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钻井法凿井气-液-固耦合排渣流场及刀盘吸渣口优化 被引量：6
1
作者 程桦 郭龙辉 +2 位作者 姚直书 杨光 荣传新 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期426-441,共16页
针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣与钻进效率低下问题,以陕西可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,基于CFD-DEM(计算流体力学和离散单元法耦合)研究方法,建立了气-液-固多相耦合排渣数... 针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣与钻进效率低下问题,以陕西可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,基于CFD-DEM(计算流体力学和离散单元法耦合)研究方法,建立了气-液-固多相耦合排渣数值模型,揭示了排渣管内、井底流场的速度及压力分布规律,并基于自研的气举反循环排渣试验装置,采用PIV(粒子图像测速法)测试技术对流场分布的正确性进行验证;提出了优化刀盘吸渣口评判指标和方法,对吸渣口的数量、长径比、面积比、总面积占比进行优化,得到了超前钻头刀盘吸渣口布置的最佳方式和相关参数;讨论了钻头转速、注气量、风管没入比和泥浆黏度等主要因素对排渣流场的影响。研究结果表明:(1)排渣管内流体的运移以轴向流动为主,且途经注气端时,流速发生跳跃式剧增;井底流体的运移主要以水平流动为主,流体的垂直上返仅存在于吸渣口附近;井底流体的水平流动以切向流动为主,径向流动仅在吸渣口两侧较为明显,且远离吸渣口处,径流速度较小易产生岩屑沉积;(2)当刀盘吸渣口数量为2,长径比为0.4,面积比为1,总面积占比为1.94%时,吸渣口的布置方式最佳,且清渣率较现行吸渣口布置方式提高66%;(3)增大钻头转速可显著增强吸渣口的吸附作用,注气量、风管没入比与井底和排渣管内流体的轴向速度均呈正相关关系,低黏、低密度的泥浆易获取高流速,但携岩能力较差。研究结果可为破解侏罗系地层深大立井钻井法洗井排渣与钻进效率低下技术难题,提供有益的理论参考。 展开更多
关键词 钻井法凿井 气举反循环 排渣流场 吸渣口优化 排渣效率
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高性能纤维混凝土在深钻井井筒井壁底施工中的应用
2
作者 姚直书 王法珺 +2 位作者 宋海清 晏中俊 胡长海 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期42-48,共7页
针对深钻井井筒井壁底在浇筑、养护及下沉过程中易产生裂纹的难题,以陶忽图煤矿北风井为工程背景,开展了深钻井井筒井壁底受力分析与高性能纤维混凝土制备研究。采用数值模拟方法分析了半椭圆回转扁球壳式井壁底受力状态,识别出关键拉... 针对深钻井井筒井壁底在浇筑、养护及下沉过程中易产生裂纹的难题,以陶忽图煤矿北风井为工程背景,开展了深钻井井筒井壁底受力分析与高性能纤维混凝土制备研究。采用数值模拟方法分析了半椭圆回转扁球壳式井壁底受力状态,识别出关键拉应力区域。结果表明,井壁底筒体顶部外侧存在显著拉应力区域,最大主应力达0.56 MPa,存在受拉开裂风险,井壁底混凝土应采取防开裂措施。研究获得井壁底C75纤维混凝土的最优配合比为水泥∶粉煤灰∶磨细矿渣∶石子∶砂∶水∶减水剂∶纤维=400∶75∶85∶1011.8∶732.6∶145.6∶13.44∶2.0。平板裂缝试验表明,纤维混凝土抗裂性能显著优于普通混凝土。研究的配合比在工程现场应用表明,浇筑的井壁底未出现裂纹。 展开更多
关键词 钻井法凿井 井壁底 井筒施工 纤维混凝土配制 防裂抗渗
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钻井法泥浆用于陕北榆林地区矿山生态修复资源化利用试验研究
3
作者 李金雨 王新刚 +6 位作者 亓秋燕 王宗金 奚家米 艾子涵 李彦君 王昊宇 辜超颖 《西北地质》 北大核心 2025年第2期197-208,共12页
