煤矿采动区地面L型瓦斯抽采多分支井钻进关键技术研究

淮北矿区各煤矿采动区瓦斯威胁突出,为解决井下工作面采掘期间卸压瓦斯抽采难题,结合井下及常规地面瓦斯抽采技术,考虑到使井眼覆盖到更大抽采面积,以满足抽采需求,提出地面L型多分支井瓦斯抽采技术。针对地面L型瓦斯抽采多分支井成井质量影响抽采效果的问题,在许疃煤矿某工作面开展地面L型瓦斯抽采多分支井高效钻进技术研究。通过井位层位优化布设、井身结构及井眼轨迹优化设计、套管侧钻开窗技术、井眼轨迹精确控制技术、筛管悬挂完井技术等关键技术研究,形成地面L型瓦斯抽采多分支井成井技术,充分利用煤层采动卸压效应,提高回采工作面瓦斯抽采效率,有效解决井下采掘衔接紧张及瓦斯制约安全生产矛盾。

煤矿采动区地面L型顶板水平定向井抽采技术及试验

为解决井下采掘衔接紧张及上隅角瓦斯超限的问题,结合井下高位钻孔抽采与采动区地面直井抽采技术的特点,提出采动区地面L型井抽采技术。在深入分析采动区地面L型井与传统L型定向井区别的基础上,指出该技术的关键点包括井型结构设计和井位层位选择技术、井身层位导向钻进和疏通技术、地面安全抽采控制技术。在山西晋煤集团寺河煤矿3313工作面开展了采动区地面L型井抽采技术试验,结果表明:地面L型井抽采瓦斯浓度平均80%,平均抽采瓦斯纯流量2.2万m^3/d,上隅角瓦斯浓度平均降幅46.5%,为工作面瓦斯涌出治理起到关键作用,验证了该技术在煤层气开发及瓦斯涌出治理领域的巨大潜力,为我国煤矿区采煤采气一体化开发提供了新的技术途径。

晋城矿区郑庄深部煤层L型水平井增产改造技术

晋城矿区郑庄区块常规直井煤层气产量低,开发效果差。为有效改善该区块煤层气的开发现状,提高煤层气井产量,采用理论分析与现场试验相结合的方法,在充分利用老井压裂影响范围的基础上,提出了L型水平井串联压裂增透改造技术,并形成了集井位布设、射孔压裂段优选、连续油管分段压裂改造于一体的L型水平井高效开发方法与技术。经现场试验,L型水平井串联压裂增透改造技术取得了良好的增产改造效果,L型水平井产气量是本区块常规直井平均产量的近30倍。研究结果为晋城矿区深部区块的煤层气高效开发与老井改造提供了依据和指导。

韩城矿区煤层气L型水平井套管钻井技术

地质条件与工程技术匹配程度决定了煤层气开发效果,为进一步摸索适合韩城矿区煤储层特点的开发技术,不断改善该区煤层气开发效果,在总结该区丛式井组射孔压裂及多分支水平井技术开发效果基础上,结合该区煤储层低孔、低渗及低压的特点,应用L型水平井套管钻井技术。该技术三开采用套管钻进,完钻后不进行固井作业,直接射孔完井。结果表明该类开发技术具有一般水平井开发技术的优点,与多分支水平井相比能够保持井壁的稳定性,同时避免固井作业及压裂改造带来的不利影响,产气效果明显趋好。

地面L型钻井在屯兰矿12408工作面顶板裂隙瓦斯抽采中应用

为降低屯兰矿12408工作面回采期间采空区瓦斯涌出量,将地面L型钻井应用到瓦斯抽采中。采用数值模拟及理论计算方法确定钻孔布置层位,依据现场地质情况确定钻孔井身结构参数,并对L型钻孔瓦斯抽采效果进行详细分析。现场应用后,12408工作面上隅角、回风巷瓦斯浓度分别降低至0.32%、0.25%以内,达到了降低采空区瓦斯涌出目的。

