贵州松桃高地超大型锰矿深孔钻探工程难点与对策研究

随着地质矿产勘查不断深入,深孔钻探通常会遇到多套复杂地层,由于在勘探阶段对钻孔质量要求较高,施工难度剧增。本文针对贵州省松桃县高地锰矿勘探阶段钻探施工出现的难题,通过采取“一基两孔”布孔和施工技术、水泥封孔护壁技术、钻孔结构优化防垮塌埋钻技术、多措并举防孔斜技术、钻井液循环困难处理技术、钻杆脱扣处理措施、套管埋钻处理技术等技术的联合使用,在勘查区后续钻孔施工过程中取得了理想的效果,研究总结形成了一套较为完整的锰矿勘探阶段深孔钻探技术体系,为今后类似工程提供借鉴作用。

原地浸矿注液孔施工设备钻机FMECA分析

原地浸矿是一种满足资源和环境保护要求的绿色生产工艺,常用于南方离子型稀土矿山的开采。开采前,需要在山体顶部进行注液孔的施工布置,而钻机是完成这项工作的重要机械设备。由于矿山环境恶劣,设备在使用过程中容易出现腐蚀、变形甚至断裂等故障,会降低稀土矿山的开采效率。基于此,运用故障模式影响与危害性分析(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis,FMECA)技术,分析设备各种故障模式及主要影响,为设计、工艺、生产等部门持续性改进设备提供参考,提高设备的安全性和可靠性,延长其使用寿命。

特深孔地质岩心钻探技术装备集成及示范

特深孔地质岩心钻探技术装备是由中国地质科学院勘探技术研究所牵头、国内多家单位合作参与研发成功的我国深部矿产资源勘探技术装备,是“十三五”国家重点研发计划项目“5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范”的研究成果,形成的主要研究成果总体实现了特深孔地质岩心钻探工程设计标准化、钻探装备轻量化、钻进控制智能化、孔口操作自动化、孔内钻具系列化、泥浆体系绿色化的目标。以JZ04地热地质勘探井为示范平台,完成了特深孔地质岩心钻探技术装备集成及示范应用,重新构建了新的地质钻探小口径钻孔结构,创造了?114mm绳索取心钻进应用深度、下入?146 mm地质套管深度两项亚洲纪录,初步形成了以绳索取心工艺为主体的特深孔地质岩心钻探技术装备体系。

The Principle of Square Hole Machining and It＇s Tooling Structure Design

In order to meet the rapid needs of processing square hole in mechanical equipment, the paper expounds the square hole processing method： planetary wheel method, and analyze the principle of tooling structure and process with computer graphics parameters design. The results that, as long as the appropriate parameters, using the above method not only can punch the square hole, can also be processed triangle, the five angle and hexagonal regular polygon holes. The square hole processing method can provide theoretical basis and engineering reliable reference for related engineering and technical personnel.

In The Hole钻孔设备应用分析

本文通过普通凿岩机与ITH凿岩设备钻孔方式的应用对比，分析了ITH钻孔设备在凿岩钻孔应用中的优点和缺点，从而为操作使用者选择使用普通凿岩设备或ITH凿岩设备提供应用指导依据。

基于无线测量技术的煤矿工程随钻设备设计

为实现针对井下钻进设施的实时控制,研究设计了一套基于无线测量技术的煤矿工程随钻设备,综合运用倾角传感器、工具面向角传感器、磁方位角传感器等小型传感设备来采集钻井设施当前的姿态参数,通过防爆计算机对各项参数实施编码与计算,并在视频器上实现钻进轨迹参数的图形化显示。经应用试验后发现,研究所提出的煤矿工程随钻设备信号传输距离长、解调准确率高,可充分兼容结构较为简单的钻杆,控制过程稳定。

基于神经网络的钻探事故类型判别模型研究

钻探孔内事故会造成严重的损失,若钻探设备能及时判断孔内事故类型,则可缩短事故处理时间,遏制事态发展。提出了一种基于神经网络的钻探事故类型判别模型。为了优选不同神经网络在事故类型判别时的正确率,在Matlab的nntool工具箱中分别构建了BP、RBF两种神经网络模型,将某矿区施工参数变化趋势作为输入参数,通过仿真试验发现,BP神经网络中表现最好的是LM、BR算法,RBF神经网络中表现最好的是PNN算法,三者准确率均可在90%以上,但BP神经网络容易陷入局部最优,性能不稳定,偶有判别错误的现象,而PNN神经网络无此局限,且不需要训练。通过对比,PNN算法更适用于事故类型判别模型建立。

