月球钻探取样技术研究进展

“嫦娥5号”探测器的成功发射与采样返回,揭开了我国月球采样的序幕。面对当前月球(未来深空)探测的需求,钻进技术作为能够获取深层地质样品的最常用手段,受到越来越多的关注。然而,地球环境下的常规钻探机具与工艺在面对月球(太空)环境时并不能直接进行应用。基于此,本文就当前各国月球钻探技术的研究进展进行了广泛调研与分析,具体包括真实月壤的性能及模拟月壤的研发、月球环境对钻进的影响、月球钻探机具结构和月球钻探规程的探索等几个方面;并对未来月球钻探技术的发展进行了分析思考。     

模拟月壤螺旋钻进力载特性分析

月球钻探取样具有钻进对象松散、钻机功率小、质量轻、钻进过程无冲洗介质等难点,螺旋钻进因其连续排屑和干式回转钻进的能力,成为最具可行性的月球钻探取样方式之一。为确保在设备能力和月表环境限制下实现深层月壤钻探取样目的,针对月壤/模拟月壤物理力学特性,对螺旋钻探取样过程进行力载特性分析。分析表明,月球钻探具有螺旋叶片宽度窄、回转速度高的特点,可采用钻屑颗粒模式求得临界回转速度,然后选择合理的钻进工艺。螺旋钻进功耗包括钻头切削月壤的功耗和钻进排屑功耗,可根据功耗模型研究各变量对功率的影响规律,从而为钻具结构优化和钻进参数优选提供理论指导。     

应用于月壤取样钻具的激光选区熔化研究综述

综述了月球钻探取样钻具的发展现状,金属三维点阵的轻量化以及激光选区熔化制造技术的基本方法和优势。基于激光选区熔化制备技术提出了将三维空间点阵结构应用于月球钻探取样钻具的轻量化,讨论了点阵结构的钻具对于月球钻进过程的适应性并展望了轻量化月球取样钻具方面的发展趋势。分析认为,利用激光选区熔化技术制备的三维点阵结构在月壤取样钻具方面具有很大的应用潜力。     

我国煤矿井下坑道钻探技术装备40年发展与展望

煤矿井下坑道钻探在保障煤矿安全高效开采、增加清洁能源供给、实现绿色发展等方面发挥着不可替代的作用。改革开放以来,我国煤矿井下坑道钻探技术与装备实现了"由无到有"向"由弱到强"的历史性跨越,依靠坑道钻探技术与装备科技创新,支撑煤矿地质保障能力持续增强。首先从矿井灾害防治、隐蔽致灾地质因素探查、煤层气资源开发和其他工程应用等方面,全面阐述了安全高效绿色开采对煤矿井下坑道钻探的需求,并结合煤矿井下坑道钻探领域专著、专利、论文、标准规范、获奖情况,系统回顾和总结了40年来我国煤矿井下坑道钻探技术与装备的发展历程和代表性成果。在坑道钻探技术与装备方面,提出和发展了煤矿井下坑道回转钻进技术、稳定组合钻具定向钻进技术和随钻测量定向钻进技术,实现了煤矿井下钻孔施工由"无控钻进"到"受控钻进"再到"精确定向钻进"的跨越;研制了坑道钻机、泥浆泵(车)、钻杆、钻头、螺杆钻具、随钻测量系统、冲洗液循环净化系统等装备,促进了煤矿井下坑道钻探装备国产化进程及其升级换代,形成了适应于我国煤层赋存地质条件和开采条件、同时具备自主知识产权的坑道钻探技术与装备体系,尤其是大功率定向钻进和自动化、智能化钻进技术与装备研发,使我国煤矿井下坑道钻探技术装备水平跃升到新的台阶,推动了煤矿地质保障技术的进步,支撑了我国煤炭科学产能的释放和煤层气高效开发。面对新一轮能源科技革命,针对新形势下煤矿安全发展新要求,以信息化、智能化为特征的精准快速坑道钻探技术与装备的发展已迫在眉睫,在此基础上,提出了煤矿井下坑道钻探技术与装备发展方向及建议。     

