ZDY4000S型全液压钻机及救援钻孔配套钻具的研制

介绍了适于施工救援钻孔的ZDY4000S型全液压钻机及配套螺旋钻杆的主要技术参数、特点、结构与现场试验情况。

煤矿大直径救援钻孔顶管钻进装备关键技术研究

为解决煤矿坍塌巷道的救援难题,提高坍塌巷道大直径救援孔的钻进速度,提出了采用顶管工艺进行大直径钻孔施工。通过布置在硐室内的主顶装置,推动可以接续的管节及刀盘,对坍塌岩体完成破岩及排渣作业,最终形成由顶管管节组成的救援通道。研发了坍塌岩体条件下的大开口复合刀盘,由10把切刀、10把滚刀及2把刮刀组成,开口率为40%,能够满足大粒径渣石快速破碎的需求。研发了小直径顶管救援装备驱动系统及外周驱动、破排一体的新型排渣系统,主要结构包括出渣管、行星减速器、大齿轮、刀盘、电机等,电机带动刀盘及出渣管转动,出渣管内部焊接有螺旋的排渣条,煤岩破碎后进入刀盘,再由排渣管连接刮板机进行连续出渣,最大排渣粒径为300 mm,能够解决大流量大颗粒排渣需求和排渣系统小空间布置困难的问题。搭建了坍塌巷道的堆积体试验环境,完成煤矿顶管救援装备的工业性试验,顶进距离为102.5 m,折合日进尺为43.92 m,形成内径1575 mm的救援通道,并实测得出顶进过程中的刀盘转矩和推进力的变化趋势。研究成果对提升我国应急处置与救援装备技术水平,对灾变条件下最大程度减少人员伤亡和财产损失具有重要意义。

矿山救援钻孔定位精度和施工误差

为了指导矿山救援,提出了确定救援钻孔精度应采集的参数,用误差理论分析了影响救援钻孔精度的因素,对救援钻孔施工误差的合理值进行了研究,对传统的钻孔施工误差的确定方法进行了改进和优化,通过实例说明了其应用.研究表明,在人员位置和钻孔放样精度一定的情况下,钻孔施工误差必须控制在合理范围内.

山东平邑石膏矿矿难大口径救援钻孔施工技术

2015年"12.25"平邑矿难钻孔救援是我国首例通过钻孔救生的成功案例。由于地层不断坍塌变形,导致了复杂地层条件的产生,给救援钻孔的施工带来极大困难。针对这一特殊情况,采用空气反循环钻井工艺技术,处理钻孔事故时采用气举反循环工艺技术。总结了大口径钻孔施工经验,对今后施工大口径救援钻孔提出有待改进的问题和建议。

矿山灾害救援钻孔精准定位技术研究

钻孔救援技术是煤矿应急救援的一项实用的救生、救援技术,为了保证钻孔救援的精度定位,综合分析了制定钻孔定位方案所需要的技术基础,指出人员定位和钻孔终孔定位是钻孔救援成败的关键,讨论了用综合法确定地下钻孔终孔位置、用全站仪和GPS RTK测设地面钻孔中心位置的方法,同时指出对近井点的检核和多种定位方法的联合运用是保证精准定位的重要举措,最后,通过实例检验了其使用效果.

山东笏山矿难3号救援钻孔施工技术

2021年1月10日下午2点,位于山东烟台栖霞市的山东五彩龙投资有限公司笏山金矿井下240 m发生爆炸事故,造成井下22名工人被困。事故应急救援指挥部首批布设了4个救援孔,山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队承担了3号救援孔的施工任务,采用“潜孔锤钻进+高精度测斜+套管护壁止水”的施工方案,快速钻进至521 m。之后配合国家矿山应急救援大地特勘队采用定向钻进技术完成剩余60 m施工任务,实现第一个透巷并收到井下被困矿工的回应。本次成功救援,开创了一种接力钻探救援的新模式,为矿山救援工作提供了借鉴与思路。