卡杆式自动接卸钻杆装置设计与应用

为解决现有矿用钻深孔设备在现场施工中人工接卸钻杆工序劳动强度大、危险性高的问题,设计了一种卡杆式自动接卸钻杆装置。对其控制系统进行硬件选型和监控程序开发,并开展关键零部件的有限元仿真计算,最后通过现场应用进行验证。该装置能够满足强度和刚度要求,可使操作人员的劳动强度得到降低,提升了钻孔工作效率,实现了设备的自动化和智能化。

旋挖钻机在硬岩地质快速成孔技术研究

本文主要研究了硬岩孔桩旋挖钻机成孔技术,通过对该技术的理论分析和现场试验,得出了以下结论:在硬岩地层中,采用旋挖钻头进行钻孔可以提高钻进效率和钻孔质量;钻孔时要根据地层情况选择合适的钻头类型、钻头切入岩石的角度、施钻的加压方式,以保证钻孔的质量和速度。本文的研究成果为旋挖钻机在硬岩地层成孔施工提供了参考和指导,同时也为钻掘行业的发展提供了新的思路和方法。

提高液压支架套筒钻孔精度的工艺装备

对液压支架的套筒在钻孔的工艺过程中所产生的钻孔偏移、钻头损耗,以及人工划线偏差大、耗时久等问题和缺陷进行分析研究,设计出一种新型钻孔工艺装备,该工艺装备采用钻套和V形块的工装配套,确保孔加工面与钻床主轴垂直,节省了划线的工序,提高了加工精度和加工效率;根据此工装专门制定了一套新的加工工艺。应用该新型钻孔工装不仅能节能降耗,还能保证安全生产。

水压致裂技术在两硬煤层顶板的应用研究

针对安平煤业在5-1层两硬煤层顶板工作面岩层强度高、初采及回采时难以及时垮落的问题,在8121工作面采用水压致裂技术进行初采预裂和切顶卸压。在切眼布置两排预裂孔,第一排在正帮,方位角为90°,仰角为50°,钻孔直径为Φ50 mm,施工深度为34 m,孔间距为15 m。第二排在副帮,方位角为270°仰角为80°,钻孔直径为Φ50 mm,施工深度为25 m,孔间距为15 m,与正帮钻孔相间7.5 m布置。通过实施分段多次压裂方式,弱化顶板岩层强度,显著降低了工作面初次垮落步距,工作面未产生飓风,同时也降低了工作面周期来压步距和强度,保障了工作面安全生产。

深孔钻削中孔轴线偏斜的纠偏理论与方法研究

孔轴线偏斜是深孔加工中无法避免的技术难题 ,如何纠偏是国内外孔加工行业亟待解决的课题。本文分析了孔轴线的偏斜机理 ,提出了利用静止外力进行纠偏的理论和方法 ,并确定出了合适的纠偏位置 ,钻削纠偏试验证明该方法具有良好的纠偏能力 。

TK108H中曲率水平井钻井技术

针对塔河１号油田复杂的地质特点，优化井身结构设计，优选钻井液体系，利用 ＳＳＴ有线和 ＭＷＤ无线随钻监测井眼轨迹，合理利用配套的水平井钻井技术，安全快速成功地施工了当量井深达 ６０２３ｍ的ＴＫ１０８Ｈ中曲率水平并。在本次钻井中，首次在塔北地区选用Ｆ３２０－３ＤＨ型钻机，开创了国内Ｆ３２０－３ＤＨ型（６０００ｍ）钻机施工深井水平井的先例。

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题,提高钻探装备的自动化、智能化水平,启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作,通过钻机装备、钻探器具研制,钻探工艺技术研究并经试验示范验证,取得多项创新成果,形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配,形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系;基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制,实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化,形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术;基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究,形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术;基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制,形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术;研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术,形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。

