急倾斜巨厚煤层复杂空间结构区微震时空演化规律及诱冲机理

煤矿冲击地压灾害的发生与空间结构密切相关,尤其在复杂空间结构区灾害发生更频繁。掌握煤层开采复杂空间结构区煤岩灾变规律并揭示其发生机制对于冲击地压防控具有重要意义。以乌东煤矿为研究背景,采用数值模拟、微震监测、理论分析等方法,研究了岩柱应力异常尺寸效应,分析了复杂空间结构区微震时空演化规律,揭示了复杂空间结构下冲击地压发生机理,评估了煤层开采不同区域的冲击危险性。研究结果表明:①急倾斜岩柱厚度更窄、出露高度更大其撬动效应更强,岩厚变异应力异常形成5个分区。②岩柱厚度更窄区域微震频次更多,能量更高,时空活动度更强,离散性更高。高应力区、应力梯度区、应力平稳区依次呈现“低频次-高能量”、“高频次-高能量”、“低频次-低能量”的微震响应特征。③特殊空间结构区域微震事件簇集且能级增大,时空活动度及离散性陡增,尤其在结构边缘该特征更明显,能量积聚及释放速率增大,冲击地压发生的概率及强度更高。位于岩柱更窄区域的特殊空间结构内微震活动更剧烈。④岩柱厚度越窄(煤柱高度越大)则岩柱向深的弯矩及能量增长速率越快,冲击危险性更高。依据结构面强度效应推断出断裂带发生滑移错动,是能量积聚与释放的优势区域。揭示冲击地压发生机理为高静载及低临界载荷共同作用,基于应力集中特征评估煤层开采不同区域的冲击危险性。

页岩油压裂水平井试井测试方法研究

页岩油采用水平井规模压裂开发模式,压裂后井筒周围形成复杂的缝网,流动特征复杂,常规试井方法很难准确描述其流动特征,因此,需要建立一套页岩油压裂水平井试井测试方法。通过结合裂缝有效半缝长、缝宽和裂缝间距及压裂后渗透率等相关参数,建立了水平井压裂后试井模型及一套测试方法;通过模拟稳定产能测试、不稳定试井测试及两井干扰测试,研究工作制度和储层参数对试井曲线的影响,分析试井曲线,确定合理的工作制度和测试时间。结合苏北盆地的实际投产井生产情况,得到定量化测试产量及测试时间等数据资料,综合评价压裂改造效果和井控动态储量,确定合理工作制度和产能,为页岩油有效开发提供技术支撑。

缝网压裂导流能力实验研究——以华池区长7致密砂岩为例

为了搞清华池区长7层位缝网导流能力变化规律,针对缝网多级裂缝和多尺度裂缝的问题,开展了缝网表征、支撑缝宽与铺砂浓度模型建立、多尺度裂缝支撑剂参数选择以及导流能力实验等方面工作。结果表明:1)树状缝网由于自相似性,在缝网多级裂缝表征和理论研究上较为方便;2)在树状缝网树分支为2条件下,基于多尺度裂缝缝宽特性,得到主裂缝支撑剂目数下限为40/70目、铺砂浓度上限为7.5 kg/m^(2),次级裂缝支撑剂目数下限为70/120目、铺砂浓度上限为5.0 kg/m^(2),微裂缝支撑剂目数下限为70/120目、铺砂浓度上限为3.0 kg/m^(2);3)在主裂缝、次级裂缝和微裂缝铺砂浓度均提高2.0 kg/m^(2)条件下,主裂缝导流能力提高1.3倍,次级裂缝导流能力提高1.6倍,微裂缝导流能力提高4倍,说明提高铺砂浓度对于增加次生裂缝导流能力更有效;4)铺砂浓度、支撑剂目数及闭合压力与填充缝宽实验结果说明,铺砂浓度是填充缝宽的主要影响因素。以上成果认识,对于现场缝网压裂的支撑剂参数选择以及提高缝网导流能力具有指导意义。

