基于重力排渣的大直径井筒钻掘技术与工艺体系研究

井筒是井工法矿物开采和地下空间开发利用的关键工程,对于拟建井筒下部具备生产系统的有利条件,采用重力排渣的大直径井筒钻掘技术是重要的发展方向之一。针对吊桶式上排渣技术存在的排渣不连续、掘进效率低,且难以与破岩工序协同作业等难题,探索改变凿井工作面的排渣方式,采用重力排渣工艺可提高凿井效率,即通过预先建立连接拟建井筒上下水平的小直径导井,或上水平施工条件不具备时在井筒下水平直接上向钻进导井,破碎岩渣在重力作用下直接掉落至下水平,再利用装载和运输设备进行装运排渣。首先论述了机械破岩钻井流体正循环和反循环上排渣技术工艺的适用性和局限性,提出了基于依靠岩渣自重进行重力排渣的工艺,分析了大直径井筒反井钻井、直接上向反井钻井、导井式竖井掘进机等机械破岩重力排渣技术的发展现状,凝练了基于重力排渣的机械破岩钻井技术现阶段面临的硬岩破碎、钻具稳定可靠、钻井偏斜控制、智能钻进等难题,系统梳理了导孔钻进、导井钻进、钻爆扩大、反井正钻扩大、反井钻机一次扩大和导井式井筒掘进机扩大等技术工艺及装备,构建了不同工序组合的综合成井工艺体系。基于重力排渣的机械破岩凿井技术,将继续在煤矿、金属矿山、水电、交通等领域大直径井筒建设中发挥重要作用,并为无人化、机械化和智能化井筒建设技术发展提供参考和借鉴。

声信号的MFDFA和SFLA-SVM算法的往复泵故障诊断

利用声信号对往复泵进行状态监测,针对往复泵的声信号是具有非平稳性、非线性等复杂特征的信号,采用多重分形去趋势波动分析(MFDFA)计算时间序列声信号的多重分形谱,并提取作为故障特征量。分别用支持向量机(SVM)、遗传算法(GA)改进的SVM、混合蛙跳算法(SFLA)改进的SVM进行故障识别。通过实验测取往复泵的原始信息信号并分析,验证了声信号的波动呈现明显的多重分形特性,可以有效区分正常状态与故障状态,对比研究三种识别方法表明了基于混合蛙跳算法优化(SFLA)改进的支持向量机识别效果最好,基于MFDFA和SFLA-SVM相结合的故障诊断方法能准确地提高往复泵泵阀的故障诊断准确率,是往复泵故障诊断方法的一种新的有效方法。

一种大直径反井钻杆接头螺纹参数的优化研究

采用有限元分析和正交试验相结合的方法对反井钻井用大直径钻杆的接头螺纹参数进行了优化研究。研究结果表明,外螺纹小端大径、锥度、牙侧角和锥部长度等参数对接头螺纹强度有显著影响,得到了各参数作用的主次顺序和不考虑交互作用条件下各参数的最优值。

高温回火对4330V钢组织及力学性能的影响

通过显微组织观察、拉伸和冲击试验、硬度测试等研究了高温回火温度对4330V钢组织及性能的影响。结果表明,4330V钢经880℃油淬560~650℃回火后的组织均为回火索氏体＋片状或块状铁素体＋碳化物;钢在620℃回火后具有优良的强韧性匹配;560℃回火后,室温强度和布氏硬度达到最大,冲击吸收能量则最低,而650℃回火后则反之。随着回火温度升高,4330V钢的抗拉强度、屈服强度、硬度逐渐下降,冲击吸收能量逐渐升高。

我国反井钻机钻井技术与装备发展历程及现状

反井钻机钻井技术是煤矿、金属矿山、水利水电、隧道等地下工程中井孔钻凿的根本性变革技术。介绍了近40 a来我国反井钻机钻井技术与装备的发展历程、反井钻机钻井理论与技术以及反井钻进工艺与应用的发展与现状;梳理了反井钻机钻井领域获批科研项目,以及围绕反井钻机钻井发表的论文和专利、出版的论著与标准;进一步介绍了反井钻机钻井围岩预加固和支护等稳定性控制技术,反井钻井机械破岩机理与破岩技术,反井钻机钻架稳定控制技术与动力驱动控制技术,反井钻机导孔钻具、导孔钻进排渣技术、导孔钻进偏斜控制技术以及导孔钻进风险分析与防控技术;反井钻机扩孔钻进钻头滚刀布置形制、扩孔排渣技术、扩孔钻进偏斜控制技术以及扩孔钻进风险分析与防控技术;反井钻机钻井降温除尘技术;给出了反井钻机在矿下溜矸孔、深大斜井、立井井筒延伸、双风井井筒和一次钻成大直径风井等工程中的应用,以及富水冲积层、冻结地层、注浆加固地层和瓦斯地层中反井钻井的应用。经过40a的研究与实践表明,我国在反井钻机钻井领域已经形成以机械破岩理论和钻进技术为基础的反井钻机钻井成套技术与装备体系,为地下工程中井筒的安全、高效、绿色钻进提供技术保障,为我国无人化、机械化和自动化全断面钻井技术与装备的进步做出了重大贡献。