煤层群叠加开采覆岩裂隙演化及卸压瓦斯抽采研究

针对采动裂隙带卸压瓦斯抽采效果不佳导致的工作面上隅角瓦斯超限的问题。以赵家寨煤矿11210工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验方法,研究了煤层群叠加开采对上覆岩层采动裂隙的演化特征,并通过现场验证确定了瓦斯抽采的最优层位。结果表明:煤层群叠加开采过程中,在卸压区域外,形成了较大的应力集中,在卸压保护范围内,应力集中现象不明显,且应力峰值小于二1煤层原始应力;煤层群叠加开采引起了采场上覆岩层的叠加卸压,使上覆岩层的位移场发生了叠加变化,岩层最大下沉量进一步增加;煤层群叠加开采结束后,采空区上覆岩层中部岩层被压实,两端岩层裂隙较为发育,形成了一定范围的裂隙发育区。通过现场试验,确定了裂隙带定向长钻孔合理层位的选择,并在现场进行钻孔监测,验证了物理相似模拟结果的合理性。

近距离煤层群卸压瓦斯联合抽采技术研究及应用

为解决煤层回采过程中下临近层卸压瓦斯涌入采场空间造成瓦斯超限问题,以平煤股份八矿己_(15)-15050工作面为研究对象,分析采动作用下煤层顶底板裂隙发育规律,确定了基于定向钻进技术的近距离煤层卸压瓦斯联合抽采方案。结果表明:(1)研究区域内己_(15)煤层顶板上部55.80 m,底板下部19.71 m范围内均有裂隙产生;(2)底板拦截钻孔抽采浓度均超过90%,单孔最大纯量为163.12 m^(3)/d;(3)采用联合抽采方案时,应优先将拦截钻孔布置在高位孔孔底附近来弥补前期抽采能力不足。

一种移动式端面钻孔攻丝机的研制

自动化设备生产需要加工很多螺孔用于连接安装板,加工较长安装板的螺孔多选用立式加工中心垂直装夹,由于零件伸的太高造成装夹刚性太差;而采用卧式加工中心,设备昂贵成本太高。本文研制一款简易的端面钻孔攻丝装置,设计可移动式的工作台以降低设备占地空间,设计快速钻孔装置以提高钻孔攻丝的便捷性,增加一组工作台调节装置以扩大加工行程,改装一套攻丝系统以实现钻孔与自动攻丝功能,加装数显装置以提高孔坐标位置的精度,经过样机试制与切削实验,解决了较长安装板螺孔加工工艺问题,节约了生产成本。

放顶煤工作面以孔代巷合理布孔参数

为了解决刘家梁矿2号煤层低含量赋存高强度开采引发工作上隅角瓦斯问题,缓解矿井因岩巷掘进造成采掘接替紧张的局面,提出了采用大直径高位走向长钻孔代替工作面低位岩石抽采巷的瓦斯治理技术,结合矿井2号煤层顶板煤岩物理力学参数,通过理论分析、UDEC、FLUENT数值模拟的方法,分别从工作面裂隙带发育、工作面采空区流场分布等不同的专业角度,分析、研究了瓦斯流通通道及赋存规律,为定向高位钻孔合理布孔层位选择提供理论支撑;结合1号钻场瓦斯抽采效果,修正工作面煤岩赋存资料,优化2号钻场抽采设计,调整钻孔布置参数,以工作面瓦斯抽采纯量、上隅角瓦斯浓度为指标,对不同条件下瓦斯治理效果进行对比,实践证明:走向高位长钻孔能够取代低位岩石抽采巷,用于低含量赋存、高强度开采的放顶煤工作上隅角瓦斯治理,治理效果显著,上隅角瓦斯浓度维持在0.6%以下。

神东矿区长距离定向钻探技术研究

基于神东矿区井下长距离定向钻机精准探测施工实践,充分发挥长距离定向钻机具备的探测精度高、探测距离远、可以随时灵活调整钻头方位的特点,以掘进工作面先探后掘超前探测施工、远距离疏放上覆采空区积水施工以及断层构造准确探测施工为工程实例,研究了长距离定向探测钻孔的轨迹设计方法和施工工艺,并通过对各种钻孔施工工艺及工程经验进行总结,分析研究了探测过程中相关的判定标准,得出了以钻孔孔口返水量、返水颜色、返渣沉淀物特征、孔口气体成分含量和钻进阻力为主的钻探成果判定因素指标,形成了长距离定向探测施工的科学判定依据。