崔木煤矿地面救援钻孔布置及施工技术研究

为了提高井下避灾系统的可靠性,考虑崔木煤矿井下永久避难硐室的地面位置,增加地面救援钻孔系统,提高了永久避难硐室的安全可靠性。并介绍了地面救援钻孔施工方式,对其他煤矿地面救援钻孔系统具有借鉴作用。

新型应急救援钻孔钻头现场试验研究

应急救援钻孔要求钻进速度快,能够适应破碎、漏失等复杂地层条件。基于柯恩达附壁原理,设计出一种应急钻孔救援用新型强力抽吸反循环钻头。通过现场试验证明,应急救援钻孔使用常规泥浆钻进平均小时效率为1.58~1.98 m/h,本试验过程钻进效率为6.14 m/h,钻进速度为常规泥浆钻进的3.1~3.9倍,验证了强力抽吸式反循环钻头的可行性,为应急救援钻孔提供了一种新的技术手段,具有较高的推广应用价值。

面向钻孔救援的UWB雷达探测技术研究进展

钻孔救援技术在我国已有多起成功救援的案例,但目前用于钻孔救援的探测设备不能满足穿透探测需求,无法利用终孔打偏或造成坍塌的钻孔。UWB雷达具有穿透能力强、抗干扰能力强等诸多特性,可很好地适应灾后矿井环境,实现对障碍物后方的穿透探测。为此,通过文献调研,从UWB雷达定位技术和UWB雷达成像技术两方面总结梳理了基于钻孔救援的UWB雷达探测技术的研究进展。总结出当前UWB雷达定位技术和成像技术在探测方式与装备、探测技术与理论以及回波信息处理技术与算法三方面存在的主要缺陷。针对性地提出了未来研究工作的重点:①研发基于钻孔救援的UWB雷达标识卡定位技术与装备;②结合距离选通技术、改进信息处理程序及CT领域算法研发、优化数据处理技术与算法;③通过雷达阵列分布、ICA算法、改进随机共振算法及融合主流技术构建生命信息识别系统。

矿山钻孔垂直救援技术的思考及发展趋势

矿山钻孔垂直救援技术是一种快速高效的矿井应急救援手段,在以往矿山事故救援中起着关键性作用。阐释了矿山钻孔垂直救援技术原理,得出该技术具有远距离、高效率以及非接触式等优势;归纳分析了王家岭煤矿透水事故、山东平邑石膏矿事故的主要救援经过和主要成功要素。对现有的快速成孔方法和人员定位探测技术的局限性展开了一定的思考,展望了钻孔垂直救援技术的发展前景,指出未来我国矿山钻孔救援技术研究的重点研究方向主要包括:打造长距离、高精度、高效率的灾变矿山井下被困人员定位系统,深入研究矿山钻孔救援的快速精准安全成孔技术与灾变矿山井下穿墙探测技术,完善矿山钻孔救援方案,普及救援求生知识。

钻孔救援连续缆管储放设备研制

双钻头仿生自平衡连续钻进技术具有无需钻机、钻进速度快和对井壁扰动小等优点,是构建矿山灾害保障救援通道的潜在关键技术之一。该技术中的连续缆管由于内置有电源、信号和排屑等通道,要求在储放过程中不能出现像现有滚筒式绞车储存连续管时存在的互咬、挤压和设置动静导电滑环等情况,故需研制与之匹配的专用连续缆管地面储放设备。依据双钻头自平衡钻进技术的需求和连续管滚筒式绞车储存技术存在的不足,提出了连续缆管套筒式储存和夹持式输送原理,构建了连续缆管套筒式储存和输送模型,并应用有限元分析软件对连续缆管的夹持输送过程进行模拟分析。依据双钻头仿生自平衡钻进系统对连续缆管的性能要求,确定了整机尺寸参数,并对整机的运行参数进行了计算,建立了适用于连续缆管外径为50.8 mm、井眼深度小于1 016.8 m、场地面积小于50 m2钻井工况的钻孔救援连续缆管储放设备三维模型。最后,研发了与本设备匹配的电控系统,并对加工组装好的整机进行了连续缆管夹持输送、储放设备运行、连续缆管储放等机电一体化联调与试验。结果表明:连续缆管储放设备运行平稳,在连续缆管存储和输送过程中,无互咬和锁死现象,没有动静导电滑环,能够满足双钻头仿生自平衡钻进系统的技术需求,为钻孔救援双钻头自平衡连续钻进提供了必要的装备支撑。