近年来钻井法在西部地区得到了广泛的应用,但随之伴随的大量泥浆处置成为了困扰企业和政府的环境难题。钻井泥浆中含有丰富的有机质和矿物质,这些成分能够有效改善土壤的结构和肥力,不合理处置往往会造成巨大的资源浪费和环境污染。为... 近年来钻井法在西部地区得到了广泛的应用,但随之伴随的大量泥浆处置成为了困扰企业和政府的环境难题。钻井泥浆中含有丰富的有机质和矿物质,这些成分能够有效改善土壤的结构和肥力,不合理处置往往会造成巨大的资源浪费和环境污染。为探究废弃钻井泥浆资源化利用的新途径,笔者创新性的将其作为矿山土壤改良剂用于改良陕北干旱地区风积沙,以达到变废为宝的目的。通过开展颗分、渗透性、测定有效磷以及速效K含量等方面的试验,探究了废弃钻井泥浆对陕北矿区风积沙土壤生态修复改良效果及其机理;结合一系列盆栽试验,研究了泥浆掺入对植株株高、叶片发育、根系发育等关键生长特征参数的影响,对比分析了不同处理组之间的植株生长情况。试验结果表明,泥浆的加入有效降低了矿区风积沙渗透性,提高风积沙中黏粒含量、有效磷以及速效K含量,即泥浆的加入使得风积沙土具有了“海绵吸水效应”,并同时起到了“锁住”风积沙水分的良好效果,其肥力也显著提升;盆栽试验结果表明废弃钻井泥浆有效提升了植株的植株株高、叶片发育、根系发育等关键生长特征,证明钻井泥浆可有效改良陕北风积沙区的土壤,提高植株品质;此外综合各项试验结果发现研究区钻井泥浆改良矿山风积沙土壤的最优掺入比为10%。研究成果为钻井泥浆用于陕北矿山生态修复的资源化利用提供了理论依据和试验参考。 展开更多
关键词 钻井法 废弃泥浆 风积沙 土壤改良 生态修复
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孔隙型含水岩层钻井法凿井壁后充填技术研究 被引量：8
4
作者 姚直书 方玉 +4 位作者 乔帅星 程桦 李欣慰 王宗金 王晨 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1-9,共9页
为解决西部地区孔隙型含水岩层钻井法凿井壁后充填技术难题,开展了充填层作用机理及材料配制研究。首先,以可可盖煤矿中央回风立井为工程背景,利用Comsol Multiphysics数值计算软件进行了围岩、充填层和钻井井壁流固耦合作用分析。计算... 为解决西部地区孔隙型含水岩层钻井法凿井壁后充填技术难题,开展了充填层作用机理及材料配制研究。首先,以可可盖煤矿中央回风立井为工程背景,利用Comsol Multiphysics数值计算软件进行了围岩、充填层和钻井井壁流固耦合作用分析。计算结果表明:有效应力和孔隙水压力分布曲线呈现出明显的“压降漏斗”型特征(即越靠近井筒中心,两者降低速率越快),且曲线的陡降段位于充填层区域;由此可见,在西部孔隙型含水岩层中,充填层不但具有固井和封水作用,而且还具有减载功能。然后,基于有效应力原理和达西渗流理论,提出充填层材料应具有低渗透性、较高强度和较大比重、微膨胀、不收缩,同时拌合物的流动性好、满足泵送机械化施工要求。综上,提出采用高性能水泥砂浆作为西部地区孔隙型含水岩层钻井井筒壁后充填材料。最后,通过正交试验测定了充填材料的主要物理力学性能,并采用极差分析法研究了粉煤灰与膨胀剂质量掺量对充填材料各因素指标的影响;同时,将比重、三轴抗压强度、渗透系数3者作为其性能的最终评定指标;基于综合平衡法获得水泥、粉煤灰、膨胀剂、水、砂、泵送剂等壁后充填材料的最优配合比为1∶0.286∶0.143∶2.144∶0.443∶0.0143。论文研究结果为西部地区孔隙型含水岩层钻井法凿井的壁后充填提供了工程应用基础。 展开更多
关键词 孔隙型含水岩层 钻井法凿井 充填层 充填作用 材料配制
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钻井法超深井筒固井前竖向结构稳定性研究 被引量：1
5
作者 单仁亮 韩天宇 +5 位作者 荆国业 谭杰 李伟捷 乔东杰 许镇宇 付新鹏 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期542-552,共11页
