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基于疏水降压法井筒渗水模拟试验与应用研究 被引量：1
1
作者 李昂 杨钧皓 +4 位作者 张文忠 李远谋 薛智轩 范六一 田胜祺 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期301-313,共13页
随着我国煤炭资源不断向深部开发,复杂的岩层赋存条件对井筒的建设和使用带来很大挑战。深部立井经常穿越多层含水层,顶板承压水造成的井壁渗水问题尤为严重,不仅威胁到矿井安全,还给传统的注浆治理方法带来挑战,如成本高、施工难度大... 随着我国煤炭资源不断向深部开发,复杂的岩层赋存条件对井筒的建设和使用带来很大挑战。深部立井经常穿越多层含水层,顶板承压水造成的井壁渗水问题尤为严重,不仅威胁到矿井安全,还给传统的注浆治理方法带来挑战,如成本高、施工难度大和渗漏重复等问题。为此基于疏水降压理论建立了一套可视化相似模拟试验平台,模拟了不同岩层、不同放水孔数条件下的井壁水压、放水孔流量变化,分析了放水孔流速与渗流规律、地下水降落漏斗形态发育规律以及渗流水压和井壁压力变化规律,并以彬长文家坡煤矿为例开展了现场疏放水试验。结果表明:出水口流速随管道通径增大而增大;双孔涌水流量相比单孔增幅较大,三孔涌水量增幅较小;距井越近水位降深越大,降落漏斗影响范围随放水孔数增加而增大,单层放水试验降落漏斗形状与降水孔保持对称状,漏斗底端呈现锥形。放水初期水压下降快,后期趋于稳定;将模拟试验结果应用于现场,通过在文家坡煤矿主副井之间打疏放水孔,进行单孔和双孔放水试验,单孔稳定涌水量为75 m^(3)/h、双孔稳定涌水量为175 m^(3)/h,试验显著降低了地下水位,并形成了最大降深达40 m的降落漏斗,现场实测与相似模拟试验结果较为吻合,验证了疏水降压治理方法的科学性和实际效果。研究成果有助于推动深部顶板承压含水层影响下井筒渗水防治技术的进步。 展开更多
关键词 含水层 井筒水害 相似模拟 降落漏斗 疏水降压法
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中深层地热供暖系统运行策略模拟研究
2
作者 赵永哲 赵宝锋 +3 位作者 胡振阳 苟立 杜丁山 刘成路 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第4期203-212,共10页
【背景】积极利用中深层地热能供暖是实现碳达峰碳中和目标的重要举措。中深层地热供暖系统运行策略的优劣直接影响供暖效果,并对地热供暖系统运行能耗产生重要影响,在利用地热能的同时要避免造成资源的浪费。【方法】依托陕西关中盆地... 【背景】积极利用中深层地热能供暖是实现碳达峰碳中和目标的重要举措。中深层地热供暖系统运行策略的优劣直接影响供暖效果,并对地热供暖系统运行能耗产生重要影响,在利用地热能的同时要避免造成资源的浪费。【方法】依托陕西关中盆地某中深层地热能实际供暖工程,基于TRNSYS瞬态模拟软件建立动态仿真模型,模拟5种运行策略的供暖效果及系统运行能耗,并对温度数据、能耗表现、运行机理进行系统性分析。【结果和结论】结果表明:(1)在供暖季初期及末期采用地热井直接换热供暖模式下的运行策略供暖效果最佳,用户侧房间温度最高32℃,COP峰值可达19;采用地热井加热泵机组梯级利用的供暖运行策略适用于供暖季中期地埋管出水温度逐渐下降时,在短期内可将用户侧房间温度保持在30℃左右,COP值最高为12.75、最低为9.06。(2)单井连续供暖运行后期可采用以热泵机组供热为主的运行策略,短期内可将用户侧房间温度保持在20~28℃,COP值最高为6.99、最低为5.22。(3)此外,在不同应用场景下需根据地埋管出水温度及用户侧房间温度对运行策略进行调整,从综合能耗表现可得出应优先采用地热井直接换热供暖的运行策略,尽量减少热泵机组开启次数及时间。(4)梯级利用应优先开启一台热泵机组、尽量减少热泵机组开启台数。对于单口井供暖的运行策略,在供暖季中后期依赖热泵机组会导致系统能耗增加,条件允许应尽量采取多井间歇运行。研究成果可应用于中深层地热同轴套管式地埋管换热系统运行策略的调整优化,同时可为运行策略的设计提供借鉴。 展开更多
关键词 地热能开发利用 中深层套管式地埋管 TRNSYS模拟 运行策略 梯级利用
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深部高承压“Y”型分支断层底板突水机理模拟试验研究 被引量：1
3
作者 李昂 张文忠 +3 位作者 周永根 王伟东 田胜祺 杨宇轩 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第7期223-233,共11页
