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从追赶到超越:中国煤炭地震勘探技术70年——庆祝中煤科工西安研究院(集团)有限公司70华诞
1
作者 程建远 王云宏 +3 位作者 王保利 李刚 李宇腾 覃思 《煤田地质与勘探》 2026年第5期260-275,共16页
【背景】历经70年的创新发展,我国煤炭地面高分辨率地震与煤矿井下槽波地震成功实现了从“追赶”到“领跑”的技术逆袭,随采随掘地震智能探测技术取得了从“0”到“1”的颠覆性创新,我国煤炭地震勘探技术整体水平跃居世界领先地位。【... 【背景】历经70年的创新发展,我国煤炭地面高分辨率地震与煤矿井下槽波地震成功实现了从“追赶”到“领跑”的技术逆袭,随采随掘地震智能探测技术取得了从“0”到“1”的颠覆性创新,我国煤炭地震勘探技术整体水平跃居世界领先地位。【进展】在地面高分辨率地震勘探技术方面,经过对国外先进技术的艰难追赶(1955-1984年)、奋力跟跑(1985-1998年)、持续并跑(1999-2014年)和技术领跑(2015-2025)4个发展阶段,取得了三大标志性的技术成果:一是高分辨率二维地震能够查明落差10~15 m的断层,推动了地震勘探从煤炭资源勘探进入煤矿设计开发的新阶段;二是高分辨率三维地震成果将断层解释的分辨率从10 m提高到5 m,实现了从二维地震到三维地震的技术升级;三是高密度全数字三维地震将断层解释分辨率从5 m提升至2~3 m,OVT技术可以对裂隙密集带等各向异性特征加以解释,标志着地震勘探从构造勘探向岩性勘探的技术跨越。在煤矿井下槽波地震勘探技术方面,研制出国产化节点式槽波数字地震仪,能够适应复杂巷道条件下的槽波施工;发明了检波器-锚杆的耦合方式,打孔数量减少2/3,施工时间从10~15 d缩短到1~2 d;提出了宽方位全息槽波观测系统,显著提高了断层、陷落柱、煤厚变化等探测精度;攻克了反射槽波包络成像分辨率低的技术难题,形成了具有自主知识产权的高精度反射槽波绕射偏移成像技术。在随采随掘智能地震探测技术方面,突破了以采煤机、掘进机为地震震源的技术瓶颈,创新了从人工放炮到采掘激发、从炸药震源到绿色震源、从静态探测到动态探测、从构造探测到应力监测的矿井地震新模式,为煤矿智能地质保障提供了核心技术支撑。【展望】煤炭地震勘探技术将从构造勘探向岩性勘探延伸、从煤层勘探向煤与煤层气协同勘探拓展、从“安全高效开采”向“智能绿色开采”地质保障转型,将为煤炭资源安全高效绿色智能开采提供全生命周期的透明地质保障。 展开更多
关键词 煤炭地震 二维地震 三维地震 槽波地震 随采地震 随掘地震 地质保障
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煤储层水力压裂裂缝扩展规律研究进展
2
作者 孙四清 张庆利 +2 位作者 杨帆 吴晓眩 郑玉岐 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期303-319,共17页
水力压裂是煤层气高效开发的关键技术,水力裂缝的分布和沟通情况直接影响压裂效果。围绕煤储层水力裂缝扩展机制,系统梳理了真三轴物理试验、数值模拟和现场验证3方面的研究进展,综述了各种地质控因和工程控因对裂缝扩展的影响,总结了... 水力压裂是煤层气高效开发的关键技术,水力裂缝的分布和沟通情况直接影响压裂效果。围绕煤储层水力裂缝扩展机制,系统梳理了真三轴物理试验、数值模拟和现场验证3方面的研究进展,综述了各种地质控因和工程控因对裂缝扩展的影响,总结了现阶段煤储层水力裂缝扩展规律研究中面临的问题及发展趋势。得出以下结论:真三轴物理模拟试验系统可还原储层的地应力和温度条件,形成的多井型试件可模拟裸眼和定向射孔压裂,搭配声发射、电学和光学监测系统获取压后裂缝形态;用于裂缝扩展的数值模拟方法已从单一的有限元法、扩展有限元法、边界元法、离散元法延伸到将有限元和离散元结合的连续-非连续单元法,可模拟裂缝沿任意路径扩展,无需重新划分网格;现场验证能反映真实地质-工程耦合下的裂缝扩展形态,在验证物理试验和数值模拟成果的同时,揭示压裂技术应用时遇到的新问题;水力裂缝的扩展行为受到地应力、天然弱面、岩石力学参数、排量、压裂液黏度、压裂液用量、射孔参数等地质-工程因素的耦合作用。为深入探究超大规模体积压裂下裂缝的扩展规律,提出了完善可视化真三轴水力压裂模拟试验系统、开发多元融合的水力压力数值方法和构建裂缝主控因素敏感性定量分析与压裂参数智能决策一体化平台等发展建议。通过对现有文献的综合分析,总结了裂缝扩展的研究方法和影响因素,以期为后续研究和实践提供借鉴。 展开更多