月球钻探模拟试验及技术展望

月球一直以来是人类太空探测的主要对象。月球钻探是获取月球地层信息最为直观的方法,也是人类探测月球主要的手段之一。本文介绍了目前国内外月球钻探的技术现状,归纳出月球钻探的主要技术挑战,并以此针对性研制了月球钻探模拟试验台以及相关试验钻杆。通过开展针对不同螺距、钻压、转速、冲击频率等参数的钻探试验,总结出适用于月球钻探的工艺参数及适配钻杆。最后,本文结合模拟试验结果,对未来月球钻探技术的发展进行了思考,以期对相关研究提供有益的借鉴。     

煤矿井下智能化定向钻探发展路径与关键技术分析

煤矿井下智能化定向钻探是坑道钻探发展的高级阶段,是一个涉及多学科领域的系统工程,具有显著的特殊性和独立性,服务于智能化开采的全过程,为煤炭资源安全、高效、绿色、智能开采提供着技术支撑和装备保障。描述了我国煤矿井下定向钻进技术与装备发展历程,从稳定组合钻具定向钻进到有线随钻测控定向钻进,再到无线随钻测控大功率定向钻进,坑道钻探技术的创新发展与装备的升级换代推动实现顺煤层定向钻孔深度从"1 000 m"跨越到"3 000 m"。明确了现阶段我国煤矿井下坑道钻探仍处于从机械化向自动化转变的发展定位,分析了智能化定向钻探面临的突出问题,提出了在实现自动化定向钻探的基础上向智能化定向钻探迈进的发展路径,归纳分析了自动化和智能化定向钻探的技术内涵和属性特征,自动化定向钻探强调钻探动作的自动控制执行,包括自动化定向钻机集成控制、多参数随钻测量信息融合、高精度导向控制、冲洗液循环自动控制等方面;智能化定向钻探强调钻探过程的智能最优化控制,包括智能分析与决策、低延时大容量数据传输、智能钻杆、钻探装备智能检测与诊断等方面。针对我国复杂多样的煤层赋存条件和不均衡发展的开采技术条件,建议分阶段、分区域、分层次推进煤矿井下智能化定向钻探探索与发展,并提出了智能化定向钻探亟待攻克的关键技术难题,包括自动化定向钻机研制、旋转导向钻进技术、地质导向钻进技术、随钻地质信息三维动态建模技术、智能化钻探数据库建立、钻孔事故预防与处理技术,同时介绍了"十三五"期间我国煤矿井下智能化定向钻探部分阶段性发展成果。     

月球钻探取心特种钻头研制与试验

对月壤形成过程和物质组成进行了介绍,并将实际月壤基本物理力学指标与CUG-1型模拟月壤和普通干砂进行对比,认为在月球钻探取样过程中可能遇到具有一定胶结强度的硬质团块。为保证钻探取样顺利进行,需要研制月球钻探用特种取心PDC钻头。基于PDC钻头的碎岩机理,对钻头的负前角、旁通角、出露高度、钻头保径和PDC切削齿的钎焊工艺分别进行了设计,并对钻杆和钻头装配体在钻进过程中的受力过程进行有限元分析。最后,采用所设计的特种取心PDC钻头进行岩石干钻试验,试验结果表明,该钻头能钻进可钻性级别小于或等于6级的岩石,能满足月球钻探需要。     

黔西南水银洞金矿涌水坑道钻探难点与对策

针对黔西南水银洞金矿坑道钻探施工中的特大涌水钻孔,总结了该矿区坑道钻探施工难点,研究了涌水对钻进效率和岩心采取率的影响,探讨了普通取心工艺钻进时采用岩心上升系数的实践意义,提出绳索取心工艺钻进时的"泄"、"堵"、"疏"的解决思路,形成了解决该矿区Ⅰa含矿层的坑道钻探施工难点的对策,以期为类似地层条件的坑道钻探提供技术指导。     