超临界二氧化碳钻井流体携岩特性实验

超临界二氧化碳钻井流体已在油田二次开发的侧钻井中成功应用。应用Angel模型计算了超临界二氧化碳钻井流体在不同状态下携岩最低返速,绘制了二氧化碳钻井流体在不同温度下携岩需要的最低返速与压力关系曲线。根据相似性原理,设计开发了超临界二氧化碳钻井流体循环模拟实验装置。通过实验揭示了携岩能力随井斜角变化规律,即井斜角为0°～36°携岩最容易;井斜角为36°～54°携岩开始变得困难;井斜角为54°～72°携岩最困难;井斜角为72°～90°携岩变得相对容易;在40°C和8.5MPa条件下完成携岩所需最低携岩返速为0.637～1.019m/s。随着井筒内压力增加,所需的最低携岩返速减少,即携岩能力逐渐增加。随着井筒内温度增加,所需的最低携岩返速逐渐增加,即携岩能力逐渐降低。实验结果与Angel理论模型的计算结果基本相符。

BTA深孔加工钻杆系统的稳定性及分岔

研究了BTA深孔加工钻杆系统的稳定性和分岔。考虑了钻杆质量偏心和切削力波动的影响,利用切削液非线性流体力以增加数值计算的精度。通过引入变分约束原理的有限元方法,同时完成了非线性分析所需的流体力及其Jacobian矩阵的计算。在稳定性分析中,通过改变系统的时间尺度,将非线性钻杆系统周期轨迹的周期显式地出现在钻杆系统的系统方程中;然后对传统打靶法进行改造,将周期也作为一个参数一起加入打靶法的迭代过程,确定了钻杆运行周期轨迹并有效减少了周期计算量。结合Floquet稳定性理论,将理论计算与实验结果相结合验证了上述方法的正确性和有效性。

深孔加工刀具系统的动态稳定域研究

根据广义Hamilton原理,构建了基于Timoshenko梁单元的多跨柔性回转钻杆横向振动的有限元模型。通过采用自由界面模态综合技术,在保证大型复杂深孔加工装备动力学分析精度的前提下,将钻杆线性自由度的特征模态进行截断,仅保留具有非线性动力特征的模态,其中舍去的高阶主模态则由剩余附着模态来补偿,从而使得耦合动力系统求解的自由度数有效降低,节约计算资源。利用该缩减后的模型,研究了辅助支撑位置、钻杆长度及排屑孔径对深孔钻杆固有频率的影响规律。以加工复合扁孔为例,获得了在选定的切削深度和切削速度参数空间中钻杆运动的失稳方式及稳定区域。研究结果表明,文中所提出的方法将为复杂深孔加工装备的动力学设计和加工精度分析提供理论基础。

错齿内排屑刀具深孔加工中的刀具振动特性对孔圆度形貌的作用机制

依据错齿内排屑刀具深孔加工的实际特点,构建了受刀具横向振动特性影响的加工孔圆度形貌模型。运用动力学半解析法,在保证刀具系统动态分析精度的前提下,将复杂深孔刀具系统离散为多段具有局部特征的梁单元,其中相邻单元之间满足模态形函数传递矩阵的连续条件。结合Newton-Raphson迭代法,给出了深孔圆度形貌形成轨迹的数学描述,以及深孔刀具动态特性与加工孔圆度形貌之间的关联关系。通过数值算例验证了所提出方法的可行性,同时为实现深孔切削过程加工孔圆度误差的预测与控制奠定了基础。

我国矿山凿岩设备现状与发展方向

主要概述了我国矿山凿岩设备的应用现状、发展过程以及国际矿山凿岩设备情况;同时对湖南山河智能机械股份有限公司一体化系列液压潜孔钻机的技术特点及应用情况进行了写实性的介绍,并提出了我国凿岩设备发展重点与发展趋势、市场预测及几点建议。

深孔定向钻进技术与装备在我国矿井瓦斯抽采中的应用

深孔定向钻进技术与装备能够有效解决我国利用钻孔抽采瓦斯中存在的问题,国内对该项技术与装备进行了大量的试验研究和现场应用。介绍了孔底马达滑动深孔定向钻进技术原理和我国深孔定向钻进技术取得的成果与突破,对比分析了几款国内外典型的深孔定向钻进装备,概述了深孔定向钻进技术与装备在我国井下瓦斯抽采中的四种具体应用形式及相应的应用案例,总结了该项技术与装备研发与应用中存在的问题。结果表明:利用深孔定向钻孔抽采煤层瓦斯是目前国内常用且有效的方法。但仍存在松软煤层成孔困难,成孔限制条件众多、复杂,装备复杂、昂贵,部分配套设备受国际垄断等问题。国内应加大投入,突破垄断,努力实现自主创新。