淮南矿区瓦斯抽采中以孔代巷技术研究与工程实践

针对淮南矿区顶板岩层复杂地质条件和瓦斯赋存运移特征,开展了以孔代巷技术研究,从采动裂隙发育规律和钻孔瓦斯抽采特征等方面,分析了高位大直径定向钻孔替代高抽巷的技术原理。通过施工勘探孔探明顶板钻遇地层详细信息,以此优化高位定向钻孔层位布置、钻具组合和钻进参数。瓦斯抽采结果表明:煤层顶板以上38 m层位、距轨道巷煤壁26 m钻孔瓦斯抽采流量大、浓度高;随着高位大直径定向钻孔抽采瓦斯纯量增加,工作面上隅角瓦斯体积分数逐步降低,并稳定在0.03%左右;高位大直径定向钻孔瓦斯抽采纯量平均11.07 m^3/min,平均体积分数31.39%,与邻近高抽巷瓦斯抽采水平相当。应用结果表明,利用以孔代巷技术进行顶板瓦斯抽采是可行的,研究可为井下瓦斯高效抽采与治理提供借鉴。

复杂地质条件下大直径救生孔成孔关键技术与工艺

为实现国内首例大直径救生孔的施工成孔,研究了国内大直径钻孔和国外大直径救生孔主要工艺、技术,针对平邑石膏矿区采空区持续坍塌易埋钻、过溶洞含水层、过易斜地层等极其复杂的成孔条件,研究实施了Φ711 mm大直径潜孔锤钻进技术、空气反循环工艺、钻孔防偏保直等关键工艺与技术,同时对地层坍塌、工作管变形等提出了针对性解决方法,经实践可知,大直径救生孔成功建造,可为国内钻孔救生的实现提供经验参考。

淮南矿区硬岩穿层钻孔钻进方法对比试验研究

针对淮南矿区在施工穿层钻孔时遇到硬岩钻进速度低下的问题,分析了回转冲击钻进、气动冲击回转钻进和高压液动冲击回转钻进3种钻进方法的钻进原理,优选相应钻具和钻头,在典型矿井潘三矿对3种方法的钻进速度进行了对比试验。结果表明:高压液动冲击回转钻进的速度最高,达到12.47 m/h;气动冲击回转钻进的速度次之,最大速度11.42 m/h;回转冲击钻进的速度最低,最大速度3.75 m/h。因此,在淮南矿区硬岩钻进中,优先推荐气动或高压液动冲击回转钻进方法。

全自动筛管输送器的设计与试验

全自动筛管输送器不仅能提高PVC筛管装置机械化水平及效率,而且能有效减轻人员劳动强度,提高作业安全系数。为了满足多种规格PVC筛管的输送要求,研制了一种全自动筛管输送器。介绍了全自动筛管输送器的机械结构、与钻机的快速集成以及参数计算。试验表明:该装置稳定可靠,满足钻孔施工现场对于多种规格PVC筛管的自动输送要求。

煤矿机电自动化技术的创新应用研究

随着社会科技的发展,自动化技术应用到了人们的生活与工作中,特别是煤矿机电设备,其现代化、自动化水平不断提升,不仅转变了传统作业模式,还充分体现机电技术的速度,在一定程度上提升了煤矿生产的效率,至于煤炭产量与需求量间的关系也得以缓解。针对此,本文简要分析了煤矿机电自动化技术,对其创新应用进行了探讨,希望能够得到广泛的应用。

朱集矿副井井筒含水层涌水特征及治理对策

针对朱集矿副井井筒第1含水层(二叠系红层基岩孔隙含水层)采用地面预注浆、凿井涌水后工作面注浆等措施后仍不能满足涌水治理要求的现状,分析了该含水层突水特殊性的原因。结果表明,二叠系红层含水层为基岩孔隙含水层,在原始围岩压力下,基岩孔隙骨架和孔隙水之间有极大的吸附力,渗透系数10-5～10-3m/d;当围岩压力突然降低时,渗透系数激增数百倍,由弱含水层急剧转变为持续出水的强突水含水层。因此采用地面强预注浆及针对性的注浆均无法根治,需采取冻结等其他治理措施。

下向穿层孔水力割缝施工工艺研究与应用

针对常规下向穿层钻孔松软煤层卸压、增透和抽采效果差的问题,优选了下向穿层钻孔水力割缝配套装备,研究了下向钻孔水力割缝施工流程、工艺和下向钻孔"分组分排吹"的排水排渣工艺。在潘三煤矿1672(1)运输巷进行了60个下向穿层水力割缝钻孔的效果考察。应用结果表明:水力割缝后煤孔段等效直径增大至370 mm,钻孔煤壁暴露面积比未割缝的钻孔增加了2.3倍;水力割缝钻孔百孔抽采瓦斯纯量达0.5~0.7 m^3/min,比未割缝钻孔的百孔抽采纯量提高了70%以上;下向钻孔"分组分排吹"的排水排渣能有效排出水力割缝残留在孔内的煤(岩)渣和积水,为钻孔抽采提供有利条件,下向穿层钻孔水力割缝技术为煤矿下向孔条带抽采消突提供了有效手段。