厄立特里亚Zara金矿大角度斜孔钻探施工技术

介绍厄立特里亚Zara金矿大角度斜孔钻探施工情况,重点针对防斜保直钻进技术要求、复杂地层护壁堵漏、"打滑"地层提速增效等钻探技术进行实践探索。阐述了钻具组合合理配置、冲洗液使用工艺、钻进参数合理选择、钻头合理选用等方面技术措施。在初次完成大角度斜孔钻探施工中摸索和积累施工经验,为今后类似项目的进一步开展打下技术和管理基础。     

空气泡沫钻探在我国西北部的应用（一）

空气泡沫钻进在地质岩心钻探中的应用简介国外,泡沫钻进在油田上应用已有40多年历史,技术已趋完臻。但在地质岩心钻探中应用还不多。因此,有关泡沫钻进在岩心钻探中的技术处在研究和发展阶段。苏联,首次将空气泡沫钻进技术引进到地质岩心钻探上的试验是1976年。但发现较快,到1983年,泡沫钻探进尺已超过10万米。1987年列宁格勒矿业学院A·M·雅科符列夫等人出版了“固体矿床泡沫钻进”一书。全面地介绍了苏联使用空气泡沫钻进在地质岩心钻探中的经验。     

小秦岭地区深部钻探钻孔结构设计

介绍了钻孔结构设计的依据和原则,目前国内最深的岩心钻探钻孔结构和基于新的岩心钻探规程下专家建议的深孔钻孔结构。据此提出了小秦岭地区深部钻探钻孔结构的设计,建议深孔钻探必须加大开孔口径,留足用套管隔离深部复杂地层的空间。     

锥形聚晶金刚石复合片和可旋转切削齿技术简介

PDC钻头有着较高的钻进效率,一直受到客户们的青睐,但它受所钻地层、孔深和温度等因素的制约,使得钻头切削齿寿命较低。最近几年,国内外专家针对如何提高切削齿性能开展了诸多研究,并取得了不少成绩。主要介绍了美国史密斯钻头的2项最新PDC切削齿技术——锥形聚晶金刚石复合片和ONXY 360旋转切削齿。实钻试验表明,采用这2种新型切削齿技术的PDC钻头,钻进效率和寿命都有了明显提高。     

小直径特深孔绳索取心口径系列及钻柱方案

现行绳索取心口径系列主要适用于3000 m以内浅钻孔。在4000 m左右的特深孔绳索取心钻进中,存在一定的技术"瓶颈",如地层复杂,甚至无法安全钻达设计深度。论证3000~5000 m特深孔绳索取心合理口径系列和钻柱方案是为特深孔成套钻探装备研制、绳索取心钻具开发提供技术依据的重要前期工作,也是一项公益性和开放性的技术工作。简述了特深孔绳索取心口径系列及钻柱方案的初步设想,期望国内钻探专家、一线技术人员广泛参与,进一步论证。     

视频监钻监控技术在冲击地压矿井中的应用

随着矿井开采深度的不断增加,巷道所受应力情况越来越复杂,因此冲击地压问题变得愈加突出,国内外专家学者提出了许多防冲技术措施,并取得了重要的研究成果。卸压钻孔可以释放煤体中聚积的弹性能、降低应力集中程度、减小冲击危险,是冲击地压矿井普遍采用的消冲措施。为了解决卸压钻孔施工存在的诸如花费大量人力、无法保证钻孔施工真实性、不利于作业安全和工程质量管理等问题,运用视频监钻监控技术,对钻孔施工进行全程实时监控,实现钻孔施工信息化、可视化,不仅顺应了减人提效,扭亏增盈煤炭行业大环境,且极大地提高了冲击地压防治现场管理水平,为矿井安全生产打下了坚实基础。     

Improving mine-to-mill by data warehousing and data mining

ABSTRACT

Mining is an interdisciplinary industry that utilises equipment and technology intensively in daily operations. Mine-to-Mill is considered as a key concept for metal mining recently. Impact of underperformed basic upstream operations such as drilling and blasting will sustain this inefficiency in downstream processes, such as mineral processing. Data provided for each of these operations from software and hardware utilised on field reached a level where advanced data analytics becomes applicable. Data warehousing and data mining are alternative tools that rely on a robust data structure. This study gives insight into a data-driven framework for modern mines and presents a data mining implementation on real-time mining-related data for prediction of blasting performance. Random forest and adaptive boosting algorithm were utilised on an integrated data warehouse to discover major operational parameters for efficient blasting. The implementation on site improved the performance of drilling and blasting. The variables highlighted as important by random forest and adaptive boosting algorithm directed the experts of mine-to-mill on site to focus on the close control and detailed analysis of certain drilling- and blasting-related parameters.     