中厚偏薄复杂煤层高效开采采煤机研制

针对中厚偏薄复杂煤层高效开采的迫切需求,分析了国、内外同类采煤机的现状,确定了采煤机总体结构形式及主要技术参数,研制了适应最低采高1.7 m中厚偏薄复杂煤层高效开采的MG650/1590-WD2型采煤机,并介绍了采煤机摇臂壳体、紧凑型行走系统、集中加油与集中注脂系统等关键技术以及采煤机现场应用情况。工业性试验结果表明,该采煤机整体运行稳定,实现了安全高效开采,为中厚偏薄复杂煤层矿井建设提供了重要的技术保障。

复杂软弱煤层条件下高转速大扭矩钻探装备设计及试验研究

复杂软弱煤层的钻孔成孔效果对矿井瓦斯抽采具有重要意义。针对王坡煤矿复杂软弱煤层钻孔施工排渣难、事故率高、成孔难等问题;设计了一种具有高转速、大功率、大扭矩性能的ZDY6000LR型高转速履带式钻机,其最大扭矩6 000 N·m,最大转速400 r/min;通过对钻机的布局、动力头、调角机构、给进机身及液压系统的优化设计,确保在施工过程中能够有效地解决在钻进过程中出现的卡钻、塌孔等问题;开发具有强度高、不易崩齿等优点的Ø95/Ø60.3 mm宽翼片插接密封螺旋钻杆,以及具有强度高、断齿风险低等优点的Ø113 mm、Ø120 mm、Ø133mm三角梯齿PDC钻头。在王坡煤矿3 206工作面现场工业性试验表明:该套钻探装备及钻具组合有效解决了施工过程中存在的排渣难、喷孔顶钻等问题,提高了钻孔成孔率,百米以上钻孔成孔率超过70%,为矿井本煤层瓦斯抽采提供了重要支撑。

大型复杂屋面排水技术研究

文中以南昌东站屋面工程为例,对较大坡度屋面排水方案进行探讨,以流体力学和水力学为理论依据,并用模拟试验为检验手段加以完善;对所关注的直立锁边屋面雨水排水过程中的水力特性和现象进行分析研究,得出可推广的雨水运行规律和优化建议。

适应复杂地质大功率薄煤层采煤机研制

研制了MG550/1270-WD型大功率薄煤层智能化采煤机,旨在解决目前薄煤层采煤机普遍存在的产能不足、截割能力偏低、智能化程度不够完善和对复杂地质的适应性差的问题,实现对薄煤层,特别是对复杂地质薄煤层的高效智能化开采,满足市场对薄煤层采煤机高产、高效和高可靠性的需求。

榆神矿区浅埋煤层矩形巷道围岩应力应变场及支护参数研究

榆神矿区所辖煤矿井下巷道支护参数的优化,一定程度上可以提高工作面端头割煤速度、改善回采两巷围岩应力状态、降低支护成本并且提高掘进时效,为煤炭资源的绿色、安全和高效回采提供保障。针对榆神矿区陕北侏罗纪煤田较有普适性的地质条件和开采技术参数,采用复变函数理论对矩形中等断面巷道围岩应力—应变场分布情况进行求解,选择FLAC^(3D)数值模拟软件进行拟合,根据解析结果在原有支护参数的基础上提出优化,认为增加0.2 m顶板锚杆间距、减少锚杆数量,并将顶板锚索由6.5 m延长至7.0 m的巷道支护方案,可在不影响巷道围岩稳定性的同时提高掘进进尺,并为智能快掘4.0装备设计打下理论基础。

高应力复杂煤层沿空巷道锚注支护数值模拟研究

为了扭转高应力复杂地质条件下沿空巷道难以支护的现状,结合桃园煤矿1036工作面沿空巷道具体地质条件和支护工程实践,采用数值模拟软件UDEC建立了离散单元计算模型,分析比较了高应力复杂煤层沿空巷道采用U29型钢支护方案和锚注联合支护方案巷道围岩的应力和位移的分布及变化规律.结果表明,锚注联合支护方案,通过注浆将破碎围岩胶结成整体,改善围岩的结构及其物理力学性质,提高了围岩的强度,从而使围岩本身作为支护结构的一部分,承载能力得到了提高,围岩应力分布更趋合理,有效地控制了高应力复杂煤层沿空巷道的大变形,是解决该类巷道支护问题的有效途径.