大口径地面钻孔救援技术与装备发展

大口径地面钻孔救援技术多次在矿难救援中得到成功应用。但由于地层的复杂性、装备及工艺适配性不足等各方面的限制,影响了地面钻孔救援的施工效率。本文以矿难大口径地面钻孔救援装备和大口径钻孔快速钻进技术为主线,分析了目前地面钻孔救援技术存在的主要问题,并针对性地提出了应对措施,包括研发双动力头钻机、跟管钻进技术、高效套管焊接技术、潜孔锤钻进技术以及反循环钻进技术等,以期为今后矿难大口径地面钻孔救援施工技术及装备研发提供建议与技术基础,进一步提升钻孔救援的施工效率,加速构建科学的矿难救援体系。

UWB雷达在矿山钻孔救援中的应用研究

超宽带(UWB)雷达探测技术可实现面向钻孔救援的矿井人体目标探测,但UWB电磁波易受灾变矿井复杂环境影响,UWB雷达回波信号易受到灾变矿井背景杂波、环境噪声影响,导致难以实现灾变矿井人体目标精准探测。针对上述问题,介绍了基于UWB雷达的井下目标探测场景及人体目标探测原理,分析了UWB电磁波特性研究现状和UWB回波噪声滤除方法研究现状。总结了存在的问题:①UWB电磁波在灾变矿井复杂环境中的传播特性需深入研究。②背景杂波产生原因尚未明晰,灾变矿井背景杂波与环境噪声滤除技术研究较少。③面向钻孔救援的UWB雷达人体目标探测技术仍需改进。针对现有技术的不足,展望了面向钻孔救援的UWB雷达井下人体目标探测技术的发展趋势:①深入研究UWB电磁波穿透传输关键表征参数对井下复杂环境特征的敏感程度。②构建适用于灾变矿井的背景杂波与环境噪声滤除方法。③深入优化面向钻孔救援的UWB雷达人体目标探测技术。

面向钻孔救援的UWB雷达回波信息处理关键问题研究进展

钻孔救援技术作为一种生命通道快速构建的新型救援技术已得到广泛应用。UWB雷达可基于钻孔实现非视条件下的人员生命信息探测,但UWB雷达回波易受井下环境噪声、背景杂波和探测目标运动状态影响,难以从中获得有效的被困人员生命信息。对基于钻孔救援的UWB雷达回波信息处理研究现状进行归纳总结:从杂波滤除方法、算法和模型3个方面对杂波的滤除现状进行梳理总结;从时域/频域分析方法、时频分析方法、数字处理技术和其他处理方式4个方面对有效特征提取的研究现状进行归纳;得出当前在钻孔救援中UWB雷达回波信息处理存在的主要问题:杂波滤除技术和滤除种类比较单一且缺乏滤波后信息验证、缺乏多类型的微多普勒特征提取、矿井灾害环境下UWB雷达回波信息处理研究较少、现有信息处理设备不能满足矿山钻孔救援需求。提出UWB雷达回波信息处理在钻孔救援中的发展趋势:(1)结合时频分析方法和多域处理进行杂波滤除研究;(2)利用神经网络模型研究基于钻孔救援的UWB雷达回波成分,并与地面环境对比;(3)运用ICA算法提取多种微多普勒特征,利用同步挤压短时傅里叶变换提取运动特征,基于互相关的联合多距离门信号的体征提取算法加强心跳信号提取;(4)研发融合多领域技术设备满足钻孔救援需求,扩充井下回波数据训练集,建立深度自学习的有效特征数据库。