高压流体疏通煤矿采动区L型井方法研究

随着煤矿井下采煤工作面推进,采动区L型井裂隙会被煤粉或其它杂质堵塞,影响地面抽采效果。介绍了高压流体疏通气井,并在胡底矿成功实践,采动区L型井经过3次疏通取得了良好效果,产气量恢复到12 000 m^3/d,稳产时间为53天,降低了工作面特别是上隅角瓦斯浓度,保障了煤矿安全生产。

“L”型地面井水平段垂直位置的确定及抽采效果

针对工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯浓度高的难题,基于"O"形圈理论及采场上覆岩层裂隙发育规律,提出采用"L"型地面钻井抽放采空区瓦斯的技术方法。本文结合理论分析、公式计算及现场地质条件,确定"L"型地面井水平段应布置在2#煤层顶板上方40m位置。现场应用结果显示:采用"L"型地面钻井抽放瓦斯后,井下工作面各点瓦斯体积分数稳定在0.5%以下,抽放效果显著。说明"L"型地面钻井技术可以有效解决工作面及上隅角瓦斯超限问题,可为类似工程问题提供参考依据。

L型井瓦斯抽采效果影响因素分析

以山西晋城矿区寺河矿3313回采工作面为对象,研究了该采煤工作面每日进尺、通风等因素对采动L型井甲烷的流量、浓度、纯量的影响。数据表明,采煤工作面进尺量与L型井抽采甲烷纯量呈正相关;井下高抽巷风排甲烷量与L型井抽采甲烷量呈负相关。

DSE及其代谢物对紫花苜蓿促生作用及其矿区生态修复潜力

煤炭开采造成矿区土地生产力降低,生态脆弱问题加剧,微生物联合植物复垦技术是矿区生态修复常用手段,合适的菌剂接种方式对加快矿区生态修复具有重要意义。深色有隔内生真菌(Dark Septate Endophytes,DSE)是一类普遍存在于植物根系的内生真菌,其代谢物具有植物生长刺激素的功能。以紫花苜蓿为研究对象,在浸根方式和模拟土培方式2种接种方式下,设置DSE菌丝(HD)、代谢物(MD)、菌丝及其代谢物(HD+MD)及空白对照(CK)4个处理,探究DSE及其代谢物对紫花苜蓿的促生作用机制。结果表明:浸根方式下菌丝及其代谢物联合处理的紫花苜蓿长势最佳,总生物量、总叶绿素、根体积、全氮含量分别比对照组增加了83.78%、35.54%、132.12%、82.16%,DSE在紫花苜蓿根系定殖率可达68.89%,且以菌丝结构定殖为主。模拟土培方式下DSE代谢物对紫花苜蓿的促生作用显著,定殖以微菌核结构为主。相关性分析表明,与接种方式相比较,DSE接种处理与菌丝定殖率、微菌核定殖率、总定殖率、根长、根表面积、根投影面积呈显著正相关(P<0.05),与地上部鲜重、根鲜重、总鲜重、根体积、全氮、全钾呈极显著正相关(P<0.01)。DSE及代谢物通过定殖率和光合作用调控紫花苜蓿的生长,为矿区生态修复绿色菌肥的的开发利用提供了理论依据。

贵州省汞矿区蜈蚣草及其根际土壤中重金属的分布特征研究

选择贵州省典型汞矿区(万山、铜仁、松桃、务川、开阳汞矿)为研究区域,采集汞矿区自然生长的蜈蚣草(Pteris vittata L.)及其根际土壤,分析根际土壤和蜈蚣草中重金属含量分布特征,并评价蜈蚣草对不同重金属的富集能力。结果表明,汞矿区蜈蚣草根际土壤重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb和Pb)质量浓度为0.15~5827.45 mg/kg,采用地累积指数法评价可知,根际土壤存在一定程度的Cd、Sb、Pb和As污染。蜈蚣草对不同重金属的富集能力差异较大,对汞矿区As和Zn污染土壤修复有一定作用。