普遍分布于淮南矿区的“Y”型分支断层由于其特殊的构造特征,较常规断层更容易发生活化突水,为揭示深部开采高承压水“Y”型分支断层底板突水机理,提出安全开采关键性技术参数,以刘庄煤矿8号煤工作面底板为研究对象,研发了一种新型原岩... 普遍分布于淮南矿区的“Y”型分支断层由于其特殊的构造特征,较常规断层更容易发生活化突水,为揭示深部开采高承压水“Y”型分支断层底板突水机理,提出安全开采关键性技术参数,以刘庄煤矿8号煤工作面底板为研究对象,研发了一种新型原岩相似材料及与之匹配度较高的承压水模拟系统,依托自制的相似试验平台,采用数字图像相关法、水压传感器、水流量监测系统及红外热成像等多种定量及定性监测手段,对开采扰动与承压水导升协同作用下底板突水机理进行模拟研究。结果表明:可循环使用的新型棒体、块体材料与硅胶水囊承压水系统契合良好,能够科学可靠地模拟现场情况;工作面推进63 cm是“Y”型分支断层进入活化阶段的临界点,此后承压水沿主断层向分支断层内导升,水压逐渐增大;当工作面推进至71 cm,底板分支断层完全活化,工作面发生突水,主断层水压降低、水流量增大;采动应力对底板裂隙发育具有显著的影响,分支裂隙呈现出沿垂直方向扩展发育的规律,工作面推过79 cm,底板裂隙逐渐闭合,突水情况得到缓解。结合模拟结果及现场实际情况,探讨了3种“Y”型分支断层底板突水应对治理措施和预案,为类似断层底板防治水研究提供一定的参考。 展开更多
关键词 “Y”型分支断层 底板突水机理 相似模拟试验 数字图像相关法 红外热成像
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基于有限元模拟的矿井微震源高精度定位方法
4
作者 宁殿艳 朱开鹏 +2 位作者 朱永生 袁淑霞 周振方 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期167-178,共12页
【目的和方法】矿井微震监测技术通过捕捉岩层内部结构在受力变形及破坏过程中产生的低频振动信号,来反映岩层变形及破坏情况,从而实现突水预警和地质灾害预测。其中,声源定位技术是关键环节,能够确定能量释放位置,预警潜在的灾害。目前... 【目的和方法】矿井微震监测技术通过捕捉岩层内部结构在受力变形及破坏过程中产生的低频振动信号,来反映岩层变形及破坏情况,从而实现突水预警和地质灾害预测。其中,声源定位技术是关键环节,能够确定能量释放位置,预警潜在的灾害。目前,时差法用于声源定位存在算法复杂、定位精度受探头布置影响显著,以及对复杂地层结构适应性较差等问题。针对不同地层结构,基于有限元法,模拟弹性波在地层中的传播,考虑不同地层界面的透射、反射和衍射效应,研究了不同反演模型及探头布置方式对定位精度的影响。【结果和结论】研究结果表明:点声源控制模型能较好地模拟弹性波在岩石中的传播,而正交探头布置方式在声源定位中表现更佳。在平面均质材料中,相较于双三角探头簇,单正方形探头簇定位误差降低了0.6%,双正方形探头簇提高了1.69%的精度;在平面层状结构中,双三角形探头簇采用透射反演法相比均速反演法精度提升15%,双正方形探头簇则提升了14.9%;在三维层状结构中,直角四面体探头簇的透射反演法精度提高了14.5%。总体而言,反演模型对定位精度的影响更为显著,提出的数值模拟方法能够通过时差法透射反演实现高精度、快速的声源定位。研究结果为矿井微震与微震监测预警系统的优化提供了重要参考。 展开更多
关键词 微震监测 声源定位 时差法 有限元法 反演模型 矿井岩层
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煤矿井下特种钻进工艺技术研究进展与思考 被引量：1
5
作者 刘建林 刘飞 +6 位作者 李泉新 方俊 刘桂芹 王四一 褚志伟 赵建国 杨伟锋 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期239-254,共16页
特种钻进工艺技术是煤矿井下钻进工艺技术体系的重要组成部分,核心是采用特殊钻探技术方法和机具针对特殊的工况条件来实现特定的钻探目标,对于实现煤矿重大地质灾害防治和地质透明化具有重要现实意义。梳理了特种钻进工艺技术的典型应... 特种钻进工艺技术是煤矿井下钻进工艺技术体系的重要组成部分,核心是采用特殊钻探技术方法和机具针对特殊的工况条件来实现特定的钻探目标,对于实现煤矿重大地质灾害防治和地质透明化具有重要现实意义。梳理了特种钻进工艺技术的典型应用场景:碎软煤层瓦斯超前区域精准治理、顶板采动卸压瓦斯“以孔代巷”抽采、矿井探放水及隔水层注浆加固,深入分析了应用过程中存在的关键技术难点。围绕钻进设备改进、钻进方法创新和钻进参数优化,全面阐述了特种钻进工艺技术的发展现状、关键技术进展和应用效果,明确了适应于碎软煤层、坚硬岩层、破碎–水敏性地层的特种钻进工艺技术特征,剖析了目前面临的主要技术问题与挑战。针对煤矿井下特种钻进工艺技术呈现出需求多样化、装备智能化、区域特色化的发展特征,提出了下一步攻关方向:(1)进一步完善碎软煤层气动定向钻进技术,加快提升地层适应性和工艺匹配性;(2)持续攻关坚硬岩层高效钻进提速技术及配套工具,加快提升冲击钻具破岩效率和使用寿命;(3)攻克煤矿井下近水平条件下精细控压钻进理论桎梏和技术瓶颈,加快提升破碎–水敏性等复杂顶底板岩层钻进成孔能力;(4)加快提升煤矿井下智能化钻探技术与装备的可靠性和稳定性,推动实现特种钻进由“装备智能”向“工程智能”的转变;(5)研究构建区域级、矿区级、矿井级特种钻进工艺技术体系,推动其在煤矿行业的广泛应用和深入发展。研究可为煤矿井下钻进工艺技术革新和效率提升提供重要参考。 展开更多