复杂煤层采煤机滚筒载荷的数值模拟

为解决复杂煤层下工作的采煤机截齿磨损严重、缺失以及滚筒寿命低等问题,通过分析截齿与煤岩的接触位姿以及单齿的力学模型,建立了复杂煤层条件下采煤机滚筒的力学模型。为便于工程分析与应用,适当简化了截齿与煤岩的截割状态,以离散随机过程判断每一时刻截割过程中的受力状态,给出了复杂煤层下采煤机滚筒载荷的模拟算法。该模拟算法可实现任意旋转周期内滚筒三向载荷和负载扭矩的模拟,为采煤机滚筒的数字化设计提供条件。

双机器人协调焊接任务规划及仿真

针对复杂曲线焊缝,对一台机器人夹持待焊接的工件,另一台机器人对物体进行焊接的双机器人协调焊接运动问题展开研究,建立了双机器人协调焊接坐标系,采用非主从式运动学轨迹规划,给定待焊接物体上某一点u的位姿,通过点u到焊接机器人和夹持机器人工具末端的两个约束矩阵,分别计算得到焊接机器人和夹持机器人的末端轨迹;焊接过程采用船形焊缝约束,保证焊枪与焊缝在弧焊过程中始终处于接头成形良好的位置,建立双机器人协调焊接Solidworks-SimMechanics仿真平台,并对一个管道直角钢制弯头的协调焊接进行了运动学轨迹规划和仿真.结果表明,建立的平台能精确和有效地对双机器人协调焊接运动进行任务规划和分析,机器人运动轨迹与规划的轨迹一致.

特殊条件下大采高工作面回撤通道稳定性控制研究

为了实现特殊条件下大采高工作面设备快速安全回撤,以赵庄矿5310工作面回撤通道为工程背景,综合采用现场调研、数值模拟、理论分析等方法,研究了基本顶不同断裂位置和周期来压步距对回撤通道的影响,进而确定合理的回撤通道位置;根据回撤通道赋存特征和围岩条件,坚持"顶帮协同控制"的原则,在提高支架初撑力的基础上,顶板采用全锚索支护、煤帮为锚网索联合支护。现场监测表明,该支护方案能够实现工作面设备顺利回撤,可为类似条件下工作面回撤通道的稳定性控制提供借鉴和参考。

地质构造对煤层复杂性影响的定量评价方法

定量分析地质构造条件对煤层复杂性的影响,进行煤层复杂性的定量评价,对于不同复杂度煤层开采方法的选择等具有重要意义。经过分析和确定煤层复杂性的影响因素,提出"煤层复杂度"概念,并根据煤层复杂度对煤层进行了新的定量分类。通过对影响煤层复杂性关键因素——地质构造的多级定量分析,建立了基于地质构造条件的煤层复杂性评价指标体系,根据模糊数学建立了煤层复杂性评价模型,应用层次分析法确定了各级评价指标的权重,提出了煤层复杂性模糊综合评价方法,实现了煤层复杂性的定量评价。

下向测压钻孔封孔技术研究

目前复杂煤层赋存条件下下向钻孔测定煤层瓦斯压力普遍面临钻孔封孔效果不理想、煤层瓦斯压力测定失败、钻孔进水损坏压力表等问题。针对此,提出了一种新的测压封孔技术即联合持续增压二级封孔测压技术,阐述了该工艺的基本原理,配制了新型发泡水泥和封孔粘液,并进行了工业性试验。试验结果表明,应用该项技术能够有效地动态封堵发育中的裂隙从而实现准确快速测压。