“定向长钻孔+分支孔”瓦斯抽采钻孔分段水力压裂技术研究与应用

为了解决部分煤矿在高瓦斯、主采煤层煤质碎软的情况下,常规水力压裂煤层增透技术存在压裂不均衡、覆盖范围小、定向长钻孔难以在煤层内成孔的问题,研究了“定向长钻孔+分支孔”瓦斯抽采钻孔分段水力压裂技术。利用RFPA2D-Flow软件对分段压裂关键参数进行了计算,并在山西某煤矿回风巷道施工定向长钻孔402 m,开分支孔9个,进行了4次分段水力压裂,合计压裂注水37.2 m 3,分析了分段水力压裂技术的适用情况。研究结果表明,瓦斯抽采钻孔压裂效果明显,为提高瓦斯抽采效果创造了条件。

超长大管棚在砂卵石地层的施工工艺研究

以北京地铁3号线一期工人体育场站为例,打设直径108 mm、82.3 m超长大管棚在砂卵石地层进行超前支护,砂卵石地层粒径和地层阻力较大,钻进过程中可能出现轨迹偏移、钢管断裂等情况。从钻机、空气压缩机、钻头和钻杆、管靴和108钢管等方面进行试验对比,选择适合超长大管棚在砂卵石地层施工的设备型号、材质类别。测量放线、钻机就位、导向管安装钻机、跟管钻进施工、注浆封口、监测等工序,证明了潜孔冲击器跟管钻进法打设超长大管棚砂卵石地层是可行的。

高性能水基钻井液在庆85-平1井的应用

中原工区庆祖集泥岩含量高,井壁易失稳;邻井注水井多,钻井过程中井漏、出水频发,完井电测遇阻、遇卡;二开制长裸眼水平井,井眼清洁难度大,定向难度大,采用井壁稳定和润滑防卡强的高性能水基钻井液有利于解决以上难题。现场应用结果表明:1)该钻井液对沙二段、沙三段泥岩井壁稳定周期较长;2)润滑性好,定向正常,起下钻摩阻低。

徐工XR580HD、XR400E旋挖钻机在硬质泥岩超长桩基中的应用

G244线庆阳过境段公路工程火巷沟特大桥16号主墩桩基工程的墩位出露地层为第四系风积黄土夹古土壤,下伏白垩系泥岩,桩身上部黄土地质中粉质黏土层极易塌孔,加之下部泥岩层抗压强度大,具有桩基数量多、桩长深、孔径大、地质复杂,成孔难度大、施工工期紧等难点。文章根据技术分析,选用了徐工XR580HD、XR400E旋挖钻机进行成孔,取得了良好效果。在此基础上,总结了前述不利条件下的大直径超长桩基主要施工技术,旨在为今后黄土地区超长桩基底部泥岩层旋挖成孔施工提供参考。

工作面初采阶段高位定向长钻孔瓦斯抽采技术研究与实践

为提高工作面初采阶段瓦斯抽采效果,避免上隅角瓦斯超限,以沙曲1#煤矿4502工作面为研究对象,采用数值模拟方法研究了覆岩在工作面初采阶段内的垮落特征,结合4502工作面初采阶段的瓦斯涌出量及覆岩垮落特征,沿工作面顶板设计3个高位定向长钻孔,钻孔末端由高位顶板延伸至工作面初采阶段的冒落带区域内。现场实践表明,合理设计高位定向长钻孔轨迹,有效提高了工作面初采阶段的瓦斯抽采量,避免了上隅角瓦斯超限,实现了工作面全生命周期内的持续高效瓦斯抽采。