关键词 煤储层 水力压裂 裂缝扩展 数值模拟 真三轴 煤层气
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煤矿智能化透明地质保障技术及装备研究进展 被引量：1
3
作者 刘再斌 范涛 +6 位作者 马良 晏俊生 杨辉 李鹏 李贵红 王新苗 刘强 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期320-337,共18页
地质保障技术是实现煤炭安全、高效、绿色开采的重要基础,也是煤矿智能化建设的重要支撑。透明地质保障系统通过对矿井地质条件进行全面、动态感知,实现地质信息从采集、建模、分析到决策的全过程应用,已成为煤矿智能化建设的重要内容... 地质保障技术是实现煤炭安全、高效、绿色开采的重要基础,也是煤矿智能化建设的重要支撑。透明地质保障系统通过对矿井地质条件进行全面、动态感知,实现地质信息从采集、建模、分析到决策的全过程应用,已成为煤矿智能化建设的重要内容。该系统以多源时空信息感知为核心,依托高分辨三维地震勘探、定向长距离钻探装备、钻孔综合超前物探以及随采随掘地震监测等技术装备,动态识别煤岩起伏、构造异常、水灾隐患及顶底板稳定性等关键地质参数。通过坐标配准、交叉验证和联合反演等方法对多源异构地质数据进行融合,并以克里金插值、径向基函数及随机模拟等算法对地质几何形态与属性场进行连续化和不确定性量化表达,构建全矿井高精度三维地质模型,实现地质空间的连续刻画。在此基础上,通过“采掘-地质”数字孪生将采掘装备运行及支护作业等动态工程数据与三维地质模型耦合,基于虚实映射技术实现地质体及其赋存属性对采掘生产的实时反馈,并结合多场耦合致灾机理模型,分析采掘活动对地质体的扰动影响,为煤矿生产提供超前预警、风险决策支持。同时,系统可量化复杂地质条件,实现高频率、实时动态的地质信息更新与采掘相适配。实践表明:透明地质保障系统在隐蔽致灾因素立体预测预报中展现出显著效果,形成了“透明地质+”的矿井灾害防治思路,可支撑工作面截割、巷道掘进及支护优化等采掘地质导航应用。综上所述,透明地质保障技术取得了显著进展,但由于矿井地质条件复杂,导致地质信息感知程度不够、地质自适应分析模型构建难度大以及设备-模型智能化集成水平低,当前透明地质保障系统仍存在模型更新效率低、装备与模型协同能力弱等问题。未来应从信息感知层、模型孪生层、智能认知层以及协同控制层4个方面继续开展研究,聚焦高精度多源信息探测融合、智能化数字孪生演化、地质垂直大模型智能分析技术以及面向全矿井生产系统与装备的集成化应用,为煤矿智能化透明地质保障持续提供理论支撑与技术路径。 展开更多
关键词 时空信息感知 三维地质模型 数字孪生 边云协同 隐蔽致灾因素 立体预测预报
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高矿化度矿井水深部存储技术研究进展与展望
4
作者 薛建坤 王双明 +6 位作者 张平松 王晓东 周振方 王甜甜 张全 许时昂 王治宙 《煤田地质与勘探》 北大核心 2026年第2期124-135,共12页
【背景】高矿化度矿井水在我国西部矿区分布较为普遍,其排放与处理对生态环境和资源利用构成严峻挑战;深部存储技术作为一种环境友好、资源节约的矿井水处置方法,近年来受到广泛关注。【进展】围绕高矿化度矿井水的基本特征,系统梳理了... 【背景】高矿化度矿井水在我国西部矿区分布较为普遍,其排放与处理对生态环境和资源利用构成严峻挑战;深部存储技术作为一种环境友好、资源节约的矿井水处置方法,近年来受到广泛关注。【进展】围绕高矿化度矿井水的基本特征,系统梳理了深部存储的关键科学问题与技术瓶颈,重点探讨深部存储技术的原理、技术分类及工程应用;全面评述深部存储技术的适用边界,包括地质条件评价、注水井设计、水质预处理、过程监测及存储稳定性评价等核心环节。围绕区域构造、基础地质、储盖层物性及水文地质4方面特征提出深部存储层位选择方法,综合考虑安全环保、注入效率及经济合理3方面因素明确注水井结构设计原则,阐明矿井水预处理技术优缺点及注水水质控制要求,在此基础上构建回注全过程动态监测体系,并形成基于多物理场耦合的矿井水存储稳定性评价方法。进一步总结了现有技术的局限性,如结垢腐蚀、地质扰动及潜在环境风险等。【展望】提出未来发展应聚焦于高效低耗水质处理技术、结垢与腐蚀防控体系、地质环境影响评估及政策法规完善等,为构建矿井水低碳处理新范式提供科学依据。高矿化度矿井水深部存储技术在解决矿井水排放问题的同时,能够实现水资源循环利用,兼具显著的环境与经济效益。随着高效低耗处理技术和新型功能材料的不断突破,该技术将朝着标准化、智能化和绿色化方向发展。 展开更多