针对钻井法超深井筒竖向稳定性问题,首先将非满配重水钻井井筒等截面临界高度公式结果与变截面钻井井壁临界高度公式结果进行比较;然后计算龙固、板集井筒的竖向稳定性,并研究了不同井壁自重和配重水高度情况下井壁临界高度变化规律;最... 针对钻井法超深井筒竖向稳定性问题,首先将非满配重水钻井井筒等截面临界高度公式结果与变截面钻井井壁临界高度公式结果进行比较;然后计算龙固、板集井筒的竖向稳定性,并研究了不同井壁自重和配重水高度情况下井壁临界高度变化规律;最后以某矿钻井法风井为工程原型,采用数值计算线性屈曲分析方法,计算分析了不同井壁自重减重幅度和配重水高度情况下该风井井壁结构竖向稳定性变化规律。研究结果表明:随着井壁自重的减小,配重水高度必须增加,若井壁自重减少2kN/m^(3),为满足悬浮下沉要求,则H_(cw1)、H_(cw2)分别增加15%、14%。由于等截面理论公式计算时井筒重心高于实际变截面井筒重心,因此等截面理论公式结果大于变截面公式结果,按等截面理论公式计算龙固、板集井筒的结果是偏于保守的。减小井壁自重和适当增大配重水高度都能增加井壁临界高度,随着井壁自重的减小,井壁临界高度呈现非线性增大趋势,且2种方式相辅相成,相互增益,可有效增强井筒纵向稳定性。通过数值计算线性屈曲分析可有效模拟钻井法井筒固井前挠曲线形态和失稳状态,某矿风井在井壁减重20%后第1阶屈曲特征值提高1.8倍。不同配重水高度条件下Mises应力随井筒深度变化路径有显著差别,对于井壁结构竖向稳定而言,配重水高度不是越大越好,不同配重水高度条件下应力随井筒深度变化路径不同是引起钻井法超深井筒出现最优配重水高度的原因。研究结果可为后续钻井法凿井工业性试验工程的开展提供技术支撑。 展开更多
关键词 钻井法凿井 超深井筒 竖向稳定性 能量法 线性屈曲 悬浮下沉
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西部钻井法“一钻成井”新型高强复合井壁力学特性 被引量：12
6
作者 姚直书 许永杰 +3 位作者 程桦 方玉 王宗金 王瑞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4365-4379,共15页
针对西部地区富水弱胶结地层中深、大钻井井筒“一钻成井”支护难题,提出采用高强钢板-混凝土复合井壁新型结构。首先,以内蒙古鄂尔多斯市陶忽图煤矿北风井为工程原型,基于相似理论推导了复合井壁结构模型试验相似指标,通过正交模型试验... 针对西部地区富水弱胶结地层中深、大钻井井筒“一钻成井”支护难题,提出采用高强钢板-混凝土复合井壁新型结构。首先,以内蒙古鄂尔多斯市陶忽图煤矿北风井为工程原型,基于相似理论推导了复合井壁结构模型试验相似指标,通过正交模型试验,研究了不同井壁厚度、混凝土强度等级和钢板型号情况下高强钢板-混凝土复合井壁的力学特性。其次,采用数值模拟方法,计算分析了高强钢板-混凝土复合井壁极限承载力的影响因素及其变化规律。然后,根据模型试验与数值计算结果,构建了高强钢板-混凝土复合井壁承载力和混凝土抗压强度提高系数计算公式,并给出了各影响因素的取值范围,同时提供了该种井壁结构的工程应用设计优化方法。最后,分析了复合井壁结构中锚卡的力学作用效应。研究结果表明,在复合井壁结构中,由于高强钢板屈服强度高,可更好地对中间混凝土产生复合约束作用,混凝土抗压强度提高系数可达2.3~2.6,井壁承载力显著提高。在相同条件下,与Q345钢板相比,高强钢板(Q460~Q620)-混凝土复合井壁的极限承载力可提高7.14%~19.46%,井壁厚度可减薄8.18%~19.52%,且增大内层钢板厚度更有助于提高井壁极限承载力。复合井壁结构中锚卡约束着内钢板,使其达到屈服应力后不会过早发生屈曲失稳,同时对中间混凝土提供约束作用,保证其处于三向受压状态,2者起到很好的复合作用,有利于井壁结构整体受力。 展开更多
关键词 钻井法凿井 一钻成井 高强钢板 复合井壁 力学特性
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深冻结井筒竖向可缩井壁的设计与施工技术 被引量：9
7
作者 蔡海兵 程桦 +2 位作者 姚直书 荣传新 程屏 《煤炭工程》 北大核心 2008年第7期5-7,共3页