关键词 特种钻进 碎软煤层 坚硬岩层 破碎–水敏性地层 灾害治理 问题与挑战
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华阳二矿碎软低渗煤层大功率氮气定向钻进试验研究
6
作者 程卓尔 李泉新 +4 位作者 方俊 刘飞 杨伟锋 李帅帅 郭利佳 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期60-66,共7页
针对阳泉矿区煤层碎软低渗、瓦斯含量高、顺层长距离成孔难、抽采效果差等问题,以华阳二矿为示范矿井,在分析矿井瓦斯地质情况与抽采治理现状基础上,提出了采用大功率氮气定向钻进技术装备进行瓦斯抽采钻孔施工的总体方案,介绍了其技术... 针对阳泉矿区煤层碎软低渗、瓦斯含量高、顺层长距离成孔难、抽采效果差等问题,以华阳二矿为示范矿井,在分析矿井瓦斯地质情况与抽采治理现状基础上,提出了采用大功率氮气定向钻进技术装备进行瓦斯抽采钻孔施工的总体方案,介绍了其技术原理和技术优势,开发了复合定向轨迹控制工艺、复合高效排渣工艺、顺层长距离成孔工艺、定向钻孔长距离筛管护孔工艺等氮气定向钻进关键技术,对大功率定向钻机、制氮装置、大扭矩长寿命气动螺杆马达等大功率定向钻进装备进行了选型,制定了钻场设计、钻孔设计、装备配套、钻具组合等整体试验方案,并在华阳二矿81511进顺钻场进行了顺层钻孔大功率氮气定向钻进试验。试验结果表明,采用大功率氮气定向钻进技术装备可实现碎软低渗煤层内高效定向成孔和瓦斯抽采,施工完成定向钻孔主孔7个、分支孔13个,其中孔深350 m以上钻孔5个,最大孔深506 m,总进尺3363 m;成孔直径120 mm,全孔下入Φ32 mm筛管;试验钻场已稳定抽采超半年,瓦斯抽采浓度均超过50%,最大瓦斯抽采纯量达3.43 m^(3)/min,累计抽采瓦斯纯量达68.99×10^(4)m^(3),为阳泉矿区碎软低渗煤层瓦斯区域高效抽采治理提供了新的技术途径,可供类似条件矿井参考借鉴。 展开更多
关键词 碎软低渗煤层 氮气定向钻进 大功率定向钻机 制氮装置 瓦斯抽采
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巨厚砂岩坚硬顶板诱冲机制研究
7
作者 王建辉 郑凯歌 +1 位作者 郭伟 张亚潮 《中国煤炭》 北大核心 2025年第6期27-38,共12页
煤层上覆坚硬顶板悬距长、难垮落等特性导致突然破断后工作面来压范围广、破坏程度大,易引起严重的强矿压冲击灾害,而巨厚砂岩坚硬顶板更甚。针对巨厚砂岩坚硬顶板造成的强矿压动力灾害问题,以榆林矿区某矿3-1号煤层为研究对象,采用数... 煤层上覆坚硬顶板悬距长、难垮落等特性导致突然破断后工作面来压范围广、破坏程度大,易引起严重的强矿压冲击灾害,而巨厚砂岩坚硬顶板更甚。针对巨厚砂岩坚硬顶板造成的强矿压动力灾害问题,以榆林矿区某矿3-1号煤层为研究对象,采用数值模拟、理论分析的方法分析并揭示巨厚坚硬顶板回采过程中应力、位移演化特征及顶板破断机理。结果表明,相较普通坚硬顶板,巨厚坚硬顶板赋存条件下,推进850 m过程中,开切眼侧应力集中系数峰值为3.36,工作面侧应力集中系数峰值则在2.45以下;工作面四周围岩支承压力影响范围达20 m;巨厚砂岩坚硬顶的大面积悬露导致超前支承压力以及巷道围岩应力集中程度加剧,且影响程度及范围较普通坚硬顶板更大,应力拱高度达315 m,顶板沉降延伸超过煤层上方370 m。巨厚砂岩坚硬顶的大面积悬露,导致砌体梁结构协同下方岩层悬臂梁结构协同作用,其内部大量弹性能的突然释放是采场强矿压显现灾害发生的直接原因。 展开更多
关键词 巨厚砂岩坚硬顶板 冲击灾害 应力分布 致灾机理 应力集中系数
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大采高坚硬顶板工作面关键层破断结构及强矿压防治技术研究 被引量：1
8
作者 李建辉 郑凯歌 +6 位作者 李军 王林涛 王雄 张彦军 蔡鹏 曲浩铭 樊建 《中国煤炭》 北大核心 2025年第3期59-69,共11页