关键词 矿井水 高矿化度 深部存储技术 地质条件评价 动态监测 发展趋势
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巴拉素煤矿富水煤层注浆扩散规律研究
5
作者 梁向阳 方刚 +2 位作者 覃祥瑞 刘洋 张嘉凡 《中国矿业》 北大核心 2026年第2期247-254,共8页
为研究富水煤层注浆扩散过程中的渗流-应力-损伤作用,以巴拉素煤矿2号富水煤层副立井注浆改造工程为例,基于煤岩损伤演化方程,根据渗流压力作用下煤岩体裂隙的剪切滑移和剪胀效应,结合多孔介质渗流连续性方程和运动方程,建立了富水煤层... 为研究富水煤层注浆扩散过程中的渗流-应力-损伤作用,以巴拉素煤矿2号富水煤层副立井注浆改造工程为例,基于煤岩损伤演化方程,根据渗流压力作用下煤岩体裂隙的剪切滑移和剪胀效应,结合多孔介质渗流连续性方程和运动方程,建立了富水煤层注浆渗流-应力-损伤耦合数值模型。分析了注浆速率和浆液黏度对富水煤层应力场、渗流压力及损伤的影响。研究结果表明:注浆速率和浆液黏度对煤层应力场、渗流压力及损伤均具有显著影响;注浆速率由0.3 cm/s增加至0.9 cm/s,煤层应力增加了3倍,渗流压力升高了1.5倍,损伤面积增大了30倍;浆液黏度增加导致煤岩裂隙尖端的应力集中效应更加显著,但煤层高渗流压力区减少,且未产生新的损伤区域,而是基于原有损伤的进一步扩展。提高注浆速率和浆液黏度有利于裂隙劈裂扩展,促进浆液扩散;但考虑到高黏度所对应的高黏滞阻力和低可泵性对扩散范围的影响,确定注浆参数时,应以注浆速率为主控因素。对于巴拉素煤矿2号煤层注浆过程中的最大渗流压力不宜超过11.08 MPa。 展开更多
关键词 富水煤层 注浆 应力场 渗流压力 损伤
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低空经济驱动地勘新质生产力路径研究
6
作者 康荔 李朋飞 +4 位作者 付星 晋香兰 康辉 邵远征 王利 《中国地质》 北大核心 2026年第1期123-135,共13页
【研究目的】本文基于《2024年低空经济场景白皮书》提出的“543框架”理论,系统探讨地勘行业融入低空经济的发展路径与战略定位。本研究旨在揭示地勘行业在低空经济领域的独特优势以及面临的机遇和挑战,明确其产业延伸与融合方向,并为... 【研究目的】本文基于《2024年低空经济场景白皮书》提出的“543框架”理论,系统探讨地勘行业融入低空经济的发展路径与战略定位。本研究旨在揭示地勘行业在低空经济领域的独特优势以及面临的机遇和挑战,明确其产业延伸与融合方向,并为其实现高质量发展提供理论支撑。【研究方法】本文采用文献分析与案例研究相结合的方法。一方面梳理与解析“543框架”理论,构建地勘行业与低空经济融合发展的逻辑框架;另一方面,通过典型案例验证“政策-技术-产业”协同发展路径,并提出针对性的实施策略。【研究结果】地勘行业在空间信息采集、资源监测与数据处理等方面具有突出优势,可有效支撑低空经济的多元化应用拓展。同时,低空经济为地勘行业延伸产业链和拓展服务领域提供了新机遇,但仍面临政策规范不健全、关键技术突破不足以及产业生态有待完善等挑战。案例分析结果显示,“政策-技术-产业”协同路径能够显著促进地勘行业与低空经济的深度融合。【结论】低空经济的快速兴起为地勘行业带来战略机遇。通过加强政策引导、推动技术创新与促进产业协同,地勘行业可实现由传统资源勘查向多元化服务拓展的转型升级,并有望依托“543框架”实现高质量与可持续发展。 展开更多
关键词 低空经济 543框架 资源勘探 协同感知 新质生产力 地质调查工程