新安矿底板灰岩水害超前探查治理技术研究与应用

为了解决新安矿采用常规回转钻进方式进行底板灰岩水害超前探查钻孔施工存在轨迹无法有效控制、钻孔深度小、存在治理空白区域的问题,提出了利用大功率定向钻进装备施工定向长钻孔来解决以上问题的技术方案,为了保证超前探查效果,进行了目标层精准定向钻进技术研究,同时,针对灰岩层出水后常规注浆加固方式存在的水泥堵孔问题,研究了孔内局部注浆加固技术。利用成套装备与技术,成功在新安煤矿15150综采工作面下部底板巷施工了2个孔深超过500 m的超前探查长钻孔,探清了该底板岩巷掘进方向前500 m范围底板奥灰含水情况,并在1#孔深280 m处成功实施了孔内局部注浆,注浆压力达到8 MPa,总注浆量达到514 t,在煤矿井下首次实现了孔内局部注浆,并取得了良好的注浆加固效果,为该底板岩巷的安全掘进提供了安全保障。

沙曲一号煤矿煤岩体系瓦斯抽采技术优化

为优化煤岩体系瓦斯抽采钻孔布置方案,提高瓦斯抽采效率,以沙曲一号煤矿煤岩层为研究对象,建立了煤岩体系瓦斯抽采流-固-热耦合数值模型,设计了13种煤岩体系高位定向长钻孔布置方案,研究对比不同方案的瓦斯抽采效率。结果表明:在2^(#)煤层底板和5^(#)煤层顶板中同时布置钻孔只需9 d即可抽采达标;在4^(#)煤层和5^(#)煤层中同时布置钻孔抽取瓦斯总量最高;在5^(#)煤层顶板和5^(#)煤层底板中同时布置钻孔产气速率最高;综合分析,在5^(#)煤层顶板和5^(#)煤层底板中同时布置钻孔瓦斯抽采效率最高,对比在4^(#)煤层中布置钻孔,瓦斯抽采总量提升57%,抽采达标时间缩短13 d,可以达到快速消突的目的。

顶板探放水长距离定向钻孔在巴彦高勒煤矿的应用

针对巴彦高勒煤矿主采的3-1煤层顶板延安组和直罗组含水层结构复杂,尤其直罗组含水层富水性极强,不均一,且层位垂高大,采用常规钻孔进行顶板砂岩水害治理存在钻孔深度浅、轨迹无法控制、探查范围及精度有限的问题,引进定向钻进技术,利用其轨迹可控,探查精度高,钻孔深度大的优势在311307工作面施工长距离定向钻孔进行采前顶板砂岩含水层探放,通过现场应用,完成1#钻孔孔深1118 m,1-1^(#)分支钻孔孔深778 m,控制钻孔轨迹在目标直罗组砂岩层位延伸,增加了钻孔探放水有效孔段距离,单孔最大出水量88 m^(3)/h,提升了工作面探放水钻孔的探查范围和放水效率,为工作面实现掘进和回采提供了安全保障。

大直径深孔开采关键技术优化研究

为探索低品位厚大矿体大直径深孔开采最优方案,全面改善大直径深孔开采的技术经济指标。以乌兰矿低品位厚大矿体开采为研究对象,优化研究大直径深孔开采凿岩硐室布置方式、炮孔布置孔网参数、底部结构大直径深孔一次爆破成型工艺,开展采矿方法现场工业试验,验证优化方案的可行性并获取相关的技术经济指标。研究结果表明:凿岩硐室点柱宜采用中央条柱布置方式,条柱宽度为2 m,采场炮孔可全部设计施工为垂直孔。沿采场宽度方向布置6排炮孔,炮孔排间距宜调整为3 m,采场炮孔设计总量明显减少;大直径深孔自凿岩硐室底板施工至堑沟底部结构,通过大孔爆破崩矿一次形成堑沟底部结构,大幅降低采场采准周期。低品位厚大矿体大直径深孔开采关键技术优化,可改善低品位矿体大直径深孔开采技术经济指标,为同类矿体的高效开采技术提供借鉴。