以神东矿区鑫臻煤矿15103工作面为工程背景,对大采高坚硬顶板条件下强矿压灾害发生机理及控制技术进行研究。采用理论分析、数值模拟、现场实践等方法分析了坚硬顶板破断特征及破断结构,揭示了强矿压产生的主要原因,提出了定向长钻孔水... 以神东矿区鑫臻煤矿15103工作面为工程背景,对大采高坚硬顶板条件下强矿压灾害发生机理及控制技术进行研究。采用理论分析、数值模拟、现场实践等方法分析了坚硬顶板破断特征及破断结构,揭示了强矿压产生的主要原因,提出了定向长钻孔水力压裂超前区域弱化治理思路并应用于现场实践。研究结果表明,直接顶能够及时垮落,而基本顶滞后于直接顶垮落,坚硬顶板破断呈现“台阶岩梁”结构特征,且在直接顶垮落后与基本顶离层空间可达2.84 m,此较大离层空间也是工作面矿压强度大的主要原因,计算得到未弱化顶板条件下支架阻力为20.075 MN;基于坚硬顶板破断特征,提出了定向长钻孔区域弱化治理技术。实践表明,压裂区域支架强度范围最小在10 MPa左右,而在未压裂区域几乎未出现低应力区,压裂区应力集中范围降幅约47.6%;在集中系数大于1.02范围内,未压裂区域集中系数大于1.21的高应力集中区出现14处,而压裂区域出现7次,降低约1/2,压裂效果良好。 展开更多
关键词 坚硬顶板 大采高 强矿压灾害 顶板结构 定向长钻孔 水力压裂
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基于文献计量学的铝污泥除磷领域研究现状可视化分析
9
作者 高雅君 刘晓宇 +3 位作者 陈爱侠 卫潇 蒲马雪儿 范志杰 《应用化工》 北大核心 2025年第5期1254-1259,1271,共7页
为了解铝污泥除磷领域的发展现状、研究热点及趋势,利用Bibliometrix程序包、Bibliometric平台、VOSviewer和Scimago Graphica软件对发文量、期刊、国家、研究机构、作者、共引网络和关键词等进行可视化分析。结果表明,1997~2023年发表... 为了解铝污泥除磷领域的发展现状、研究热点及趋势,利用Bibliometrix程序包、Bibliometric平台、VOSviewer和Scimago Graphica软件对发文量、期刊、国家、研究机构、作者、共引网络和关键词等进行可视化分析。结果表明,1997~2023年发表SCI文章2454篇,研究内容呈现向多学科、多元化的发展趋势。基于关键词共现网络分析,铝污泥的纯化改性以及宏观化研究是铝污泥资源化除磷的一个持续研究热点。同时,铝污泥基材料表面的磷回收也是未来探索的主要方向之一。 展开更多
关键词 铝污泥 磷 文献计量 研究现状 发展趋势
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复杂条件下陕北浅埋煤层采空区的综合探查技术研究
10
作者 郭恒 《地质与勘探》 北大核心 2025年第2期385-394,共10页
陕北浅埋煤层在特殊历史时期因煤层自燃治理遭受了大量露天式偷挖滥采,由此形成的采空区面积广、隐蔽性强、勘探难度大,严重影响浅埋煤层的安全开采。为解决上述采空区探查难题,以陕北神府某矿区为研究区,将结合历史卫星影像、倾斜摄影... 陕北浅埋煤层在特殊历史时期因煤层自燃治理遭受了大量露天式偷挖滥采,由此形成的采空区面积广、隐蔽性强、勘探难度大,严重影响浅埋煤层的安全开采。为解决上述采空区探查难题,以陕北神府某矿区为研究区,将结合历史卫星影像、倾斜摄影、地球物理的综合探测技术应用于该区域复杂条件下采空区探测中。历史卫星影像资料揭示了P2排土场西南侧等区域存在明显开采痕迹,通过比对倾斜摄影可进一步划分采场及隐蔽采空区的大致分布范围。在此基础上合理布置物探测线,结果显示,P2排土场下含煤地层对应的电性层在局部区域高阻特征明显缺失。其中,高密度电阻率法ERT-3测线0~225m之间含煤地层电阻率由120Ω·m下降至60Ω·m以下,瞬变电磁法TEM-2测线0~80m含煤地层电阻率由160Ω·m下降至60Ω·m左右。最终,结合历史卫星影像、无人机倾斜摄影、高密度电阻率法与瞬变电磁法结果划分了隐伏采空区的分布边界。以上多种方法优势互补,实现了复杂条件下采空区的高精度、高效率、低成本勘探。 展开更多
关键词 采空区 高密度电阻率法 瞬变电磁法 倾斜摄影 历史卫星影像 浅埋煤层 陕北
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地面储煤堆重力热棒移热效率参数与应用研究
11
作者 李雄伟 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期189-195,共7页
