矿山钻孔救援探测机器人设计

基于矿山钻孔救援探测需求,针对现有探测机器人信息探测范围窄、探测距离较短、功能单一、无越障能力等问题,设计了一种矿山钻孔救援探测机器人。该机器人能够通过Φ225mm救援钻孔到达煤矿井下,利用携带的传感器和摄像头获取灾变区域的环境信息和被困人员信息,并将信息实时传到地面;以NImyRIO作为控制核心,采用LabVIEW图形化编程构建控制系统,利用有线通信方式实现机器人在灾变区域内的数据远程控制。试验结果表明:该机器人运动性能良好,具有体积小、质量轻、越障能力强等特点,可顺利通过救援孔,能够对井下环境信息进行实时检测和传输,为地面救援指挥中心决策提供了第一手资料。

矿山钻孔救援探测机器人研究进展

分析了国内外钻孔救援技术、煤矿救援探测机器人及矿山钻孔救援探测机器人的研究现状,指出将煤矿救援探测机器人和管道机器人的研究成果与矿山钻孔救援的探测需求相结合,可以研制出满足要求的矿山钻孔救援探测机器人,提高井下灾后救援的成功率。从移动机构、导航、定位和路径规划、传感探测、通信和控制方式、能源供给、防爆性能等方面分析了矿山钻孔救援探测机器人的关键技术及其发展趋势,指出应围绕机器人的通过性、可靠性、轻量化、智能化等目标,在移动机构、能源供给和防爆性能等方面进行创新设计,提高传感检测范围和精度,研究未知、非结构化环境中的导航、定位及控制的智能算法,提高机器人的环境适应性。

煤层原生CO钻孔探测试验

当前不少研究均得出煤层赋存原生CO气体的结论,但是未考虑钻孔施工过程中产生CO后被煤体吸附的可能。为探究西北地区易自燃煤层是否存在原生CO的问题,采用原始煤层原位钻孔探测方法进行原生CO探测试验。在未受采动影响的实体煤区域沿巷帮一字排开布置3个测试钻孔,钻孔密封后采用高纯N_(2)置换密闭气室内气体,采用专用抽气泵抽取钻孔内气体,消除原位探测钻孔施工过程中煤体氧化产生CO对试验结果的影响。在分析煤层原生CO来源可能性及其涌出理论的基础上,探讨了密闭钻孔内气体浓度随时间变化特征,结果表明:密封后钻孔内O_(2)和CO体积分数随密封时间的延长而迅速降低,12 d后O_(2)体积分数稳定在2%以下;12 d后CO体积分数低于10^(-12),气相色谱仪未检测到CO气体;钻孔内气体主要为N_(2)。由此推断,待测煤层中无原生CO气体。N_(2)环境破煤试验和煤样常温恒温氧化试验结果表明,封孔初期检出的CO气体来源于钻孔施工破煤作业。

采后10 a垮裂岩体自修复特征的钻孔探测研究——以神东矿区万利一矿为例

采动垮裂岩体在煤层采后多年的长期演变过程中,常易发生导水能力逐步降低的自修复现象,研究其产生机制与规律对于实现矿区采损环境的生态再恢复意义重大。为了揭示神东矿区万利一矿煤层开采约10 a后垮裂岩体的自修复特征,采用钻孔原位探测方法对单一煤层采动和多煤层重复采动这2类典型条件下的覆岩垮裂特征及其自修复规律进行了观测研究。结果表明,历经8~12 a时间的演变,上覆垮裂岩体的自修复现象显著,表现为钻进冲洗液漏失量小、孔内水位下降缓的低渗透现象。采煤时覆岩的初始垮裂程度直接影响采后多年探测揭露的岩体自修复效果;从横向上看,开采边界附近为采动裂隙的显著发育区,因而其垮裂岩体自修复效果要低于盘区中部压实区的垮裂岩体;从纵向上看,垮落带中下部及导水裂隙带中上部自修复效果最好,而垮落带上部及其与导水裂隙带交界的过渡区由于普遍赋存有厚硬砂岩,因而其岩层垮落块度大、自修复效果相对偏低。煤层埋深越大,较大的支承压力更易促使超前煤岩体的压缩、以及边界附近显著发育裂隙的开度减小,这有助于促进裂隙的自修复;因而浅部矿区垮裂岩体实现自修复所需的年限更长。相比单一煤层开采,多煤层重复采动产生的二次活化作用会改变上煤层覆岩已有垮裂状态,还可能破坏在其中已发生的自修复进程;上下煤层采煤间隔时间越长,覆岩整体的自修复进程越慢、效果越差。