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随钻工程参数对钻头磨损影响规律的试验研究
7
作者 鲁飞飞 沈显鸿 +1 位作者 熊诗伦 吴川 《石油机械》 北大核心 2026年第2期14-19,59,共7页
针对传统钻头磨损评估方法存在的局限性,以及对钻头磨损程度监测手段较少的现状,提出了一种基于随钻工程参数(转速、扭矩、钻速)的钻头磨损评价方法。通过模拟不同岩性(玄武岩、花岗岩、石灰岩、片麻岩、砂岩)的钻探过程,系统研究了随... 针对传统钻头磨损评估方法存在的局限性,以及对钻头磨损程度监测手段较少的现状,提出了一种基于随钻工程参数(转速、扭矩、钻速)的钻头磨损评价方法。通过模拟不同岩性(玄武岩、花岗岩、石灰岩、片麻岩、砂岩)的钻探过程,系统研究了随钻工程参数与钻头磨损等级之间的关系。研究结果表明:岩石强度是影响钻头磨损程度的首要因素,钻头磨损程度在一定范围内与转速正相关,但当转速达到1800 r/min后,磨损等级不再显著变化;扭矩对钻头磨损等级的影响最为显著,只有当扭矩小于7.8 N·m时才会出现4级磨损,并且78%的4级磨损发生在转速为2400 r/min的工况下;而钻速对磨损的影响相对较小。研究成果可为优化钻探参数、提高钻探效率并降低成本提供理论依据。 展开更多
关键词 钻头磨损 随钻测量 工程参数 评价方法 岩性 岩石强度
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房柱式采空区部分充填关键参数设计方法研究
8
作者 许刚刚 《煤炭工程》 北大核心 2026年第3期61-68,共8页
针对房柱式采空区全充填治理设计盲目、充填量大、治理费用高昂等问题,提出了不接顶充填与墩柱充填的部分充填设计方法,基于矩形煤柱受风化作用逐渐剥离以及剥离体堆积的特性,建立了房柱式采空区矩形煤柱剥离模型,计算出了矩形煤柱的最... 针对房柱式采空区全充填治理设计盲目、充填量大、治理费用高昂等问题,提出了不接顶充填与墩柱充填的部分充填设计方法,基于矩形煤柱受风化作用逐渐剥离以及剥离体堆积的特性,建立了房柱式采空区矩形煤柱剥离模型,计算出了矩形煤柱的最大剥离深度,采用煤柱极限强度安全系数法,基于煤柱与充填体的协同承载作用,推导了不接顶充填、墩柱充填方式的理论计算公式,可指导房柱式采空区部分充填治理设计,大幅度降低采空区治理费用。研究表明:充填体的设计强度参数(弹性模量、单轴抗压强度)与充填率呈反比例关系,可提高充填材料的弹性模量与单轴抗压强度来大幅度降低采空区充填量,降低治理成本。 展开更多
关键词 房柱式采空区 煤柱剥离 稳定性评价 不接顶充填 墩柱充填
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5G+工业互联网智能化矿井及智能放煤关键技术研究与实践
9
作者 王国法 孟庆勇 +7 位作者 侯林 崔耀 呼守信 孟杰 李旺年 蒲阳 李晨鑫 任晓文 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期112-142,共31页
基于国能神东保德煤矿智能化煤矿建设任务,提出“统一数据、统一模型、统一平台、统一方案”5G+工业互联网智能化矿井建设总体方案,构建“四层+两翼”井下5G综合承载网架构:感知层部署多类传感器采集生产安全数据,传输层以5G+N×100... 基于国能神东保德煤矿智能化煤矿建设任务,提出“统一数据、统一模型、统一平台、统一方案”5G+工业互联网智能化矿井建设总体方案,构建“四层+两翼”井下5G综合承载网架构:感知层部署多类传感器采集生产安全数据,传输层以5G+N×100G FlexE硬切片网络为核心实现高效传输,平台层承担数据存储与深度分析,应用层支撑多场景智能化应用;“两翼”为统一数据标准与工业安全防护体系,保障数据互通与网络安全。采用中频满足工作面大带宽需求、低频实现巷道长距离覆盖,通过TDD时隙翻转与SUL技术增强上行传输;依托FlexE切片技术划分5类切片,满足不同业务时延、带宽需求,有效支撑综采巡检、梭车远程驾驶等各类智能化场景。