地面储煤堆蓄热区热量有效移除对防治煤堆自燃至关重要。为了掌握重力热棒在大型储煤堆局部高温异常区域的移热效率参数,采用缩尺度实验台和大型储煤堆迎风口高温区域布置重力热棒移热相结合的方法,研究了重力热棒在缩尺度煤堆中最优移... 地面储煤堆蓄热区热量有效移除对防治煤堆自燃至关重要。为了掌握重力热棒在大型储煤堆局部高温异常区域的移热效率参数,采用缩尺度实验台和大型储煤堆迎风口高温区域布置重力热棒移热相结合的方法,研究了重力热棒在缩尺度煤堆中最优移热效率参数和范围,现场工业试验验证了储煤堆重力热棒移热有效性。结果显示:重力热棒不同布置方式下的移热效率和范围存在差异性,当储煤堆中热棒全蒸发段(1∶1)插入、角度为90°且风速为2.0 m/s时,储煤堆的恒定热源温度由150℃降至36℃,在平均1.55℃/h降温速率下的最大移热率达到32%,热流密度法确定的最大移热半径达到50 cm。在地面大型煤堆开展了热棒移热试验,重力热棒移热区域储煤堆内部温度明显降低且呈阶段性,相比煤堆高温区域降低至40℃以下,移热效果明显。研究结果可为重力热棒移热技术基础参数确定提供理论依据。 展开更多
关键词 煤自燃 储煤堆 重力热棒 布置方式 降温幅度 移热效率
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基于“安标”高等级的智能钻孔轨迹技术研究
12
作者 王小波 《中国矿业》 北大核心 2025年第4期208-215,共8页
根据安标国家矿用产品安全标志中心新技术要求,用于钻孔轨迹测量仪器在钻孔内使用的部分,其防爆等级应由原来的煤矿用“ib”级提升到“ia”级。钻孔轨迹测量仪要求具备高精度、智能控制,以保证钻孔轨迹精准定位和消除瓦斯空白带。本文... 根据安标国家矿用产品安全标志中心新技术要求,用于钻孔轨迹测量仪器在钻孔内使用的部分,其防爆等级应由原来的煤矿用“ib”级提升到“ia”级。钻孔轨迹测量仪要求具备高精度、智能控制,以保证钻孔轨迹精准定位和消除瓦斯空白带。本文设计了钻孔轨迹测量系统,给出了系统的三大组成部分及功能特点。设计兼顾计数故障和非计数故障,采用三级过流过压保护原理,对探管进行电路设计和参数计算。设计了探管姿态数据采集、存储、通信电路和数据预处理技术,开发了采集软件,配置和处理钻孔轨迹并将数据传输到上位机进行分析成图。此外,还研究了仪器智能自诊断的判断规则,使仪器能够对关键部件性能进行自动诊断并给出提示,提高了仪器使用的可靠性和安全性。经过室内精度、性能测试,煤矿井下实测验证,研制的钻孔轨迹测量仪不仅达到了“ia”级防爆要求,而且具有广泛的钻孔适用性、高准确度的测试数据,以及便捷的操作方式,仪器的自诊断功能实用有效。研究成果为煤矿瓦斯精准抽采提供了新的技术手段,有助于提升煤矿作业效率,保障了作业人员的生命安全。 展开更多
关键词 轨迹测量仪 “ia”级 智能自诊断 STM32微控制器 同步技术
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碎软煤层气动定向钻孔套铣打捞技术研究与应用
13
作者 杨伟锋 方俊 +3 位作者 刘飞 刘建林 邵国杰 褚志伟 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期64-69,共6页
卡钻是碎软煤层气动定向钻进主要事故类型之一,针对碎软煤层气动定向钻进卡钻事故特征,提出采用气体套铣打捞的技术方案,开发了以氮气为循环介质的碎软煤层套铣打捞技术,设计了气体套铣打捞钻具组合。并基于孔内钻进工况反馈优化了套铣... 卡钻是碎软煤层气动定向钻进主要事故类型之一,针对碎软煤层气动定向钻进卡钻事故特征,提出采用气体套铣打捞的技术方案,开发了以氮气为循环介质的碎软煤层套铣打捞技术,设计了气体套铣打捞钻具组合。并基于孔内钻进工况反馈优化了套铣打捞关键工艺参数,计算分析了套铣打捞钻杆在弯曲孔段的通过能力。在山西华阳新能股份有限公司二矿成功处理2起碎软煤层气动定向钻进卡钻事故,应用实践表明:通过Ф168 mm套铣打捞钻具组合可增大钻孔环空排渣通道、提升事故钻具通过能力;采用“中低钻压、中低回转速度”钻进工艺参数,可有效降低事故处理风险、提升事故处理成功率。该研究成果可为碎软煤层钻孔事故处理提供重要借鉴。 展开更多
关键词 碎软煤层 定向钻孔 卡钻 套铣打捞 钻具磨损
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急倾斜煤层长壁采场底板应力传递路径倾角效应研究
14
作者 朱开鹏 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期107-116,共10页