基于D-InSAR技术的采煤沉陷区地面形变隐患识别与影响分析

本文基于D-InSAR技术,通过SARscape 5.2.1雷达影像处理平台获取了2021年6月至2021年9月鬃岭-勺窝集中采煤区的地表形变信息,同时采用典型形变处最新采空区、采煤巷道数据和野外调查核实方式验证了监测结果的准确性和可靠性。结果表明:(1)本文采用D-InSAR技术成功识别了纳雍县鬃岭-勺窝采煤沉陷区3处地面沉降变形隐患,其影响面积分别为P1处约为0.06 km^(2),P2处约为0.14 km^(2),P3处约为0.07 km^(2);(2)典型沉降区土地利用现状分析表明沉降中心人类活动的强度在缓慢增加,其表现在2017—2021年期间耕地、林地、水体面积减少,居民区、工矿用地、灌木林地以及设施农用地面积增加;重要地类现状实地调查结果表明,典型地面沉降已对居民区房屋道路造成了损坏,对沉陷区生活的人民生命和财产安全造成一定程度的安全隐患。基于此,本文研究D-InSAR技术在岩溶山区集中采煤区地面沉降隐患识别与采矿活动对人类活动的影响为保障矿区人民的生命和财产安全提供了有力的技术支撑,在开采矿区地表环境的整治及人与自然协调发展方面具有一定的现实意义。

菌根对干旱区采煤沉陷地紫穗槐根系修复的影响

针对神东矿区采煤沉陷地干旱缺水、植物难以定植的特点,通过野外大田试验,研究接种丛枝菌根真菌对紫穗槐生长及其根系自修复能力的影响。结果表明,强化接种菌根提高了紫穗槐根系侵染率和菌丝密度,促进了紫穗槐的生长。接菌组紫穗槐根系的总长度、总投影面积、总表面积、总体积、总根尖数显著高于对照组,且随着接种时间延长根系各项指标增加迅速;菌根侵染率、菌丝密度和紫穗槐地上部参数(成活率、株高、冠幅)与根系指标相关参数呈显著正相关;主成分分析表明,菌丝长度、总根尖数、总根长、成活率是反映采煤沉陷地植被生态修复状况的主要因子。接种菌根缓解了煤炭开采对紫穗槐生长造成的不利影响,增强了紫穗槐根系自修复能力,促进了矿区生态系统稳定。

综放开采端面顶板稳定性的数值模拟研究

由于直接顶 (含顶煤 )厚度的成倍增加 ,综放采场顶板下沉量与支架工作阻力并不存在类双曲线关系。因此用顶板最大下沉量判断直接顶 (含顶煤 )稳定性已失去意义。应用 U DEC程序分析了综放开采端面顶板稳定性与支架工作阻力及端面距的关系 ,得到当端面距在一定范围之内时 ,端面顶板冒落情况与支架工作阻力及支护角度密切相关 ,支架工作阻力 P和端面顶板下沉量Δ ld呈类双曲线关系。在此基础上提出综放支架工作阻力新的确定方法。

井下危险区域目标检测

建立适合煤矿井下特殊环境的危险区域目标检测系统结构和新的目标匹配算法。新算法基于SIFT(scale-invariant feature transform)多尺度变换,结合形态学技术用降维后的局部区域匹配方法提高系统实时性;交叉匹配粗筛选后将RANSAC(random sample consensus)算法和L-M(Lev-enberg-Marquardt)非线性优化算法结合估计优化参数,解决现有算法计算复杂,匹配时间长,复杂环境匹配精度低的问题。实验证明,新算法对煤矿井下模糊、低照度、遮挡、高噪声和尺度变化等情况均具有良好的鲁棒性,解决多摄像机不同视角目标匹配问题,适合实时处理的监控系统中井下危险区域目标检测。