高位定向长钻孔治理采空区瓦斯技术实践

陕煤集团某矿4101工作面是首采工作面,未来瓦斯涌出量将达到48.35 m^(3)/t,但是由于种种原因导致抽采瓦斯浓度较低。为提高瓦斯抽采浓度,利用分源预测法计算4101工作面的瓦斯涌出量,进行了高位定向长钻孔瓦斯抽采优化设计,并观察工作面上隅角的瓦斯抽采情况和工作面瓦斯抽采率来评判瓦斯治理效果。结果表明,4101工作面煤壁瓦斯涌出量为7.2 m^(3)/min,采空区瓦斯涌出量为8.24 m^(3)/min;通过对4101工作面瓦斯的赋存情况分析和冒落带与裂隙带范围计算,确定了高位定向长钻孔的布置间距和角度;对4101工作面进行高位钻孔瓦斯抽采,观察发现上隅角瓦斯浓度较小,因此提出采用本煤层预抽、高位钻孔卸压抽采和上隅角瓦斯抽采的联合抽采方案;最后对瓦斯抽采基础条件、预抽煤层瓦斯效果进行评判,经过瓦斯抽采综合治理,4101工作面瓦斯抽采率为75.42%,确定符合相关抽采要求。

特厚煤层工作面定向长钻孔以孔代巷瓦斯抽采技术

为解决高瓦斯特厚煤层采煤工作面瓦斯超限问题,研究了大佛寺矿井采煤工作面不同阶段瓦斯抽采效果,确定了高位定向钻孔抽采方式治理采空区瓦斯,分析了钻孔层位、平距及周期来压、涌水量对高位定向钻孔抽采效果的影响。结果表明,高位定向钻孔最大瓦斯抽采量达13.34m^(3)/min,可有效降低工作面瓦斯。

井下定向长钻孔水力压裂顶板冲击地压防治研究

彬长矿区孟村煤矿的中央大巷受DF29断层和褶曲构造影响,曾多次发生冲击地压。为了消除冲击地压危险,通过实施远距离定向长钻孔压裂坚硬顶板,取得较好的防治效果。本文主要介绍了压裂层位选取原则、压裂施工流程、压裂效果检验方案,在压裂区域增设微震、地音探头,并安设锚杆(索)测力仪持续监测顶板压裂前、压裂过程中及压裂后整个过程煤岩体震动活动性及巷道支护力等。压裂结束后,中央大巷复合构造压裂区内再没有发生过冲击显现或4次方以上高能事件,大幅降低了冲击危险,达到保障安全生产预期目的,可为类似条件巷道冲击地压防治提供借鉴。

用于工程勘察的水平定向钻探技术探讨

在工程勘察中采用水平定向钻探技术,可以高效地解决一些垂直钻孔无法解决的问题。论文概述了水平定向钻探技术在非开挖铺设管线、油气钻井、地质勘探等领域的技术现状,认为在工程勘察领域的应用前景广阔。分析了应用水平定向钻探进行工程勘察在适用能力、勘察速度、勘察精度等方面具有的优势,提出水平定向钻探适用于深埋隧道等水平线状工程、既有建筑加固工程、考古发掘探测等领域的勘察。最后对应用于工程勘察的水平定向钻探技术需要研发的重点方向提出了建议,包括超长孔钻进技术、轨迹控制技术、连续取心技术、综合测试技术等。

超长水平孔绳索取心定向纠斜钻进及测井技术研究示范

在千米级绳索取心水平孔钻进中,开展水平孔定向纠斜及测井技术研究示范,创新形成超深水平定向钻孔绳索取心纠斜工艺技术,实现了千米级深孔的钻孔轨迹精准控制;采用钻杆内水力投送物探测试设备和钻孔电视设备的工艺,有效解决了超长水平钻孔投送难、测试难、提出难三大难题,形成了小口径超长水平钻孔综合测井技术体系;成功完成孔深925 m的水平定向钻探孔钻进任务,精准进入地质目标靶区,实现了勘察目的。

中深孔爆破成井在逊克金矿的应用

逊克金矿采用Simba1354凿岩台车施工切割井中深孔,对掏槽方式、炮孔直径、施工精度、装药结构、爆破次数进行了优化,选择桶形掏槽提供自由面和补偿空间,120 mm大直径炮孔减小穿孔数量,导向钎杆提高了施工精度。通过提高装药密度和增加导爆索等措施改善爆破效果,通过分次爆破减少了天井被堵死的概率。采用该方法成功实施了中深孔爆破成井,提高了生产效率,降低了天井掘进存在的炮烟、粉尘、浮石等安全风险,保证了采出矿量和各生产矿块的生产接续,为工程进展提供了有力保障,可为同类矿山的开采提供借鉴经验。