为探究急倾斜煤层长壁采场底板采动应力传递路径的倾角效应,以新疆2130煤矿急倾斜长壁综采工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值计算相结合的研究方法,在全面厘定并分析底板非对称变形破坏一般规律的基础上,对底板采动应力的传递路... 为探究急倾斜煤层长壁采场底板采动应力传递路径的倾角效应,以新疆2130煤矿急倾斜长壁综采工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值计算相结合的研究方法,在全面厘定并分析底板非对称变形破坏一般规律的基础上,对底板采动应力的传递路径及其倾角效应进行了研究,量化表征了急倾斜煤层底板主应力大小渐变以及方向偏转的演化特征。结果表明:在急倾斜煤层开采过程中,受煤层倾角影响,底板采动应力传递路径呈非对称反拱形态;在应力拱内部,直接底以及工作面倾向中下部区域的基本底处于受拉状态;在应力拱外部,以应力偏转界线为界限,底板主应力向倾向两侧煤体传递。并且,随着煤层倾角的增大,底板应力拱的拱高以及工作面倾向下侧煤体底板的应力集中系数均呈“减—增—减”的演化趋势;底板第一主应力的大小和卸荷系数逐渐降低,最大卸荷位置向工作面倾向下侧煤体迁移;第一主应力向x轴正方向偏转,使得底板破坏深度逐渐减小。受此影响,底板的最大破坏深度位于工作面倾向中下部区域;同时,在采空区矸石的非均衡约束作用下,工作面倾向中上部区域的底板块体结构更易出现失稳滑移,且在持续的采动影响下底板滑移区易向上扩展。基于此,可通过对底板易破坏滑移区域采取“重点关注、区域治理”的防治措施,改善该区域底板的应力环境和结构特征,以期实现对急倾斜煤层长壁采场底板的稳定性控制。 展开更多
关键词 急倾斜煤层 底板 采动应力 倾角效应
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煤层瓦斯含量测定技术及装备研究进展 被引量：9
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作者 孙四清 杨帆 +1 位作者 郑玉岐 张庆利 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期164-176,共13页
瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得... 瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得了一定进展。主要表现在如下4个方面:①煤层瓦斯含量测定取样经历了孔口接样、岩心管定点取样、压力引射定点取样和密闭取样4个阶段,密闭取样装备保压能力达到11.5 MPa,煤心直径达到38 mm;②针对不同煤层地质条件,发展形成了顺煤层定向长钻孔密闭取样、底板穿层钻孔密闭取样和顶(底)板梳状定向长钻孔密闭取样3种取样技术;③在河南焦作和山西晋城矿区硬煤层中,顺层定向长钻孔取样深度达到516 m,密闭取样法测得煤层瓦斯含量较常规取样法分别平均提高了0.44倍和1.04倍。在安徽淮南矿区碎软煤层中,穿层钻孔密闭取样深度达到209 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.26倍;在安徽淮北矿区碎软煤层中,顶(底)板梳状钻孔密闭取样深度达到484 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.19倍,密闭取样法在煤层瓦斯含量测定精度、探测范围上优于常规取样法;④在瓦斯含量测试方面,除了传统解吸法测试,发展了系列煤矿井下瓦斯含量快速测试装备,可实现最快30 min内测得煤层瓦斯含量,一般用于百米孔内的瓦斯含量测试。提出了煤层瓦斯含量测定密闭取样装备需向小型化、轻量化的方向发展,并能实现随钻密闭取样。在测试上,应根据实际情况确定合理的解吸终止限,并将测试装备和密闭取样装备进一步结合,以实现深孔瓦斯含量快速准确测定。密闭取样技术已成为煤层瓦斯含量大区域精准勘查、预测的主要手段,是煤炭安全高效开采的重要技术保障。 展开更多
关键词 煤层瓦斯含量 定点取样 密闭取样 碎软煤层 硬煤
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顶板水平井分段分簇压裂治理掘进巷道瓦斯模式研究 被引量：2
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作者 王博 侯恩科 +5 位作者 马良 孙四清 杜新峰 杨建超 王正喜 单元伟 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期114-126,共13页
为了解决淮南矿区碎软低渗煤层掘进巷道瓦斯抽采效率低的问题,提出了煤层顶板水平井分段分簇压裂瓦斯治理模式。运用数值模拟方法和物理相似模拟方法研究了煤层顶板水平井水力压裂裂缝扩展过程;运用产能模拟的方法研究了分段分簇压裂的... 为了解决淮南矿区碎软低渗煤层掘进巷道瓦斯抽采效率低的问题,提出了煤层顶板水平井分段分簇压裂瓦斯治理模式。运用数值模拟方法和物理相似模拟方法研究了煤层顶板水平井水力压裂裂缝扩展过程;运用产能模拟的方法研究了分段分簇压裂的产气效果,对分簇压裂和不分簇压裂进行了剩余瓦斯含量对比分析。裂缝扩展数值模拟结果表明:煤层顶板水平井内的裂缝能够扩展至煤层,将煤层全部压开,且由于煤层的塑性大于顶板砂质泥岩,煤层形成比顶板更为宽泛的压裂缝。