基于定向声波扫描的钻孔围岩结构探测方法

在大型水利水电、能源交通等基础设施的建设中,查明岩体结构中存在的不良地质特征是保证工程顺利开展的重要基础,而常规物探方法很难探测到钻孔围岩结构的精细特征及异常区域的范围和走向。为此,在实验室岩样缺陷检测方法的基础上,提出一种基于定向声波扫描的钻孔围岩结构探测方法,该方法为了适用于钻孔围岩结构特征探测,采用定向声波探头、旋转部件及定位装置相结合的技术方法来实现。首先,根据扫描探测数据建立环形扫描矩阵,提出构建环形扫描图的数据处理方法;随后,构建声波数据和环形扫描矩阵的映射关系,将对应的声波处理数据按照映射关系进行对应匹配,形成钻孔围岩结构断面图,在叠加深度信息之后实现了钻孔围岩结构的立体图重建;最后,针对钻孔围岩缺陷区域的岩石声速及缺陷位置参数难确定的问题,利用不同频率声波在岩石中传递的相位特征关系,构建声速维和距离维2维扫描向量,采用数值分析方法求解岩石的声速及异常区域的位置,实现了钻孔围岩的结构特征立体呈现和参数提取,并将该方法应用于实际工程,验证了该方法的可行性和准确性。

钻孔探测与TRT技术在铜坑矿采空区中的应用

采空区是矿山重大灾害源之一,不同性质的采空区采用不同的探测方法。以铜坑矿既有采空区为研究对象,在已知采空区中采用钻孔探测法,实时监测空区顶板的发展,为安全处理采空区提供依据;对于未知采空区,采用TRT地质超前预报技术进行探测,直观反映工作面前端地质情况,指导施工工作。应用结果表明,钻孔探测法与TRT地质超前预报技术在铜坑矿空区探测中是切实可行的,与声发射数据、工程揭露情况一致,为铜坑矿处理采空区提供了技术参考。

岩层钻孔探测仪在锚注修复巷道中的应用

在锚杆注浆修复巷道的施工中使用了一种新型岩层探测仪器,直观、清晰地观测到围岩内部的破坏情况和松动圈的范围。在此基础上进行了注浆锚杆和注浆孔的参数设计。现场实验获得成功,较好地控制住了巷道的围岩变形。

一种井下钻孔探测新技术在地质防探水中的应用

井下钻孔自然伽玛与视频同步探测系统是基于专利技术研发,专门用于煤矿井下钻孔综合新型采集与分析的新型技术。它能够一次完成视频、自然伽马、测斜(钻孔方位、倾斜度)数据采集,并结合软件进行数据的同步分析计算,获取钻孔岩性柱状、钻孔轨迹、钻孔结构等多项成果。晋能有限责任公司华阳煤业矿井在井巷开拓及按照探放水规程实施超前钻探过程中出现大量的探放水钻孔涌水现象及常规手段较难解释的地质现象。采用此项新技术的应用对上述现象进行了探测,查明了出水原因及地质异常现象。

钻孔及探槽探测鉴定横岗-罗湖断裂活动性

在收集前人有关深圳市横岗-罗湖断裂研究成果的基础上,对该断裂地表出露段开展野外地震地质调查,在断裂沿线隐伏地段布置横跨断层的钻孔探测剖面、探槽,通过对断层几何结构特征分析及碳-14(14C)、光释光(OSL)、电子自旋共振(ESR)样品年代测试、岩石薄片鉴定等手段,确定了断裂对上覆第四纪地层的影响,并鉴定出断裂最新的活动年代。

井下钻孔探测技术在煤矿水文地质方面的应用

煤炭在我国能源消费构成中占有主导地位,井下钻孔探测技术具备成本低、分辨率高等特点,能够为煤矿的安全、高效生产提供有利支持,井下钻孔探测技术在煤矿防治水的应用必然会产生很好的经济和社会效益,意义重大。

“长掘长探”技术在煤矿巷道超前探测中的应用

结合具体的工程案例,探讨结合了定向钻探、钻孔地质雷达探测和钻孔瞬变电磁探测的“长掘长探”技术在煤矿巷道超前探测中的应用,详细分析了探测技术在实际应用中的效果和经济性。研究结果表明,“长掘长探”技术能够准确定位煤层顶底板,识别富水区、裂隙带和溶洞,确保了掘进工作的安全性和准确性。探测效率相比传统技术提高了约60%,并且显著降低了工程成本。研究表明,“长掘长探”技术的应用有助于降低地质灾害风险,提升掘进效率和安全性。

电缆探测器用于井下钻孔孔位探测

将６４０５－Ｃ型电缆探测器用于井下探测钻孔，能方便地测出钻孔所处的位置，可提高井下工程孔的利用率。

定向钻进技术在双龙煤矿采空区探测中的应用

双龙煤矿采掘过程中存在小煤窑破坏,为了精准探测出小煤窑破坏区域范围,为双龙煤矿布置采面提供准确地质资料,通过采用定向钻进技术,在回风大巷施工6个定向探测钻孔,快速高效探测出小煤窑破坏区域范围。结果表明:定向钻进技术用于采空区探测技术可行,且具有快速高效、探测精度高的优点。

