沁水盆地赵庄矿3号煤层地面煤层气抽采低产原因分析

在对沁水盆地赵庄矿煤层气开发地质、煤层气生产井资料深入研究的基础上，分析、总结了区内煤层气直井低产原因，并据此提出了区内地面抽采后续开发方向。研究认为:3号煤层气含量偏低、含气饱和度低、临储比低，致使排采阶段气含量可降幅度低，是其低产的宏观表征；3号煤储层不匹配孔级，较差连通性，即微、小孔为主，中孔次之，大孔不发育，微裂隙连通性差，致使扩散缓慢、影响储层改造和抽采效果，是其低产的微观表征；3号煤层远高于顶底板塑性及相近的水平应力，进一步造成改造缝长受限，泄流面积不足。因此，建议区内后续地面抽采方式应以增大泄流面积开发方式为主。     

煤油气共生矿井底板油型气赋存特征及防治

为了提高煤油气共生矿井油型气灾害治理的科学性，以黄陵二矿为例，采用现场测试、钻探取芯、跟踪观测、地质分析等多种方法，研究了采掘工作面煤层底板油型气分布特征、涌出规律和运移机理，并初步探讨了底板油型气体灾害防治措施。结果表明:底板油型气涌出点多位于底板砂岩储层上倾尖灭端和砂岩透镜体附近，呈现不连续区带状分布特征，涌出的油型气主要来自富县组砂岩层，涌出的动力主要为地层流体压力差，底板油型气通过地层中存在大量的断裂和裂缝、微裂缝系统进入采掘空间，采掘扰动是底板油型气异常涌出的工程诱导因素。建议加强油型气综合探查技术、油型气灾害预测预报技术、油型气综合抽采技术和智能化矿井建设等方面的研究。     

煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别与综合预警模型研究

针对冲击矿压的有效监测预警难题,利用实验室声发射和采场微震监测手段,开展了煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别研究,提出了一种基于微震前兆指标体系的冲击矿压综合预警模型。以陕西彬长胡家河煤矿为例,首先通过现场取样开展了煤样单轴加载的声发射试验,识别选取了b值、缺震、A(b)值、断层总面积、活动度S和等效能级参数6个煤岩灾变破坏的前兆敏感指标;其次,结合401102工作面的历史冲击案例及其全过程的微震监测数据,采用统计学方法进行标准化计算确定各指标异常系数,并以此作为模型输入,发展了以混淆矩阵与高斯隶属判别函数联合的模糊综合评判模型作为智能融合运算的分级预警模型,实现了以客观数据驱动为主的指标权重自适应智能调整,以及以无、弱、中、强4个危险等级标识的概率及综合智能预警模式;最后,根据接续402103工作面回采过程中的两次冲击实例验证了综合预警模型的有效性,为现场冲击矿压的有效综合预警提供了一种思路和方法。     

煤层顶板硬岩大直径定向钻孔施工关键技术

根据顶板高位定向钻孔快速钻进成孔与工作面卸压瓦斯高效抽采治理需要，针对现有螺杆马达定向钻进技术与分级扩孔方法存在的问题，开展了顶板硬岩定向钻进与大直径扩孔钻进关键技术研究，开发了冲击回转定向钻进技术、扭冲回转定向钻进技术、扭冲旋转扩孔技术以及双级双速扩孔技术等钻孔提速新技术，研制了冲击螺杆马达、矿用小直径扭力冲击器、双级双速螺杆马达、组合式扩孔钻头等配套钻具。综合试验结果表明，硬岩定向钻孔平均机械钻进效率达到8.34 m/h，最高达到13.6 m/h，较常规螺杆马达定向钻进技术提升20%~30%；硬岩大直径扩孔终孔直径达到200 mm，机械钻进效率平均达到5.6 m/h以上，最高达到10.5 m/h。该技术提升了顶板硬岩定向钻进效率与大直径扩孔钻进效率，缩短了顶板高位定向钻孔的综合施工周期，为大直径高位定向长钻孔快速成孔与高效抽采治理回采工作面卸压瓦斯提供了可靠的技术手段。     

