开采扰动与蠕变作用下煤岩体力学响应特征研究

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作者 程守业 李民晟 高峰 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期171-177,共7页

在煤炭开采过程中,因循环载荷与蠕变导致的叠加损伤累积特征尚不清晰,从而造成动静载组合作用下覆岩卸压位置难以精准确定。为解决这一问题,利用MTS815试验机开展了围压为10 MPa条件下、循环加卸载后不同轴压的蠕变压缩试验。试验结果表... 在煤炭开采过程中,因循环载荷与蠕变导致的叠加损伤累积特征尚不清晰,从而造成动静载组合作用下覆岩卸压位置难以精准确定。为解决这一问题,利用MTS815试验机开展了围压为10 MPa条件下、循环加卸载后不同轴压的蠕变压缩试验。试验结果表明:在循环加载过程中,卸载时弹性模量高于加载过程,泊松比也呈现出相似的变化趋势,且弹性模量和泊松比在加卸载过程中的差距逐渐变小;应力-应变响应在恒定偏应力下具有硬化与软化效应,当偏应力较低时,以三轴抗压强度(TCS)为主的硬化效应十分显著,而当偏应力较高时,软化作用则更为突出;轴向应变率和体积应变率之间的演化特征能够通过负指数函数关系进行详细描述;采动卸压边界处的煤岩体承受着周期性破坏以及持续增加的蠕变应力作用。基于此,可依据煤岩体的蠕变演化规律,选择合适的时机来确定采动卸压边界,进而为应力演化主导的灾害防治工作提供量化参考依据。 展开更多

关键词 采动应力 蠕变速率 疲劳损伤 硬化作用 瓦斯抽采

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反井钻机施工大直径风井工程结构稳定性评价方法研究 被引量：2

2

作者 杨木林 程守业 +3 位作者 宋亚新 高峰 王永峰 谷群涛 《煤炭工程》 北大核心 2024年第2期39-44,共6页

针对大直径反井工程在扩孔期间的围岩稳定性问题,提出了一种考虑反井钻井法工艺特点的竖井结构稳定性评价方法,确定了围岩自稳能力是其关键因素,基于强度折减法,提出了以围岩稳定系数为核心的井帮围岩自稳能力定量评估方法,通过数值模... 针对大直径反井工程在扩孔期间的围岩稳定性问题,提出了一种考虑反井钻井法工艺特点的竖井结构稳定性评价方法,确定了围岩自稳能力是其关键因素,基于强度折减法,提出了以围岩稳定系数为核心的井帮围岩自稳能力定量评估方法,通过数值模拟手段确定了围岩极限自稳状态的强度折减系数k0,并以此作为围岩的稳定系数。为解决工程实际问题,提出了预防空帮失稳的工程处理措施,在扩孔阶段实施随钻临时支护作业,实现围岩的快速封闭。最后以李家壕煤矿回风暗立井工程作为研究对象,提出了局部失稳风险评估意见,并依托工程实践对评估准确性进行了验证,其结果表明评估结论与实际结果一致,验证了该井帮围岩稳定性定量评价方法及工程处理措施的有效性。 展开更多

关键词 反井钻井 竖井 强度折减法 通风井 围岩自稳

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金矿通风井反井施工技术研究及应用 被引量：9

3

作者 程守业 马奕博 于见水 《中国矿业》 北大核心 2019年第4期115-119,共5页

我国金矿施工100m左右立井反井施工技术已较为成熟,在滩涧山金矿实施深井160m、大直径3m立井一次成井工程尚属首次。通过分析岩石柱状图获取岩石抗压强度,研究并计算反井钻机扩孔工况时拉力、扭矩参数,结合参数选用BMC400反井钻机。在... 我国金矿施工100m左右立井反井施工技术已较为成熟,在滩涧山金矿实施深井160m、大直径3m立井一次成井工程尚属首次。通过分析岩石柱状图获取岩石抗压强度,研究并计算反井钻机扩孔工况时拉力、扭矩参数,结合参数选用BMC400反井钻机。在缺少相关施工经验和岩层具体发育情况等条件下,采用地质钻机钻凿导孔与反井钻机一次成井配合,丰富了反井施工技术的内涵,合理控制转速,布置三合金翅稳定钻杆保证导孔偏斜率,进行钻具改造设计,井筒偏斜率均控制在0.2%以内,成功完成工程。实践表明,在金矿采用反井施工技术钻凿大直径深立井的成功经验值得推广和借鉴。 展开更多