研发四大核心技术:(1)多行为时序规划快速掘进技术,创新“掘锚一体机+梭车+自移机尾”装备,融合GA-BP神经网络自适应截割、激光雷达路障感知及电力载波通信,解决“最后100 m”运输瓶颈,掘进效率与进尺分别提升10%、15%;(2)5G+数字孪生长距离定向钻探技术,结合动态方位伽马地质导向提升钻探精准度;(3)特厚煤层“自动+记忆+智能”三级放煤系统,通过异步递进调度、PID闭环控制与AI(视频+声纹)煤矸识别,平衡煤质与资源回收率;(4)区域多灾种融合预警技术,整合多源安全隐患监测数据,采用CNN-LSTM架构构建模型,预警吻合度超95%。现场应用显示,研究实现保德煤矿全场景5G覆盖,成功预警水害、甲烷超限等事件,缩短灾害预警响应时间,提升了矿井安全管理水平。该研究通过5G+工业互联网技术与煤矿核心业务深度融合,实现矿井从单一监测向“智能判识、精准预警、联动处置”跨越,为煤矿智能化高质量发展提供技术范式与实践案例。 展开更多
关键词 煤矿智能化 5G+工业互联网 快速掘进 定向钻探 智能放煤 融合预警
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中深层地热供暖系统运行策略模拟研究 被引量：2
10
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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基于疏水降压法井筒渗水模拟试验与应用研究 被引量：2
11
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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大直径救援井井底流场模拟与实验研究
12
作者 赵研 刘松赫 +7 位作者 郝世俊 赵江鹏 李沛舒 王学博 于永平 高科 董博 张博 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期247-255,共9页
【目的】针对大直径潜孔锤扩孔钻进技术在矿山救援中面临的井底流场复杂、排渣困难问题。【方法】为揭示钻进参数对井底流场及排渣效率的影响规律,优选钻进参数组合,采用计算流体力学−颗粒轨道模型方法,建立了潜孔锤反循环排渣流场数值... 【目的】针对大直径潜孔锤扩孔钻进技术在矿山救援中面临的井底流场复杂、排渣困难问题。【方法】为揭示钻进参数对井底流场及排渣效率的影响规律,优选钻进参数组合,采用计算流体力学−颗粒轨道模型方法,建立了潜孔锤反循环排渣流场数值模型,分析了机械钻速3.0 m/h下的井底流场的流速分布、岩屑运移及清渣率变化规律。研制了大直径多相流井底反循环模拟装置,该装置具有调控多种钻进参数以及记录井底岩屑运移轨迹的功能,基于该装置采用模拟岩屑开展双相流井底反循环实验,探究钻井液泵量与钻头转速对流场的影响规律。基于经实验验证的数值模型设计了两因素三水平正交实验。【结果】清渣率随钻井液泵量增大而提升,但增益效果随泵量增大而衰减;清渣率随钻头转速增大呈先升后降趋势,在钻头转速达到15 r/min时为最佳。正交实验表明,当处于较高泵量和中等转速工况下,流场排渣效果较好;在机械钻速3.0~6.2 m/h,实现最佳排渣效果的钻进参数组合为钻井液泵量216 m^(3)/h、钻头转速15~20 r/min。【结论】研究结果为大直径救援井钻进规程参数的合理选取提供了理论参考,有助于提升钻孔救援工程成孔速率。 展开更多
关键词 钻孔救援 大直径潜孔锤 钻进参数 岩屑运移 排渣效率
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基于有限元模拟的矿井微震源高精度定位方法 被引量：2
13
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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巨厚砂岩坚硬顶板诱冲机制研究 被引量：2
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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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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