裂缝扩展物理相似模拟结果表明:在考虑了泥岩伪顶发育的条件下,水平钻孔布置在碎软煤层顶板的砂岩内,在合理的垂直距离和大排量压裂液施工的环境下,若煤层发育有较薄的泥岩伪顶,裂缝能沿着射孔孔眼穿过直接顶−伪顶界面(粉砂岩−泥岩界面)和伪顶−煤层界面(泥岩−煤层界面),扩展至下伏煤层内,裂缝延伸形成1条弯曲不规则的阶梯型裂缝,能实现对碎软煤层的压裂改造目标。但是,当煤层发育有较厚的泥岩伪顶时,泥岩对水力压裂产生了阻挡作用,导致裂缝难以压开下伏煤层。产能模拟结果表明:在相同的地层环境和施工条件下,经过3 a的抽采,单段不分簇压裂能够产生更大的瓦斯抽采影响范围,但不能均匀降低掘进巷道的瓦斯含量,压裂段之间出现了瓦斯抽采空白带,分簇压裂产生的瓦斯抽采影响范围小,却能够更均匀的降低掘进巷道的瓦斯含量。经过在淮南地区潘谢煤矿的工程验证,在10 m^(3)/min的施工排量下,裂缝长度最长可以达到193.8 m,最大缝高27.0 m,单井日产气量最高达到1490 m^(3)/d,2 a的瓦斯抽采量达到31×10^(4) m^(3),说明煤层顶板水平井分段分簇压裂技术是淮南地区碎软低渗煤层掘进巷道瓦斯高效抽采的有效模式。 展开更多
关键词 掘进巷道 瓦斯治理 顶板水平井 分段分簇压裂 裂缝形态 产能模拟
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定向长钻孔瓦斯抽采负压变化规律及监测控制技术研究进展 被引量：5
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作者 李泉新 程卓尔 +3 位作者 方俊 牟全斌 刘飞 丛琳 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期171-182,共12页
【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段,负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水平... 【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段,负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水平定向长钻孔瓦斯抽采技术研究进展,其中在孔内负压衰减机制与分布规律方面,总结了负压对瓦斯抽采影响机制、负压衰减机制、负压分布规律等基础理论研究成果;在瓦斯抽采参数监测技术方面,基于不同原理,阐述了超声波式、激光式、孔板式、循环自激式等不同类型的孔口瓦斯监测仪器现状,以及以束管法为主的孔内瓦斯监测手段;在瓦斯抽采智能调控系统方面,介绍了瓦斯抽采智能调控理念与技术装备研究上取得的成果,以负压、流量、浓度等抽采参数为分析调控对象,基于智能算法与PLC控制技术,初步实现井下管网智能调控,提高了瓦斯抽采效率。【展望】指出当前研究存在定向长钻孔内负压变化规律不清、正负压耦合作用机制不明,缺乏孔内长距离的瓦斯抽采参数监测手段和瓦斯多参数监测方法,瓦斯抽采调控系统智能化程度低等不足。同时提出瓦斯抽采定向长钻孔研究的未来发展趋势,包括基于定向长钻孔特殊结构分析的负压抽采与正压扩散耦合机制、基于光纤传感的孔内瓦斯多参数监测系统、基于机器学习的瓦斯抽采参数精细调控方法等研究方向,为近水平定向长钻孔瓦斯治理工程设计、施工、抽采与效果评价提供支撑。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 定向长钻孔 负压 参数监测 智能调控系统 煤矿
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松软薄煤层条带消突下斜定向钻孔成孔护孔技术研究与应用 被引量：1
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作者 陈建忠 王建强 +3 位作者 李延辉 管强盛 张宇昊 王锋伟 《煤炭工程》 北大核心 2024年第9期98-104,共7页
针对松软薄煤层煤巷条带消突长距离下斜钻孔,存在成孔难、易钻遇煤层顶底板、积水堵塞瓦斯抽采通道的难题,提出了氮气排渣下斜定向钻进成孔与护孔技术,采用高压氮气排渣、大功率气动螺杆钻具定向、“波浪式”轨迹控制和三层管护孔排水技... 针对松软薄煤层煤巷条带消突长距离下斜钻孔,存在成孔难、易钻遇煤层顶底板、积水堵塞瓦斯抽采通道的难题,提出了氮气排渣下斜定向钻进成孔与护孔技术,采用高压氮气排渣、大功率气动螺杆钻具定向、“波浪式”轨迹控制和三层管护孔排水技术,在河南省平煤股份一矿开展现场试验,完成8个孔深超300 m下斜定向长钻孔,煤层钻遇率90%以上,全孔段下三层护排水管,平均下入深度302 m,支管平均抽采纯量1.66 m^(3)/min,平均瓦斯浓度17.5%。试验结果表明:该技术可有效解决松软薄煤层下斜钻孔长距离定向成孔、全孔段筛管护孔和排水的技术难题,提高了钻孔成孔深度和煤层钻遇率,实现了下斜孔全孔段护孔和排水,保障了瓦斯抽采效果,为松软薄煤层煤巷条带长距离消突提供技术保障,在类似地层条件具有广泛的应用推广价值。 展开更多