关键词 反井施工技术 反井钻机 金矿 大直径

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直径385mm单刃盘型滚刀破岩参数与效果研究

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作者 程守业 谭昊 荆国业 《城市轨道交通研究》 北大核心 2014年第8期20-22,27,共4页

盘型滚刀破岩参数关系到施工效率和成本。通过对北京房山地区花岗片麻岩进行新设计的385 mm单刃盘型滚刀破岩试验,研究该盘型滚刀最佳破岩参数。选用煤矿深井建设技术国家工程实验室的滚刀直线破岩模拟试验装置,运用多种传感器和伺服控... 盘型滚刀破岩参数关系到施工效率和成本。通过对北京房山地区花岗片麻岩进行新设计的385 mm单刃盘型滚刀破岩试验,研究该盘型滚刀最佳破岩参数。选用煤矿深井建设技术国家工程实验室的滚刀直线破岩模拟试验装置,运用多种传感器和伺服控制技术,对385 mm单刃盘形滚刀进行不同推力、扭矩和截距参数下的破岩试验。通过试验,得到盘形滚刀切入深度与推力、扭矩的关系;并得到不同截距下岩石的破碎量,计算单位体积破岩功,从而得到在特定岩石上的合理推力、扭矩参数,以及此单刃盘型滚刀在刀盘上的布置截距。 展开更多

关键词 单刃盘型滚刀 滚刀截距 切入深度 单位体积破岩功

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铁路隧道深竖井反井法施工技术研究及应用——以当金山隧道为例 被引量：11

5

作者 程守业 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2018年第9期1560-1565,共6页

为满足特长铁路隧道建设期施工通风和运营期防灾救援的需要,打造立体通风方式,加快隧道施工速度,避免因传统钻爆法带来的安全和环保方面的问题,以敦格铁路当金山隧道竖井为例,通过对施工方法的研究和工程特点的分析,进行方案比选,结合2... 为满足特长铁路隧道建设期施工通风和运营期防灾救援的需要,打造立体通风方式,加快隧道施工速度,避免因传统钻爆法带来的安全和环保方面的问题,以敦格铁路当金山隧道竖井为例,通过对施工方法的研究和工程特点的分析,进行方案比选,结合2号竖井的地质条件,改进反井法施工工艺。结果表明:1)采用气动潜孔锤技术施工导孔与BMC600反井钻机施工扩孔相结合的方式,使用KXP-2D(S)数字罗盘测斜仪进行测斜,成功钻成直径为3. 0 m、深度为442 m的深竖井; 2)通过合理控制钻进参数,可以有效控制竖井偏斜,偏斜率仅0. 8%,成井速度快、质量好、安全系数高; 3)反井法一次成井施工铁路隧道深竖井完全可行,机械化程度高,充分显示了反井法的优越性和先进性。 展开更多

关键词 铁路隧道 深竖井 反井法 反井钻机 偏斜控制

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反井钻具扩孔工况下的纵向振动分析 被引量：6

6

作者 高峰 刘志强 +1 位作者 周华群 程守业 《中国煤炭》 北大核心 2017年第12期96-101,共6页

反井钻井广泛应用于煤矿通风立井的建设当中,钻具的振动对反井工程有较大影响,应在工程中避免钻具发生共振。对比石油钻具纵向振动模型,建立了适用于煤矿通风立井施工中的反井钻具扩孔工况下的纵向自由振动模型,并推导了反井钻具纵向自... 反井钻井广泛应用于煤矿通风立井的建设当中,钻具的振动对反井工程有较大影响,应在工程中避免钻具发生共振。对比石油钻具纵向振动模型,建立了适用于煤矿通风立井施工中的反井钻具扩孔工况下的纵向自由振动模型,并推导了反井钻具纵向自由振动固有频率表达式。利用ANSYS有限元分析软件,对不同钻井深度内的钻具系统进行了分析,得到了固有频率在不同钻杆直径、不同扩孔钻头直径、不同钻井深度条件下的变化特点。分析结果表明,反井钻具纵向自由振动固有频率受钻井深度的影响较大。 展开更多

关键词 煤矿通风 通风立井 反井钻井 纵向振动

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煤矿冻结立井井筒机械破岩智能化建设工艺及关键技术分析 被引量：5

