤基质表面官能团对其吸附性能的作用规律,后续需开展以下工作:建立更为真实的煤体结构模型,提高理论模拟研究工作的预测精度;强化实验科学研究,弥补目前主要以理论模拟为研究手段的不足;优化煤体预处理方法,提高现有官能团表征方法用于煤基质官能团分析的精确度。