论文针对深厚表土层冻结法施工的立井井筒可能因竖向附加力作用而发生破裂这一技术难题,根据设计原则研制了一种深冻结井筒竖向可缩井壁结构。详细叙述了该井壁结构的制作方法和现场施工技术,并在丁集矿三个井筒中得到了成功应用,可为... 论文针对深厚表土层冻结法施工的立井井筒可能因竖向附加力作用而发生破裂这一技术难题,根据设计原则研制了一种深冻结井筒竖向可缩井壁结构。详细叙述了该井壁结构的制作方法和现场施工技术,并在丁集矿三个井筒中得到了成功应用,可为新井建设中的新型井壁结构的设计和施工提供参考依据。 展开更多
关键词 竖向附加力 竖向可缩性井壁 深冻结井筒
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刘庄矿东风井第三含水文孔溢水延期原因分析 被引量：2
8
作者 曹化春 《煤炭工程》 北大核心 2017年第8期63-66,共4页
为了分析刘庄煤矿东风井冻结法凿井第三含水文孔溢水延期问题,研究了刘庄矿东风井水文地质概况、井筒冻结参数,并对水文孔进行了现场排查和分析。结果表明:造成水文孔溢水延迟的主要原因是地层富水性弱且孔隙率大,同时提出了问题的处理... 为了分析刘庄煤矿东风井冻结法凿井第三含水文孔溢水延期问题,研究了刘庄矿东风井水文地质概况、井筒冻结参数,并对水文孔进行了现场排查和分析。结果表明:造成水文孔溢水延迟的主要原因是地层富水性弱且孔隙率大,同时提出了问题的处理方法。 展开更多
关键词 冻结法 多圈管冻结 第三含水层 冻结器 水文孔溢水
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泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层冻结岩石物理力学性能试验研究 被引量：3
9
作者 亓燕秋 王宗金 陈军浩 《中国煤炭》 北大核心 2015年第10期56-59,86,共5页
进行了泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层的冻结岩土物理力学性能试验,并与两淮地区冻结岩土数据及相关材料试验数据进行横向比较,得出了泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层的冻结岩土工程参数特性。对今后在白垩系、侏罗系地层冻结法凿井的设计... 进行了泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层的冻结岩土物理力学性能试验,并与两淮地区冻结岩土数据及相关材料试验数据进行横向比较,得出了泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层的冻结岩土工程参数特性。对今后在白垩系、侏罗系地层冻结法凿井的设计及施工有着较为重要的参考价值。 展开更多
关键词 白垩系 侏罗系 冻结岩石 物理力学性能 泊江海孜矿
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水下深埋冻结钻孔漏水涌砂风险防控关键技术 被引量：1
10
作者 闫良涛 亓燕秋 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2022年第S02期435-439,共5页
以往钻孔工艺在高水压条件下容易导致孔口管密封渗漏水及孔口管脱落,钻孔过程断管处理方法风险高、效率低。为解决这些问题,首先,提出使用环氧树脂黏结类材料替代水泥浆液配合麻丝进行孔口管密封新工艺,既增加密封性又增强黏结力;其次,... 以往钻孔工艺在高水压条件下容易导致孔口管密封渗漏水及孔口管脱落,钻孔过程断管处理方法风险高、效率低。为解决这些问题,首先,提出使用环氧树脂黏结类材料替代水泥浆液配合麻丝进行孔口管密封新工艺,既增加密封性又增强黏结力;其次,分析使用6组规格为M12的膨胀螺栓固定孔口管数量的合理性,同时提出一种钻孔断管应急件装置;最后,进行钻前试验和钻孔过程实际应用。结果表明:1)试验时孔口管与隧道管片密封效果良好、黏结牢固;2)钻孔实践过程中未出现任何渗漏水和脱落现象;3)断管应急件装置在实践应用时能够快速处理断管漏水涌砂问题,钻机可以快速投入下一个钻孔,提高了钻孔作业效率、降低了处理过程风险。 展开更多
关键词 水下 冻结钻孔 漏水涌砂 风险防控 盾构隧道
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