煤矿复垦区土壤理化性质对沙棘果叶含水量的影响研究

沙棘是煤矿复垦区植被恢复和生态环境建设的先锋树种之一。果实含水量是沙棘果实利用价值的重要指标之一,而叶片含水量又影响沙棘的光合生长。因此,对沙棘果叶含水量进行研究具有一定意义。文中采用灰色关联分析法,探究煤矿复垦区林地土壤理化性质对沙棘果叶含水量的影响,得出如下结论:①在土壤物理性质中,土壤容重与中国沙棘、大果沙棘果实含水量的关系最密切,影响较大;毛管孔隙度与中国沙棘叶片含水量关系最密切,影响较大;土壤含水量与大果沙棘叶片含水量关系最密切,影响较大;②在土壤化学性质中,有机质与中国沙棘、大果沙棘果实含水量关系最密切,影响较大;有效磷与中国沙棘叶片含水量关系最密切,影响较大;pH与大果沙棘叶片含水量最密切,影响较大。该研究结论能为今后煤矿复垦区植被恢复重建、沙棘经济林营造以及调节沙棘果叶含水量提供数据支撑和科学依据。

蜈蚣草对典型Hg矿区重金属的吸收和累积特征研究

通过采集贵州省Hg、Cd、As、Pb和Cr复合污染的典型Hg矿区中生长的蜈蚣草(Pteris vittata L.)及其根际土壤,并利用蜈蚣草地上部分富集系数、地下部分富集系数及转移系数,探究了蜈蚣草对以上5种重金属的吸收和累积效果。结果表明:Hg矿区根际土壤中Hg、Cd、As含量存在超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)的现象,最大超标倍数分别达到81.5、2.5、3.1倍,Hg污染最严重。蜈蚣草地上部分重金属平均含量表现为As>Hg>Cr>Pb>Cd;地下部分表现为As>Cr>Hg>Pb>Cd。其中,地下部分重金属含量与根际土壤中重金属含量间存在明显正相关关系。蜈蚣草对As的富集能力最强,但As主要富集在蜈蚣草的地下部分,对地上部分影响较小。

广东省典型富镉铅锌矿区中优势植物重金属富集特性与应用潜力

为了筛选出适合广东省的重金属污染土壤修复植物,在广东省的4个典型富镉铅锌矿区进行了植物和土壤的实地调查。结果表明:4个典型矿区土壤中镉、铜、镍、铅和锌质量浓度分别为0.10~323.80、23.23~2449.00、2.04~56.54、61.75~18230.00、68.17~23834.00 mg/kg,平均值分别是广东省土壤背景值的1345、39、2、134、85倍;采集到的41种优势植物中,藿香蓟(Ageratum conyzoides L.)可以作为镉和锌的富集植物,粗叶悬钩子(Rubus alceaefolius)可以作为铅的富集植物,特别是藿香蓟生物量大,而且适应当地的自然环境条件,对于修复广东省的富镉污染土壤具有较好的工程应用前景;蟛蜞菊(Sphagneticola calendulacea)、苎麻(Boehmeria nivea)、豚草(Ambrosia artemisiifolia)、野生紫苏(Perilla frutescens)、土牛膝(Achyranthes aspera)、东风草(Blumea megacephala)、野艾蒿(Artemisia lavandulifolia)、黄瓜菜(Crepidiastrum denticulatum)、绿叶地锦(Parthenocissus laetevirens)对不止1种重金属的转运系数大于1,表现出较强的向地上部转运重金属的能力,都可以根据需要作为广东省重金属污染土壤植物修复的备选物种。