基于云服务的煤矿水害监测大数据智能预警平台构建

针对华北型煤田煤层底板突水监测预警问题,以底板"下三带"理论为基础,开展了微震-电法耦合系统水害监测预警。在分析微震-电法耦合系统监测数据基础上,采用Flume设计数据迁移子系统,以流处理方式对监测源数据进行预处理,对关键目标数据进行采集、聚合和传输,实现了有效监测数据的实时迁移。此外,针对煤矿水害多源监测预警过程中数据规模大、数据实时处理要求高等特点,结合多源异构数据关联分析和时空属性数据分析处理需求,基于Spark和HDFS设计实现了具备TB级数据存储处理能力的煤矿水害多源监测大数据存储平台。该平台采用HDFS设计构建统一的多源时序大数据存储体系,通过MapReduce实现大数据并行处理,利用YARN实现资源的调度与管理,为海量数据存储提供支撑。平台采用Spark Streaming框架搭建了数据实时处理中心,通过流处理方式实现监测数据高速处理,并通过智能预警算法模块和远程服务接口为预警系统现场应用提供支撑。在智能预警技术方面,结合监测数据的时空属性特点,提出了基于深度学习时空序列预测方法——长短时记忆循环网络智能预警模型的底板突水模型预警技术。该预警技术基于LSTM方法,以"下三带"理论为基准对模型进行初始化,形成初始预警判据;将电法、微震监测数据作为输入变量,实际涌(突)水事件作为干预输出量,对智能预警模型进行半监督分类学习训练,形成动态化、参数最优的模型预警准则,将监测数据动态划分为4个预警等级,从而实现了水害智能动态预警和数据可视化表达。在冀中能源葛泉矿东井的实际应用中发现,该平台能够基本达到预期目标。     

煤层注水起裂压力及浸润扩散距离试验研究

为了获得陕北侏罗纪煤层注水起裂压力及浸润扩散距离,采用高压、小流量和低压、大流量注水泵进行煤层注水试验,测试煤层裂隙注水起裂压力、浸润扩散距离及注水量,并进行对比分析。试验结果表明:煤层的注水起裂压力主要受水平层理控制,与煤层抗剪强度接近;沿水平层理浸润扩散距离约为17~21 m,注水段长增加,浸润扩散距离逐渐减小;煤层注水沿主要层理和裂隙扩散,导通次生裂隙,进一步湿润、软化坚硬煤层,增加煤层的含水量,减少生产过程中的煤尘。     

煤层底板水害三维监测与智能预警系统研究

针对华北型煤田煤层底板突水监测点覆盖不全、智能化水平不高等问题,以底板"下三带"理论为基础,提出集多频连续电法充水水源监测、"井-地-孔"联合微震采动底板破坏带监测以及监测大数据智能预警为一体的煤层底板突水三维监测与智能预警技术思路。其中多频连续电法监测系统以伪随机多频序列为人工场源,利用伪随机相关辨识技术提取强噪声背景中的弱信号,采用拟高斯-牛顿法对预处理数据进行三维电阻率反演,实现对煤层底板充水水源变化过程的自动化三维监测;"井-地-孔"联合微震监测系统主要通过研制带推靠的孔中传感器及回收装置,实现微震传感器"井-地-孔"三维立体布署,采用井下有线(IEEE1588)和地面无线(GPS)时钟同步方式解决地面与井下采集设备的时钟同步问题,建立起"井-地-孔"监测数据的实时传输网络,基于偏振分析联合反演的三分量定位算法,实现采动底板破坏深度时空精细定位与实时监测;智能预警系统利用时序大数据挖掘技术与计算机深度学习技术对电法、微震多元时序监测数据进行分析和处理,采用指标预警和模型预警方法对监测数据空间展布和预警级别以三视热力图形式输出,实时显示煤层底板各网格的预警等级,从而形成煤矿底板水害三维监测与智能预警技术体系。最后,以河北葛泉矿东井11916采煤工作面为应用对象,采用多频连续电法监测系统、"井-地-孔"联合微震监测系统,以及基于时空监测数据的智能预警系统对煤层底板岩溶水害进行三维监测与智能预警,为我国华北型煤田煤层底板水害监测预警提供了新的技术与装备支撑。     

液压钻机油管焊接工艺与工装设计

液压钻机钢制油管用来连接固定油口,油管接头属于焊接式管接头,由接管和无缝钢管焊接而成,当无缝钢管长度较短时,不能弯曲变形,对焊接定位精度要求高。根据90°弯油管及接头的特点,设计气缸推动的活动定位销与固定定位销组成的焊接工装,配合使用环缝焊机实现批量化焊接。