7

作者 刘志强 宋朝阳 +3 位作者 程守业 王强 周明 王恒 《煤炭工程》 北大核心 2024年第10期31-39,共9页

目前以钻爆法为主的短段掘砌综合凿井技术逐步成熟,煤矿立井建设深度已突破1000 m,逼近1500 m。然而钻爆法凿井依然存在下井作业人员多、作业环境恶劣、作业风险高和设备智能化程度低等现实难题,井筒非爆破破岩智能化建设技术已成为煤... 目前以钻爆法为主的短段掘砌综合凿井技术逐步成熟,煤矿立井建设深度已突破1000 m,逼近1500 m。然而钻爆法凿井依然存在下井作业人员多、作业环境恶劣、作业风险高和设备智能化程度低等现实难题,井筒非爆破破岩智能化建设技术已成为煤矿井筒建设技术发展的重要方向。为探索西部富水软弱地层井筒机械破岩高效智能化建设技术新思路,从井筒建设工艺、地质保障技术、智能钻井装备、协同作业技术4个方面,开展了煤矿冻结井筒机械破岩智能化建设工艺及关键技术分析。基于多工序平行作业快速建井的理念,以地层冻结技术解决地层涌水和软弱地层易失稳的难题,以反井钻机和竖井掘进机为机械破岩钻进的核心装备,提出了冻结井筒机械破岩智能化建设新工艺;提出“冻结+反井钻机钻井+永久支护”的建井工艺,分析了冻结地层反井钻机钻井装备可行性,剖析了冻结地层反井钻机钻井冻结壁控制、扩孔钻进、快速支护等方面的9项关键技术;提出“冻结+竖井掘进机钻井+钻-支平行作业”的建井工艺,分析了冻结地层竖井掘进机钻井装备可行性,剖析了冻结地层竖井掘进机钻井井帮稳定控制、破岩智能钻进和钻支协同作业等方面的9项关键技术,以期推动井筒安全、快速、绿色、智能化建设技术的发展。 展开更多

关键词 矿井建设 竖井 机械破岩 反井钻机 竖井掘进机

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煤矿矿井建设技术与装备70余年创新发展及推广实践 被引量：15

8

作者 刘志强 宋朝阳 +3 位作者 程守业 荆国业 高伟 李生生 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期65-83,共19页

比较全面地总结了新中国成立70余年来,我国煤矿矿井建设技术从引进吸收、自主发展到再创新的历程,以及在基础研究、工艺创新、技术突破、装备研制和成果转化方面取得的重要成果,涉及钻爆法、冻结法、注浆法、钻井法、沉井法等凿井技术... 比较全面地总结了新中国成立70余年来,我国煤矿矿井建设技术从引进吸收、自主发展到再创新的历程,以及在基础研究、工艺创新、技术突破、装备研制和成果转化方面取得的重要成果,涉及钻爆法、冻结法、注浆法、钻井法、沉井法等凿井技术以及煤矿岩巷掘进技术。目前,以钻爆破岩为主的凿井配套装备机械化、自动化水平显著提高,煤矿千米级深井短段掘砌综合凿井技术趋于成熟,竖井凿井最大深度达到1 341.6 m。冻结法、注浆法等凿井地质保障技术水平显著提升,逐步代替了帷幕法、板桩法和降水法等凿井技术,竖井最大冻结深度达990 m,斜井最大冻结段斜长达681 m,采用工作面注浆建成煤矿最长斜井为5 875 m,竖井地面预注浆加固深度达1 355 m。机械破岩井巷掘进技术取得突破性进展,反井钻机最大钻井直径达6 m,最大钻井深度达562 m;竖井钻机钻井法实现了最大钻井直径10.8 m,最大钻井深度660 m,且应用范围逐步扩大;竖井掘进机钻井法实现了零的突破,为煤矿竖井智能化凿井奠定了基础;煤矿岩巷机掘法作业线已经形成,岩巷全断面掘进机平均成巷速度超400 m/月。综上,70余年来我国煤矿矿井建设技术与装备创新发展,显著提升了煤矿井巷掘进作业环境、施工效率和安全水平,实现了井巷掘进工作面无人化、自动化、全机械化作业,解决了我国煤炭开发各阶段井巷建设的难题,保障了煤矿基础建设及开采接续建设。同时,从煤矿矿井建设发展起来的技术装备和取得的成功经验,在水力发电、市政轨道交通、山岭交通隧道、引水隧道等地下工程领域得到了推广实践,为国家重点工程建设和国民经济发展做出了贡献。 展开更多