山西重点煤矿采动区煤层气地面抽采技术及应用

为了解决现代化高产高效矿井因回采速度大幅度提高而引起的采煤工作面上隅角瓦斯超限问题,突破传统的煤矿井下抽采瓦斯措施存在的在时间、空间上对治理采煤工作面的瓦斯方法单一的局限,依托国家科技重大专项示范工程,模拟研究了山西重点煤矿区晋城、阳泉等矿区采煤工作面回采引起采动区地面井不同距离时煤岩层裂隙在超前支承压力转移、采动覆岩反复扰动、采动覆岩基本稳定3个阶段的形成机理,据此确定并验证了采动区卸压瓦斯的运移通道及富集区。研究结果表明:山西重点煤矿区采动区地面直井井位应布置在回采工作面回风巷侧地表沉降拐点连线和采场中线之间为重点研究区域;采动区L型水平井层位应优先布置在裂隙带中部且厚度及强度均较大的岩层中。由采动区地面井变形破坏模拟发现,岩层移动的剪切滑移位移量、离层拉伸位移量是对地面井井身结构产生影响的关键参量。因此,采用增大采动区地面直井的井径、改进固井技术提高地面井的有效通径以增强其抗拉剪能力。通过生产实践研发了采动区地面直井应穿越煤层并将生产套管(筛管)布置在采动裂隙带上边缘至冒落带的最优“三开”井身结构。在岳城矿、塔山矿、新景矿等矿区进行了100多口的采掘扰动区地面“仅钻井、不压裂”的钻井与抽采工程示范,大部分井取得了较好的瓦斯抽采效果,单井平均总产气量约200万m3,最高达3000万m3以上。采动区地面井同时对采煤工作面上隅角瓦斯治理也起到了非常重要的作用,工作面上隅角瓦斯体积分数降幅平均达50%左右,在煤层气抽采及工作面涌出瓦斯治理两方面效果显著,具有良好的推广应用价值。

重金属胁迫对青藏高原2种牧草种子发芽及生长的影响

为了探讨Zn^(2+)、Mn^(2+)、Fe^(3+)、Pb^(2+)胁迫对紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、高羊茅(Festuca elata)种子发芽及生长特征的影响,试验采用组织培养法进行了Zn^(2+)、Mn^(2+)、Fe^(3+)、Pb^(2+) 4种重金属胁迫下,2种牧草的发芽试验,测定了2种牧草种子的发芽率、发芽势、芽长、根长、发芽指数和活力指数,分析了2种牧草种子对重金属的耐受性,以期为西藏中部矿区重金属污染土壤中牧草的混播提供科学依据。结果表明:在Zn^(2+)不同浓度胁迫下,2种牧草种子的相对发芽率、相对发芽势均表现出"低促高抑"的现象;Mn^(2+)胁迫时,紫花苜蓿的相对发芽率、相对发芽势均高于高羊茅,且差异显著(P<0.05);当Fe^(3+)胁迫浓度为1 000 mg/L时,高羊茅的相对发芽率仍高于紫花苜蓿2倍,抗性比紫花苜蓿强;Pb^(2+)胁迫时,紫花苜蓿的相对发芽率、相对发芽势明显高于高羊茅,且达到显著水平(P<0.05),Pb^(2+)浓度高于500 mg/L时,高羊茅已达致死剂量,高羊茅抗性比紫花苜蓿弱。从4种重金属对2种牧草相对根长和相对芽长的影响来看,2种牧草种子对4种重金属离子的抗性不同。从发芽指数和活力指数来看,紫花苜蓿对Zn^(2+)、Mn^(2+)和Pb^(2+)的抗性更强;高羊茅对Fe^(3+)抗性更强。说明紫花苜蓿和高羊茅2种牧草对重金属具有一定的耐性,其人工混播在矿区土壤修复中有一定的发展潜力。

矿区农田施用木炭和硫酸亚铁对水稻吸收累积镉砷的影响

通过田间小区试验,文章研究了矿区土壤连续2年施用木炭和硫酸亚铁对水稻吸收累积镉、砷的影响,测定不同处理条件下土壤重金属形态和水稻各器官重金属含量。结果表明:施用木炭和硫酸亚铁可以促进水稻的生长发育,增加水稻产量。添加木炭可以提高土壤pH,显著降低土壤中有效态镉含量,其最大降低幅度2016年为10.2%,2017年达到33.1%;添加硫酸亚铁处理可以显著降低土壤中有效态砷含量,其最大降低幅度2016年为34.2%,2017年达41.7%。添加木炭处理能显著降低水稻籽粒中镉含量,但是会增加籽粒中砷含量;叶面喷施硫酸亚铁能显著降低水稻籽粒中镉含量,同时也能降低水稻对于砷的吸收。