关键词 松软薄煤层 定向钻进 煤巷条带 下斜定向钻孔 氮气排渣 消突
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不同外加电压对高硫酸盐矿井水的处理机制研究
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作者 夏大平 廖佳佳 +3 位作者 李海伟 王心义 袁筱莹 杨建 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第S2期470-479,共10页
酸性矿井水(AMD)会引起诸多环境及社会问题,其中SO_(4)^(2-)离子含量高是造成污染的关键因素之一。微生物电解电池(MEC)是一种电介导的微生物电化学技术,为了探讨MEC对含硫酸盐AMD的影响机制,讨论了以SO_(4)^(2-)去除率为对象而构建微... 酸性矿井水(AMD)会引起诸多环境及社会问题,其中SO_(4)^(2-)离子含量高是造成污染的关键因素之一。微生物电解电池(MEC)是一种电介导的微生物电化学技术,为了探讨MEC对含硫酸盐AMD的影响机制,讨论了以SO_(4)^(2-)去除率为对象而构建微生物电解池除硫系统(MEC-CS)和常规CS系统,应用哈希水质分析仪(DR2600)、离子色谱仪(TIS)、焦磷酸测序分析这2种处理系统中的脱硫效能、电极上电微生物的活性、中间关键离子产物的演化特性。结果表明:MEC-CS系统中的SO_(4)^(2-)最大去除率为62.6%,比常规CS系统(28.7%)高出33.9%,说明脱硫能力和AMD处理能力得到有效提升;测序结果显示,脱硫弧菌属(Desulfovibrio)和脱硫杆菌属(Desulfobacterium)在阴极电极中富集程度最大,表明一定的电压促进了硫酸盐还原菌(SRB)的活性,也促进了脱硫能力的提高,参与硫酸盐还原的各种SRB丰度较高,MEC能显著提升SRB氢化酶活性,使其具有更强的还原能力;MEC-CS相较CS系统,其关键中间离子(SO_(4)^(2-)、S^(2-)、总铁等)在反应过程中变现质量浓度较高,转化率较高。在MEC-CS系统中的产电菌在CS系统中较少检测到。MEC通过促进微生物脱硫过程中的电子传递提升了脱硫酸的效率,且该方法又能去除重金属离子如铁元素和回收较为纯净的矿物,因而为生物电法脱硫酸工艺的工业化和经济化提供了新思路。 展开更多
关键词 含硫酸盐酸性废水 电子供体 微生物电解池 处理机制 硫酸盐还原菌
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煤矿“Y”型断层分支底板断裂力学判据及模拟研究
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作者 李昂 孙靖昕 +5 位作者 张文忠 张壮 杨宇轩 王伟东 吕伟 范六一 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期92-105,共14页
【目的】断层分支作为主断层的一部分普遍存在,不易引起人们重视,但断层分支是引起突水的主要因素之一。【方法】以安徽刘庄煤矿为工程地质背景,在考虑Mohr-Coulomb准则岩体压剪断裂判据基础上,建立断层分支渗流与应力双重影响下的断裂... 【目的】断层分支作为主断层的一部分普遍存在,不易引起人们重视,但断层分支是引起突水的主要因素之一。【方法】以安徽刘庄煤矿为工程地质背景,在考虑Mohr-Coulomb准则岩体压剪断裂判据基础上,建立断层分支渗流与应力双重影响下的断裂力学灾变模型,分析得出断层分支发生劈裂破坏时的临界水压及断层分支到底板破碎区最小安全距离,研究断层倾角、最小主应力、主断层长度和渗透水压对临界水压及最小安全距离的影响规律和主控影响因素,并模拟分析断层分支在采动影响下塑性区及渗流场的演化特征,开展现场压水试验的验证工作。【结果和结论】结果表明:(1)断层分支倾角越大越易发生突水;最小主应力越大,断层分支裂隙越不容易发生扩展;(2)当主断层倾角为60°且断层分支与主断层夹角为60°时,模拟分析结果显示在工作面推进至断层分支正上方位置时,断层导升通道整体活化贯通;当工作面推过断层分支正上方10 m后,断层分支尖端裂隙与工作面底板破坏带贯通并引起底板突水;(3)通过现场压水试验验证了理论计算的正确性,证实断层分支会造成底板裂隙提前与断层相互贯通,引起工作面出水。研究结果可为煤矿采场底板含此类断层分支时的防水煤柱留设提供一定参考。 展开更多
关键词 底板突水 “Y”型断层分支 断裂力学模型 断层突水 数值模拟 现场试验
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