河西务断裂活动性的综合探测研究

河西务断裂为河西务构造带的东缘断裂,总体走向北东,倾向南东,向北延伸与廊固凹陷内的横向断层(桐柏断裂)小角度相接,向南延伸与牛东断裂相接,为廊固凹陷与武清凹陷的分界断裂,隐伏于冀中凹陷覆盖层之下。本文通过浅层地震勘探和钻孔联合剖面探测,结合年代样品测试,对河西务断裂的活动性和滑动速率进行了综合研究,揭示断裂上断点埋深约150m或以浅,第四系底界面的垂直错距为20—45m,断裂的最新活动时代为晚更新世早期,晚更新世以来的平均垂直滑动速率为0.03mm/a,中更新世晚期以来的平均垂直滑动速率为0.11mm/a。

抽采钻孔合理封孔深度的综合确定

为了提高抽采钻孔封孔质量,采用卸压瓦斯带宽度理论计算、钻孔探测仪窥视煤巷和岩巷塑性区分布范围、钻屑量法分析煤体内的应力分布状态等对瓦斯抽采钻孔合理封孔深度进行研究.结果表明:穿层钻孔封孔长度应大于3.8 m,取值6.5 m;顺层钻孔封孔长度应大于9.55 m,小于14 m,取值11 m.合理的封孔深度在瓦斯抽采应用过程中达到预期的效果.

非开挖导向钻孔轨迹的跟踪和控制

本文对特殊场地条件下，利用雷达探测仪对非开挖钻孔跟踪和控制进行了探讨。在工程实践中，结合这一研究成果和计算机技术可以更有效地跟踪和控制非开挖钻孔轨迹。

综合探测方法在太原盆地东山山前断层探测中的应用

东山山前断层位于太原盆地东部,是盆地北端的边界断层。在多道直流电法和浅层地震勘探初步确定断层位置的基础上,采用钻孔联合剖面探测对断层进行准确定位,并结合年代样品测试确定断层的最新活动时代。通过探测得到:东山山前断层是由三条断层组成的断裂带,长22km,宽约800m。断层上断点埋深约16.7m,错断了中更新世地层,最大断距约23.96 m,断层的最新活动时代为中更新世。此结果修正了前人认为其为晚更新世活动断层的结论。三种探测方法中,多道直流电法勘探只能初步确定断层的位置,采用高分辨率浅层地震勘探和钻孔联合剖面相结合的探测方法是确定隐伏断层位置、判定断层活动性的有效方法。

岩体原位点触探测试的约束刚度差异性表征及影响分析

为了分析不同约束刚度差异性对岩体点触探特性的影响,通过理论分析和数值分析修正给出以应变状态为标准的约束刚度差异性表征方法,并通过室内试验研究不同约束刚度对岩体点触探测试的影响。研究结果表明:在不同孔径和试样尺寸条件下,点触探压头下方拉伸应变不同,表明各条件下岩体结构的约束刚度存在差异性,原位钻孔条件下触探岩体的约束刚度最大,原位半空间条件下的其次,有限试样条件下触探岩体的约束刚度最小。若有限试样尺寸越大,则触探岩体的约束刚度越大;若原位钻孔孔径越小,则触探岩体的约束刚度越大。不同约束刚度对岩石点触探特性有重要影响。对于不同的约束刚度条件,试样初次破裂之前,其荷载-位移曲线斜率基本保持一致,随着约束刚度提高,试样的初次破裂位移与荷载逐渐提高;初次破裂后,点触探加载刚度弱化逐渐减小,最终试样破坏荷载逐渐增加。基于试验得到的初次破裂荷载比与本文给出的约束刚度比有较好的一致性,因此,通过横向拉伸应变条件定义的约束刚度比能够对刚度影响下的点触探指标进行合理表征。

采面底板物探异常区钻探钻孔设计及效果评价

采用钻探方式对采面物探异常区进行瞬变电磁探测,具体布置6个钻探钻孔,钻进深度共计662 m;依据钻孔钻探成果后续采用疏排、注浆等方式对物探异常区进行治理。现场应用后,采面回采期间基本不受底板涌出影响,为采面安全高效回采创造良好条件。

钻孔摄像技术在巷道围岩控制中的应用

利用TYGD10型岩层钻孔探测仪,对巷道围岩进行静态和动态观测。对摄像结果进行处理分析,直观地反映了巷道围岩构成以及裂隙发育和分布情况,并找出了巷道顶板裂隙水出水位置。结合巷道支护方案,对不同时期掘进巷道围岩进行钻孔探测,分析不同测站裂隙分布及发育情况,不仅对巷道支护效果进行了检测,同时得出了巷道围岩裂隙发展发育规律。