钻井泥浆冷却技术发展现状与新型泥浆冷却系统的研究

在中高温地热钻井、深部油气钻井、冻土带钻井及天然气水合物钻井中,钻井泥浆冷却技术是钻井工艺中的关键技术之一。适当的井内循环泥浆温度是钻井作业安全快速进行的保证,根据泥浆冷却冷源获得方式的不同,将钻井泥浆冷却技术分为高温泥浆冷却技术和低温泥浆冷却技术。分别论述了在中高温地热钻井和深部油气钻井中采用的高温泥浆冷却技术,以及在冻土带和天然气水合物钻井中采用的低温泥浆冷却技术,并针对我国在低温泥浆冷却技术领域的现状,介绍了一种新型钻井泥浆冷却系统。     

松软突出煤层钻进钻孔堵塞力学特征

基于粉体力学理论，建立瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型，推导疏通压力p与堵塞段长度L关系方程。着重分析了侧压系数k、钻孔倾角θ对钻孔堵塞的影响规律。结果表明，侧压系数k增长致使钻孔堵塞段摩擦阻力增大，软煤层钻进钻屑颗粒硬度低、直径小，堵塞段内摩擦角小，其侧压系数较大，钻孔堵塞段疏通更为困难；施工仰孔，伴随倾角增大，疏通压力迅速降低，存在θU，对应疏通压力为0，当θ＞θU时，堵塞段在自重作用下疏通；施工俯孔，存在θD相应疏通压力达到极值，在θD～0区间，伴随钻孔倾角绝对值增大，所需疏通压力增大，在θD～-π/2区间，所需疏通压力略有降低。应用钻孔堵塞段力学模型，根据钻孔施工工艺参数，建立相应p-l特性曲线，可定性评估不同钻孔施工工艺方案优劣。     

钻掘工程国内外发展水平与差距及建议（上）

简介钻掘工程领域国内外发展水平。重点概述在固体矿产岩心钻探、水井钻探、石油天然气钻探、大陆科学钻探、大洋钻探、极地钻探和外星钻探及掘进工程等方面的国内外发展状况与差距,并提出重点研究开发和引进建议。     

Comparative experiments of gas drainage in different types of drillings

Gas drainage effect is the utmost important factor for mining speed and mining safety. It has great meaning to study the effect of gas drainage. Comparative experiment of gas drainage in different types of drillings shows that the initial rate of gas natural emission by hydraulic loosed cross drilling is 1.5 times more than that of parallel drilling, and the drilling gas attenuation coefficients reduces to 0.78 times, the effect of gas drainage is good. The ultimate quantity of gas drainage of parallel drilling, cross drilling, hydraulic loosed cross drilling are 859.1, 1 323.5 and 1 833.6 m³/100 m. The results of the measurement through these three kinds of drillings of 100 meters drilling is considered as following: cross drilling is 1.54 times more than that of parallel drillings, hydraulic loosed cross drilling are 2.13 times more than parallel drilling. The drainage rate of parallel drilling, cross drilling and hydraulic loosed cross drilling reached 10% to 15% in 3 months with the pre-draining time. Among these, the drainage effect of hydraulic loosed cross drilling increased by 46% than that of parallel drilling in three months.     

回眸“十一五” 展望“十二五”——钻探技术和装备形成系列为资源环境开发提供直接手段

回顾了"十一五"期间我国在科学钻探、天然气水合物勘探、深部钻探、钻探技术装备、高精度定向对接井钻井技术、绳索取心液动锤钻具、新型金刚石钻头系列、新型冲洗液技术、地质灾害监测防治钻探技术、人才培养以及体制改革等方面取得的成绩和发展;提出了"十二五"期间的主要工作方向。