关键词 矿井建设 井巷工程 竖井 斜井 机械破岩

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全断面竖井掘进机凿井围岩分类指标体系与评价方法 被引量：19

9

作者 刘志强 宋朝阳 +1 位作者 程守业 荆国业 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期86-94,共9页

针对全断面竖井掘进机凿井过程中软弱或破碎围岩失稳坍塌、高硬度岩石难破碎、地层涌水、地层节理构造等一系列地层复杂性带来的工程难题,开展了适用全断面竖井掘进机凿井的围岩分类指标体系与评价方法研究,考虑了全断面竖井掘进机凿井&... 针对全断面竖井掘进机凿井过程中软弱或破碎围岩失稳坍塌、高硬度岩石难破碎、地层涌水、地层节理构造等一系列地层复杂性带来的工程难题,开展了适用全断面竖井掘进机凿井的围岩分类指标体系与评价方法研究,考虑了全断面竖井掘进机凿井"岩"与"机"互馈作用下各因素的独立性和相关性,构建了围岩分类指标体系与评价方法,提出了全断面竖井掘进机凿井地层适应性综合判识方法。首先基于全断面竖井掘进机凿井工艺特征,分析了竖井掘进机凿井面临的地质难题以及防控措施,围绕竖井掘进机凿井"岩-机"相互作用下围岩岩石力学特性、装备破岩能力、岩体构造特征、围岩与装备相互支撑、地层防治水等多因素的影响,提出了围岩分类指标选取原则,构建了岩石可切割性、围岩自稳性、地层控水性3个准则层指标以及所属13个基础评价指标组成的评价指标体系框架;确定了围岩分类指标体系权重,并采用模糊综合评价和百分制方法量化基础指标,构建了多维矩阵结构围岩分类评价数学模型,经计算和分析将岩石可切割性、围岩自稳性、地层控水性划分为有利、一般有利、适中、不利和很不利5类,进而根据计算结果将竖井掘进机凿井围岩条件分为Ⅰ~Ⅴ类,评判了全断面竖井掘进机凿井与地层之间的适应性,提出了竖井掘进机凿井围岩控制措施;以我国首台套导井式全断面竖井掘进机凿井工程为例,验证了围岩分类指标体系与评价方法的可行性和合理性。全断面竖井掘进机凿井围岩分类指标体系与评价方法对破岩掘进、灾害防控、围岩稳定控制等技术方案的制定和实施提供了科学依据。 展开更多

关键词 机械破岩 竖井掘进机 岩体质量评价 评价指标体系 围岩稳定

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泥岩地层软化对反井扩孔井帮稳定影响分析 被引量：8

10

作者 汤正 高峰 +2 位作者 程守业 龙志阳 刘志强 《煤炭工程》 北大核心 2019年第12期24-28,共5页

反井钻井法扩孔施工过程中,井帮缩径和井帮围岩失稳是反井钻井法发展的重难点问题。当扩孔穿过以遇水软化性岩石为主构成的地层时,水对井帮围岩的影响十分突出。以具有遇水软化特性的泥岩为研究对象,首先,通过浸水软化实验,得到不同浸... 反井钻井法扩孔施工过程中,井帮缩径和井帮围岩失稳是反井钻井法发展的重难点问题。当扩孔穿过以遇水软化性岩石为主构成的地层时,水对井帮围岩的影响十分突出。以具有遇水软化特性的泥岩为研究对象,首先,通过浸水软化实验,得到不同浸水时间下泥岩的弹性模量和泊松比,再拟合出这两种参数与浸水时间的定量关系,并建立考虑软化效应的参数方程。然后,基于弹塑性模型塑性区位移解,得出扩孔井帮围岩无支护状态下的位移公式,再在此公式中代入考虑软化效应的参数。最后,建立考虑边界效应的井帮围岩位移与浸水时间解析模型,用来评价反井钻井法扩孔施工过程中井帮缩径和井帮围岩失稳的安全性,为反井钻井法的工程应用提供参考。 展开更多

关键词 缩径 失稳 泥岩 软化 位移

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反井钻机定向钻进过程中的井帮围岩稳定技术研究 被引量：9

11

作者 刘文敬 程守业 荆国业 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2023年第2期71-79,共9页