双Y型S孔在井简地面预注浆中应用

提出既不占用井筒施工工期又不影响井筒冻结交圈的双Y型S孔地面预注浆施工方案设计,并根据实例对施工中存在主要难点问题提出了解决对策。

淮南矿区气煤二次氧化煤样物理吸氧特性实验研究

针对二次氧化煤样物理吸氧特性的系统研究,对于预防和治理采空区和老空区的自然发火隐患和灾害具有重要意义。以淮南矿业集团顾桥煤矿13#煤层的气煤煤样为研究对象,通过比表面积和煤的物理吸氧量实验,系统的气煤煤样在不同预氧化温度和不同预处理时间条件下,煤样和新鲜煤样的比表面积和物理吸氧能力的变化规律。研究发现,相较于新鲜煤样,经过预氧化处理后的煤样比表面积并非呈单调上升趋势,而是呈现先增大后降低的趋势,其峰值出现在70℃,相较于新鲜煤样增幅达到了1.97倍;经过预氧化处理,原先新鲜煤样中的微孔和超微孔在预处理过程的影响下变成了孔径为5~20 nm的中孔;物理吸氧量的变化趋势与BET比表面积的变化趋势具有较强的正相关性。研究成果为防治煤矿采空区和老空区自然发火提供必要的理论支撑。

浅水湖泊水上煤田钻探施工关键技术

为了进行浅水湖泊水上煤田地质勘探,研究了相应的水上钻探技术。进行了泥浆污染性试验,测试了泥浆污染指标。施工中采用了封闭的泥浆循环系统,避免了泥浆对湖水的污染;基于勘探区新生界厚度大、地质构造复杂且湖区水位变化大的特点,采用新地层全程下放套管的方案,以保证井下采煤安全;通过探测湖水水位和湖底工程地质条件,进行船舶设计和航道设计,并选择合理的航道疏浚措施;针对因受交通条件限制、工作船不能运抵勘探区的问题,进行现场造船;从沉塔承载力及抗倾覆稳定性二个方面进行水上钻井平台设计。采用以上技术在淮南港河勘探区顺利完成了12个钻孔的施工,工期提前10个月。

基于单柱齿破岩过程的高压液动冲击回转钻进试验研究

针对煤矿井下穿层钻孔硬岩钻进效率低的难题,基于冲击回转钻进机理和Wassara高压液动冲击器主要特点,分析柱齿在冲击荷载下形成的破碎坑形态,并将其划分为崩解区、密实区、开裂区和弹性区。在此基础之上,对柱齿连续破岩的大间隔冲击和小间隔冲击2种情况进行过程分析,结合淮南潘三矿现场试验条件讨论高压液动冲击回转钻进工艺参数,优选高压液动冲击回转钻进配套钻机、冲击器、钻杆、钻头和清水泵,及主要技术参数。试验结果表明:当清水压力在15 MPa以上时,高压液动冲击回转钻进的平均机械钻速为24.67 m/h,与采用该技术之前的8.48 m/h机械钻速相比提高了约1.9倍;并采用回归分析拟合得到机械钻速与水压之间的线性关系,经过数理统计的F检验,F=8.82大于F_(0.05)(1,7),验证了回归结果是显著的,机械钻速随水压的增大而线性增大。高压液动冲击回转钻进技术可有效提高煤矿井下硬岩层钻进效率,保障煤矿安全高效生产。

松软煤层筛管护孔瓦斯抽采技术与装备

针对松软煤层顺层瓦斯抽采钻孔成孔难、抽采距离短、抽采效果较低等问题,介绍了松软煤层筛管护孔瓦斯抽采技术与装备及施工工艺,通过在丁集煤矿的工业性试验,解决了筛管护孔下入深度与钻孔深度相接近的技术难题,实现了高负压、高浓度、大流量高效抽采,提高了采煤工作面瓦斯预抽消突效果,采煤工作面煤体瓦斯抽采达标时间缩短28%,瓦斯抽采体积分数可提高10%～20%。