复杂特厚煤层6.2m采高开采工艺优化

复杂特厚煤层6.2 m一次采全高大采高工艺优化是实现安全高效开采的关键技术之一。在大采高工作面(采高大于6.0 m)开采时,覆岩移动及矿压显现周期、强度、范围都发生明显变异。以羊场湾煤矿大采高为背景,根据实际煤层赋存条件和矿压显现规律,采用理论分析、数值计算、物理相似模拟等方法,优化确定回采工艺系统与参数。

渝东南常压页岩气压裂关键技术研究与应用

为了解决渝东南常压页岩气储层因水平应力差大和高角度裂缝发育等地质特点难以形成复杂缝网体系,进而难以实现经济开发这一问题,开展了常压页岩气藏压裂关键技术应用研究。通过对彭水区块常压页岩气水平井压裂技术分析,借鉴国外海相页岩气压裂成功经验的基础上,不断探索,对压裂改造规模、连续加砂工艺和段内暂堵转向优化等关键技术不断优化,从而提高裂缝的复杂程度,增大单段改造体积形成大型复杂缝网。在LY2HF井和JY10HF井的现场应用分别取得了日产气9.6×104m3和16.7×104m3的良好效果,从而实现常压页岩气的经济开发。

厚层炭质泥岩顶板煤巷复合主动支护系统研究

厚层炭质泥岩顶板大跨度煤巷采用传统的锚杆(索)支护方式,无法解决无稳定上位岩层可供悬吊的关键难题,易发生垮冒事故。为了能有效控制巷道变形,促进矿井安全生产,提出了复合主动支护系统控制厚层炭质泥岩顶板大跨度煤巷,阐述了其支护原理,建立了复合主动支护系统的力学模型,得出了复合主动系统中桁架锚索结构达到系统平衡时预紧力Qy值的临界条件。采用FLAC5.0数值模拟软件计算设计和优化平煤八矿厚层炭质泥岩顶板大跨度煤巷复合主动支护系统方案,现场实测巷道顶板最大下沉量为158 mm,巷道断面收敛率小,有效地控制了巷道变形,同时为各类复杂地质条件的应用提供了有力依据,具有良好的推广应用前景。

煤层底板突水危险性评价模型的建立与应用

分析总结了矿井煤层底板突水的影响因素,在系统收集与分析矿井水文地质资料的基础上,确定了影响张村煤矿二1煤层底板突水的主要因素。对水压、地质构造、隔水层厚度、采动矿压等因素进行了定量评价,借助于地理信息系统(GIS)的空间分析工具,引入多源信息复合方法,建立了煤层底板突水危险性评价模型,并根据张村煤矿二1煤层底板的各影响因素的实际数据,对其底板寒灰突水危险性进行了评价,获取了有效的突水危险性评价结果。

南梁煤矿近距煤层采空区下开采工作面矿压规律研究

上煤层覆岩结构失稳特征是影响下煤层开采工作面矿压显现的主要因素。针对南梁煤矿30103工作面浅埋近距离煤层采空区下开采条件,采用相似模拟实验及理论分析对覆岩垮落特征和支架阻力进行了模拟研究。结果表明:采空区下开采,基本顶初次来压步距45 m,周期来压步距6~16 m,支架工作阻均小于8500 kN;走向煤柱下开采,基本顶初次来压步距50 m,周期来压步距10~14 m,支架工作阻均小于9000 kN。工作面在集中煤柱下25 m和出煤柱7 m处,上覆岩层发生滑落失稳,对工作面形成明显的动载冲击,支架阻力超过额定阻力,最大值达13158 kN。集中煤柱弱化后,释放了煤柱集中应力,使得来压时上覆岩层形成相互协调破坏,避免了基本顶滑落失稳形成的载荷瞬态释放,支架阻力仅达到8743 kN。采空区下开采顶板动压防控的优先次序为集中煤柱>走向煤柱>采空区。

提高复杂厚煤层放顶煤开采顶煤回收率的研究

对影响顶煤回收率的因素进行了分析，探讨了合理的放煤参数与工艺，提出了提高顶煤回收率的有效途径。