针对反井钻机导孔定向钻进在不良地质段易发生围岩失稳导致的卡钻、塌孔问题,通过理论计算和ANSYS Workbench数值模拟的方法,分析了定向纠偏过程中翼板与井帮围岩接触应力的影响因素及规律,探讨了井帮围岩变形特征,提出了适用于反井钻... 针对反井钻机导孔定向钻进在不良地质段易发生围岩失稳导致的卡钻、塌孔问题,通过理论计算和ANSYS Workbench数值模拟的方法,分析了定向纠偏过程中翼板与井帮围岩接触应力的影响因素及规律,探讨了井帮围岩变形特征,提出了适用于反井钻机旋转定向钻进的井帮围岩稳定控制技术。研究结果表明:15°+30°组合倒角翼板结构,较普通倒角结构在降低接触应力及围岩变形方面优化效果显著。当反井导孔遇不良地质时,采用动态调整钻进参数、合理设置导向力分配方案、优化翼板结构的井帮围岩稳定控制技术能够有效降低翼板陷入井帮引发卡钻、埋钻事故的风险。研究结果可为软弱地层反井工程提供一定参考。 展开更多

关键词 反井钻机 旋转定向钻具 接触应力 围岩稳定

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扩孔工况下反井钻机钻具受力研究及工程应用 被引量：2

12

作者 马奕博 高岗荣 +1 位作者 程守业 于见水 《中国矿业》 北大核心 2019年第2期158-161,168,共5页

本论文基于铁矿极硬岩石条件,对反井钻机钻具在扩孔工况下的受力进行简化,研究钻具在扩孔工况下的受力,充分考虑钻头振动荷载、钻具与岩层相互作用、偶然荷载等因素对钻具受力造成的影响,得出扩孔状态下钻杆受到的拉力、扭矩公式。通过... 本论文基于铁矿极硬岩石条件,对反井钻机钻具在扩孔工况下的受力进行简化,研究钻具在扩孔工况下的受力,充分考虑钻头振动荷载、钻具与岩层相互作用、偶然荷载等因素对钻具受力造成的影响,得出扩孔状态下钻杆受到的拉力、扭矩公式。通过分析岩石条件,获取岩石抗压强度,将钻杆所受扩孔拉力、扭矩的计算公式应用在反井工程中取得良好的结果,工程实践表明,研究成果对计算处于极硬岩石下扩孔工况钻杆的扩孔拉力、扭矩具有借鉴意义。 展开更多

关键词 反井钻机 铁矿 极硬岩 钻杆 受力分析

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采用振动信号分析反井钻机扩孔钻进工况 被引量：2

13

作者 李斌宇 程守业 张广宇 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2009年第5期31-33,共3页

为了检测反井钻机扩孔钻进工况,采用仪器接收钻具发生故障或工况出现异常时的信号,通过频谱图分析这些信号,从而判断出故障和异常工况的具体情况。工程实践证明,包络线结合频域振动分析可以有效诊断反井钻机扩孔钻进工况。

关键词 反井钻机 扩孔 振动信号

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铁矿井下近300m深立井反井施工技术研究 被引量：9

14

作者 程守业 《中国矿业》 北大核心 2014年第7期96-99,共4页

黑龙山铁矿井下设计施工3条近300m深立井井筒,为实现施工的安全高效,采用反井施工技术。铁矿井下施工100m以内浅立井反井施工技术已较为成熟,但施工近300m深立井在国内尚属首次。通过岩石柱状图分析岩石条件,获取岩石抗压强度、松散系... 黑龙山铁矿井下设计施工3条近300m深立井井筒,为实现施工的安全高效,采用反井施工技术。铁矿井下施工100m以内浅立井反井施工技术已较为成熟,但施工近300m深立井在国内尚属首次。通过岩石柱状图分析岩石条件,获取岩石抗压强度、松散系数等数据,计算钻机导孔推力、导孔扭矩、扩孔拉力、扩孔扭矩,结合参数决定采用BMC300型反井钻机。施工中严格执行设计施工参数,合理控制转速保证导孔偏斜率,在合理位置布置三合金翅稳定钻杆,在缺少相关施工经验以及岩层裂隙发育等条件下顺利的完成了施工任务,井筒偏斜率均控制在0.5%左右。实践表明,采用反井施工技术施工井下深立井的成功经验值得推广和借鉴。 展开更多

关键词 反井施工技术 反井钻机 铁矿 井下深立井

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深部矿产资源开采矿井建设模式及其关键技术 被引量：72

15

作者 刘志强 宋朝阳 +4 位作者 纪洪广 刘书杰 谭杰 程守业 宁方波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期826-845,共20页