囊袋封孔器用于测压钻孔封孔的试验研究

阐述了测压钻孔封孔效果对于煤层瓦斯资料收集的意义,从岩石的力学特性分析钻孔的塑性区影响因素,得出带压封孔更易于封堵钻孔周边裂隙和增强钻孔的后期稳定性。分析了常用三种测压钻孔封孔方法,并对比了优缺点。试验采用的囊袋式全程带压封孔,能达到预期封堵围岩裂隙和导水通道的效果,较常规工艺更省时间,操作更简单,相似地质条件可推广使用。

孔口瓦斯自动防控系统的设计

为保障在煤矿井下施工钻孔抽放瓦斯作业时现场工人的生命安全,迫切需要一种反应及时、稳定有效的孔口瓦斯防喷装置。针对现有瓦斯防喷装置需要人工现场安装,且存在封堵延时的问题,设计一种无需人工现场安装,且具有自动封堵功能的瓦斯自动防控系统。在实现基本功能的基础上,以标准化和自动化为原则,设计各主要零部件及自动控制系统。制造样机并试验主要部件的性能,试验结果表明:钻杆密封组件的密封性能良好;孔口胶套承压能力达到4 MPa,满足设计要求。井下应用表明:瓦斯自动防控系统完成孔口封堵的平均反应时间为3 s,可极大提高瓦斯防喷装置的有效性。

煤矿井下硬岩气动冲击回转钻进技术与装备

针对煤矿井下穿层钻孔钻遇硬岩时钻进效率降低,PDC钻头磨损快、进尺少,影响矿井生产接替等问题,提出了“三专两配套”技术方案,即采用专用钻机、专用空压机、专用管路、配套高效气动冲击器、配套专业化钻孔施工机组。通过改善钻机与工艺的匹配性,提升空压机工作能力,发挥气动冲击器最优工作性能,保障整套技术方案的高效实施,形成了一套完整的煤矿井下硬岩气动冲击回转钻进技术与装备。在淮南潘三矿2121(1)运顺瓦斯治理巷的现场试验结果表明,在含有坚固性系数超过11的石英砂岩坚硬地层中,考察的11个完整钻孔的单孔硬岩段平均机械钻速为15.94 m/h,与采用该技术方案之前的8.48 m/h提高了88%。

复合地层不同岩石强度下滚刀贯入试验研究

复合地层对滚刀的破岩效率及掘进参数有较大影响。文章针对济南市轨道交通R1线一标段复合地层盾构区间,开展了不同强度试件滚刀贯入力学试验,研究了不同贯入速率对滚刀破岩的影响。结果表明:岩石强度越大,抗侵入系数越大,脆性破坏越明显,滚刀受到的冲击荷载就越大;贯入速率对滚刀破岩的影响与岩石强度的类似,但跃进点贯入荷载、荷载跌落值和临界贯入度都与贯入速率呈对数函数关系;滚刀破岩过程可以划分为压密阶段、密实核形成和发展阶段、裂纹贯通失稳阶段和残余强度阶段。

中高压水力割缝技术及应用

通过对水力割缝增透的卸压理论、设备构成、工艺流程等方面进行研究,并结合丁集矿1351(1)运输顺槽、轨道顺槽底抽巷的现场实践,得出高压水力割缝增透效果优于中压水力割缝措施,取得增透效果较好;静压水冲孔与机械化扩孔增透效果差别不大,取得增透效果一般。中压水力割缝措施相比高压水力割缝具有设备安全性更高、成本更低的优势,实测1351(1)运输顺槽第十一评价单元钻孔实施了中压水力割缝措施后,百孔抽采纯量达到0.92 m3/min,可满足现场施工钻孔卸压增透的需要。

影响煤矿井下钻孔施工轨迹的几点因素分析

本文从理论上分析影响井下钻孔施工轨迹的几点因素,并结合钻孔施工经验及实际状况,提出提高钻孔保直钻进效果的几种措施。

钻探设备及技术创新应用的现实意义

随着时间的推移,矿产资源已经越来越难以发现,在矿产开采方面需要更深的勘探和发掘。国家必须适应国际形势的发展,在能源方面不能仅仅依靠进口,更重要的是自主开发制造,着力于探索新的钻探方式来适应形式。文章对钻探设备及技术创新应用做了详细的探讨,希望对钻探技术的发展做出贡献。

钻孔瓦斯防喷装置的研制与应用

传统的钻孔瓦斯抽采技术虽在一定程度上有效,但仍存在诸多局限性,尤其是在防喷、防火和防尘方面的不足。针对这些问题,通过对常规防喷装置进行深入分析,研制了一种新型瓦斯防喷装置。该装置集成了孔口集尘装置、钻杆尾部抽采、风水联动装置及引射流除尘器等多种创新技术,旨在全面提高瓦斯抽采的安全性和效率。现场试验表明,该装置取得了显著成效,实现了瓦斯零超限的目标,为煤矿瓦斯治理提供了技术参考。