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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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煤矿井下特种钻进工艺技术研究进展与思考 被引量：9
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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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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：8
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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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复杂条件下陕北浅埋煤层采空区的综合探查技术研究 被引量：2
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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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碎软煤层气动定向钻孔套铣打捞技术研究与应用 被引量：2
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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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典型中深埋煤层覆岩结构特征与风化基岩富水性研究 被引量：1
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作者 王路 华照来 +3 位作者 黄浩 李增林 任帅峰 王嗣桐 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第10期91-100,共10页
【背景】风化基岩含水层是陕北侏罗纪煤田煤炭开采的主要充水含水层,风化基岩含水层富水性评价是顶板水害防治的关键。【方法】以陕西曹家滩煤矿12盘区为研究区,分析2-2煤层上覆地层结构与覆岩岩性结构类型,确定风化基岩层为煤层上覆主... 【背景】风化基岩含水层是陕北侏罗纪煤田煤炭开采的主要充水含水层,风化基岩含水层富水性评价是顶板水害防治的关键。【方法】以陕西曹家滩煤矿12盘区为研究区,分析2-2煤层上覆地层结构与覆岩岩性结构类型,确定风化基岩层为煤层上覆主要充水含水层。选取砂地比、砂岩厚度、风化影响指数、风化基岩埋深、单位涌水量、渗透系数、RQD及视电阻率作为评价风化基岩含水层富水性指标,将层次分析法(AHP)、变异系数法(CV)、灰色关联分析法(GRA)进行耦合,构建含水层富水性综合评价模型(AHP-CV-GRA),计算各个富水性指标的权重,对各个指标进行叠加分析,得到风化基岩含水层富水性分区预测结果。【结果和结论】2-2煤层富水性分为相对强、中等和相对弱3类富水区,并结合瞬变电磁富水异常区探测结果进行验证,富水性分区结果中相对强富水性区域大部分对应风化基岩底界低阻异常区域;为了更加准确地验证AHP-CV-GRA组合方法评价的富水性结果,根据122104工作面井下疏放水量结果对该富水性分区结果进行验证,井下疏放水量大的区域富水性相对较强,发现该富水性分区评价结果与实际情况吻合较好,AHP-CV-GRA方法能够相对科学地评价含水层的富水性。 展开更多
关键词 中深埋煤层 覆岩结构 风化基岩含水层 富水性分区 层次分析 变异系数 灰色关联 陕北地区
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