深部矿产资源开采是我国资源持续供给和保障经济高速发展的重要物质支撑,井巷工程作为进入深部开采的安全通道是进入深部开采的咽喉,因此,深部矿井建设关键技术是实现深部矿产资源开采的重要技术支撑。基于深部矿产开采矿井工程设计与... 深部矿产资源开采是我国资源持续供给和保障经济高速发展的重要物质支撑,井巷工程作为进入深部开采的安全通道是进入深部开采的咽喉,因此,深部矿井建设关键技术是实现深部矿产资源开采的重要技术支撑。基于深部矿产开采矿井工程设计与装备制造先行的理念,深部矿井建设模式、优化设计与理论、矿井建设技术与智能装备、智能监控技术体系、矿井建设与生态环境互馈等方面亟待取得突破。系统分析了矿井赋存地质条件探查、数据融合反演与透明化重构技术及其亟待攻克的科学问题;梳理了深部矿井井巷优化设计方法、建设模式、建井提运装备的发展现状和面临的难题;基于深部井巷围岩"应力调控-改性-支护"理念,提出了围岩应力调控技术,地面预注浆加固、抗渗、降-隔-保温技术等围岩改性技术,以及矿井工程支护结构等围岩控制理论与及其关键技术;提出了深井智能掘进装备与智能控制系统研发体系,梳理了机械破岩掘进装备制造与发展趋势,从高效破岩与排渣、装备构成与空间优化、精确智能钻井控制3个方面分析了上排渣竖井掘进机设计与制造亟需攻克的科学问题与技术难题;围绕破岩掘进复杂工序智能监控、围岩与井壁结构稳定智能监控、井筒内运行设备智能监控,提出了深部矿井全生命周期智能监控系统与关键技术体系。基于以上深部矿井开拓模式的优化设计、建井装备及其相应关键技术工艺的深入思考和分析,有望为深部矿井安全高效绿色建设提供解决思路。 展开更多

关键词 矿井建设 智能化 围岩支护 注浆 掘进 风险监控

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千米级竖井全断面科学钻进装备与关键技术分析 被引量：56

16

作者 刘志强 宋朝阳 +3 位作者 程守业 纪洪广 谭杰 荆国业 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期3645-3656,共12页

千米级竖井全断面钻进技术是我国深地开发的重要技术支撑。围绕机械高效破岩与智能安全钻进这一主题,阐述了机械破岩钻井装备和无人化钻井的研究进展,梳理得出以竖井钻机、竖井掘进机和反井钻机3种钻机构成的机械破岩科学钻井技术、工... 千米级竖井全断面钻进技术是我国深地开发的重要技术支撑。围绕机械高效破岩与智能安全钻进这一主题,阐述了机械破岩钻井装备和无人化钻井的研究进展,梳理得出以竖井钻机、竖井掘进机和反井钻机3种钻机构成的机械破岩科学钻井技术、工艺及装备体系,并凝练出竖井全断面科学钻进过程中破岩、排渣、智能监控、支护和辅助钻进5项核心技术及其涵盖的12项关键技术;提出千米级竖井全断面机械破岩钻井需要攻克的关键技术问题与科学问题。针对深部高应力、高岩温和高水压条件下岩石强流变、强扰动等特点,以破岩与围岩控制技术、高效排渣技术、装备钻进与支撑技术的“三位一体”协同控制为核心,将重点攻克:①深部破岩机理和井帮围岩控制理论研究,以及辅助机械破岩的高效破岩技术;②多相流流动理论研究,优化多相比、提升高度、多相流速等参数,建立低能耗高效循环排渣模式;③围岩智能感知、判识与精准钻进轨迹的智能化控制理论研究,开发深部地层钻进多信息融合的钻机自适应钻进技术。为解决机械破岩、多相流循环排渣、钻井智能推进3者之间的协调性和匹配性问题,从基础理论分析、装备性能、工艺研究3个方面,构建了机械破岩科学钻井参数动态优化设计体系,基于以上机械化全断面钻井技术和装备现有条件和尚待攻克难题的梳理,为国家千米级竖井全断面钻进成套技术与装备的开发与升级提供借鉴。 展开更多