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。

基于钻孔救援的UWB雷达波传输衰减研究及展望

快速精准地获取井下受灾人员位置是钻孔救援前期生命信息探测的关键问题。针对在垂直钻孔救援过程中,由于探测区域巷道坍塌或终孔位置偏移,无法快速准确地获取被困人员位置,耽误救援的黄金时间,影响人员生命安全的问题,通过开展UWB雷达波传输衰减研究,为现场救援指挥人员快速制定救援方案。分析了UWB雷达波应用于矿山钻孔救援的现状和需求,并结合矿山钻孔救援背景,指出UWB雷达波传输衰减规律,从介质的各向同异性分析了介质的特性参数对雷达波传输衰减的影响;从介电常数、电导率、磁导率和时空变化4个方面分析了介质的电性参数对雷达波传输衰减的影响;从雷达频率和极化2个方面分析了雷达特征参数对雷达波传输衰减的影响。根据上述分析,指出目前对UWB雷达波同时穿透煤岩体等各向异性介质的研究和介质传播衰减机理研究较少;在井下复杂多变或模拟受灾后环境的UWB雷达波传输衰减理论与实验较少,相关规律总结较少;UWB雷达波关键参数与影响因素之间的映射关系数据库尚未完善。并给出未来需研究的关键技术:(1)对煤岩体等各向异性介质在宏观与微观上进行研究;(2)搭建灾变环境条件下雷达波传输衰减实验模拟系统;(3)增加灾变后非结构环境下UWB雷达信号传播特性的研究与信道建模数值模拟。

矿用救援提升舱二次逃生机构设计及验证

矿用救援提升舱是地面钻孔救援的重要装备之一,提升救援过程中因钻孔偏斜、套管变形、孔壁坍塌、钢丝绳断裂等原因导致提升舱无法继续向上提升,此时人员需从舱内再次进入巷道,等待二次救援。为实现上述功能,在提升舱内设计了二次逃生机构。当发生提升舱被卡等紧急情况时,断绳保护机构将提升舱固定于井筒内,快速脱开机构实现人员舱与下舱段有效脱离,下舱段沿井筒下坠至井底,形成二次逃生通道;被救人员的安全带挂到离合式缓降机挂钩上,以最快1.1 m/s的速度匀速下降,沿着二次逃生通道落回井底,等待二次救援。为验证二次逃生机构的性能和可靠性,进行了救援提升舱的二次逃生试验,快速脱开机构、缓冲机构及离合式缓降机运行可靠,为地面钻孔提升救援提供了安全保障。

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。

矿井钻孔救援通信技术的研究进展及趋势

阐述了矿井钻孔救援通信技术原理,详细介绍了钻孔救援通信技术即钻孔救援探测技术、矿井救援指挥系统及可视化技术、钻孔救援高速传输及交换技术的国内外研究进展,指出了矿井救援通信技术亟需解决的问题及发展趋势:钻孔救援通信系统各功能组成上应相互独立又有机统一,使系统在功能升级过程中不影响其他功能的正常使用;钻孔救援通信技术在进行音、视频图像采集,灾难现场环境监测,通信和存储等环节上应有更高的准确性;进一步提高数据通信系统的可靠性,使钻孔救援通信系统本身具有自检及恢复功能,为矿井救援方案的制定提供有效参考;完善与救援通信设备配套的应用软件,确保救援中信息实时交互传输,具有逼真的现场感,便于指挥人员后续的决策;研究数据采集系统错误及误差的判定及预警技术,使探测到的救援信息准确无误,提高救援效率及成功率。

矿山钻孔救援技术的研究与务实思考

钻孔救援技术是煤矿应急救援的一项有效实用的救生、救援技术。目前尚处于探索起步阶段,许多机构和企业的研究更多集中在精确钻孔方面,缺乏对钻孔救援的深入思考,尤其是以救生为核心的研究。该文主要总结了智利圣何塞铜矿事故救援的经过和主要成功要素。在此基础上,提出了钻孔救援的基本概念,总结了钻孔救援的前提是要求钻孔精准的达到指定位置,钻孔救援技术的限制条件和措施。提出发展钻孔救援要以救生为目标,加强引进和研发提高钻孔救援装备的水平,依靠科技进步,大力发展钻孔救援技术装备;组织开展生命救治技术措施研究;制订和完善钻孔救援技术战术规程、标准等。