关键词 千米级竖井 破岩理论 竖井钻井 竖井钻机 反井钻机 竖井掘进机

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我国反井钻机钻井技术与装备发展历程及现状 被引量：45

17

作者 刘志强 宋朝阳 +5 位作者 程守业 洪文浩 荆国业 李新华 王来所 赵钧羡 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期32-65,共34页

反井钻机钻井技术是煤矿、金属矿山、水利水电、隧道等地下工程中井孔钻凿的根本性变革技术。介绍了近40 a来我国反井钻机钻井技术与装备的发展历程、反井钻机钻井理论与技术以及反井钻进工艺与应用的发展与现状;梳理了反井钻机钻井领... 反井钻机钻井技术是煤矿、金属矿山、水利水电、隧道等地下工程中井孔钻凿的根本性变革技术。介绍了近40 a来我国反井钻机钻井技术与装备的发展历程、反井钻机钻井理论与技术以及反井钻进工艺与应用的发展与现状;梳理了反井钻机钻井领域获批科研项目,以及围绕反井钻机钻井发表的论文和专利、出版的论著与标准;进一步介绍了反井钻机钻井围岩预加固和支护等稳定性控制技术,反井钻井机械破岩机理与破岩技术,反井钻机钻架稳定控制技术与动力驱动控制技术,反井钻机导孔钻具、导孔钻进排渣技术、导孔钻进偏斜控制技术以及导孔钻进风险分析与防控技术;反井钻机扩孔钻进钻头滚刀布置形制、扩孔排渣技术、扩孔钻进偏斜控制技术以及扩孔钻进风险分析与防控技术;反井钻机钻井降温除尘技术;给出了反井钻机在矿下溜矸孔、深大斜井、立井井筒延伸、双风井井筒和一次钻成大直径风井等工程中的应用,以及富水冲积层、冻结地层、注浆加固地层和瓦斯地层中反井钻井的应用。经过40a的研究与实践表明,我国在反井钻机钻井领域已经形成以机械破岩理论和钻进技术为基础的反井钻机钻井成套技术与装备体系,为地下工程中井筒的安全、高效、绿色钻进提供技术保障,为我国无人化、机械化和自动化全断面钻井技术与装备的进步做出了重大贡献。 展开更多

关键词 反井钻机 钻井 机械破岩 导孔 扩孔 偏斜率

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基于重力排渣的大直径井筒钻掘技术与工艺体系研究 被引量：14

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作者 刘志强 宋朝阳 +4 位作者 程守业 荆国业 赵钧羡 陈云 赵立克 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期272-282,共11页

井筒是井工法矿物开采和地下空间开发利用的关键工程,对于拟建井筒下部具备生产系统的有利条件,采用重力排渣的大直径井筒钻掘技术是重要的发展方向之一。针对吊桶式上排渣技术存在的排渣不连续、掘进效率低,且难以与破岩工序协同作业... 井筒是井工法矿物开采和地下空间开发利用的关键工程,对于拟建井筒下部具备生产系统的有利条件,采用重力排渣的大直径井筒钻掘技术是重要的发展方向之一。针对吊桶式上排渣技术存在的排渣不连续、掘进效率低,且难以与破岩工序协同作业等难题,探索改变凿井工作面的排渣方式,采用重力排渣工艺可提高凿井效率,即通过预先建立连接拟建井筒上下水平的小直径导井,或上水平施工条件不具备时在井筒下水平直接上向钻进导井,破碎岩渣在重力作用下直接掉落至下水平,再利用装载和运输设备进行装运排渣。首先论述了机械破岩钻井流体正循环和反循环上排渣技术工艺的适用性和局限性,提出了基于依靠岩渣自重进行重力排渣的工艺,分析了大直径井筒反井钻井、直接上向反井钻井、导井式竖井掘进机等机械破岩重力排渣技术的发展现状,凝练了基于重力排渣的机械破岩钻井技术现阶段面临的硬岩破碎、钻具稳定可靠、钻井偏斜控制、智能钻进等难题,系统梳理了导孔钻进、导井钻进、钻爆扩大、反井正钻扩大、反井钻机一次扩大和导井式井筒掘进机扩大等技术工艺及装备,构建了不同工序组合的综合成井工艺体系。基于重力排渣的机械破岩凿井技术,将继续在煤矿、金属矿山、水电、交通等领域大直径井筒建设中发挥重要作用,并为无人化、机械化和智能化井筒建设技术发展提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 井筒 机械破岩 重力排渣 反井钻机 井筒掘进机 大直径井筒

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