钻孔局部壁面应力解除切割工具设计

简要介绍了套芯应力解除法和钻孔切槽法这两种地应力测试方法的岩石切割技术。分析了钻孔局部壁面应力全解除法对局部壁面进行应力解除的技术途径,并给出了具体的环形槽切割工具设计方案。室内测试表明,这一设计方案是切实可行的,解决了钻孔局部壁面应力全解除法中对局部壁面实施应力解除的关键技术问题。     

煤矿采动区地面井逐级优化设计方法

为进一步优化煤矿采动区地面井设计方法,对地面井的类型及特点进行了深入分析,将煤矿采动区地面井抽采技术细分为邻近层采动发展区地面井抽采、本煤层采动发展区地面井抽采和采动稳定区地面井抽采3种类型;确定了抽采资源评估、布井位置优选、井型结构优化、高危位置防护、地面安全抽采等5项核心技术,提出了不同类型采动区地面井的逐级优化设计方法。将系统化的技术方法应用在了山西晋煤集团成庄煤矿5310工作面采动区CD-01井的优化设计和抽采工程中,获得了连续抽采、抽采体积分数50%以上的良好抽采效果,证明了逐级优化设计方法及技术的适用性。     

深部巷道钻孔卸压机理及关键参数确定方法与应用

基于围岩强度参数衰减规律的室内试验结果,对FLAC3D应变软化模型进行了二次开发,以现场实测矿压显现规律作为已知特征值,反演了岩体力学参数。分析了深部巷道钻孔卸压机理,提出以应力转移效果及围岩变形控制效果作为卸压效果的直接评价指标,初步将卸压程度分为非充分卸压、充分卸压和过度卸压3类,系统研究了卸压钻孔参数(长度、直径和间排距)对深部巷道围岩稳定性的动态作用规律,提出了影响卸压效果的各关键参数的确定方法,完善了钻孔卸压技术体系。工程应用效果表明,采用卸压钻孔参数确定方法设计的卸压方案,围岩控制效果显著,且该方法简单易行。     

矿井长钻孔随钻轨迹测量技术研究

针对煤矿井下长钻孔轨迹测量的问题,采用了2种长钻孔随钻轨迹测量方法,可用于煤矿井下水平钻孔或定向钻孔无缆随钻测斜,随钻测量并记录钻进方向的倾角、方位角;对最小曲率法、均角全距法的钻孔轨迹数据计算方法进行了研究,分析了钻孔轨迹测量中常见的误差原因及校正误差的方法,通过实测钻孔轨迹数据分析钻孔轨迹测量数据分析方法与测量效果。通过理论与实测数据研究得出,该随钻钻孔轨迹测量技术与误差校正方法提高了钻孔轨迹测量精度,能够很好地用于矿井长钻孔的轨迹测量。     

采用钻孔倾斜仪监测滑坡深部水平位移方法和仪器的研究

介绍了目前滑坡深部水平位移钻孔倾斜仪人工监测方法存在的问题,钻孔深部位移自动化监测通信方法的选择。地质滑坡灾害监测中广泛使用钻孔倾斜仪,介绍了CZ-2型钻孔倾斜仪的构成及现场测试方法。     

寺家庄矿下向穿层钻孔有效抽放半径研究

 介绍了瓦斯抽放钻孔有效抽放半径的研究现状，采用压降法确定了寺家庄矿下向穿层钻孔的有效抽放半径，为抽放钻孔的设计提供了科学依据，提高了区域防突措施的有效性。     

井巷工作面注浆孔口管的长度确定与埋设

论述了井巷工作面注浆时,利用混凝土止浆垫止浆和预留岩帽止浆情况下,孔口管长度的确定方法以及其安设方法。用混凝土做止浆垫时,孔口管的长度根据混凝土的抗压强度或者孔口管与混凝土的粘结力计算;用止浆岩帽止浆时,根据孔口管与水泥浆的粘结强度计算。孔口管的安设方法有预埋式和后埋式。为了安全,预埋时可在孔口管上焊上钢筋,以增大摩擦力;后埋时可利用锚杆进行固定。     

采空区瓦斯抽放方法分析

分析了高抽巷的布置方式:应布置岩性相对稳定,裂隙带的中、下部位置,且岩层硬度不是很大,便于施工的位置;提出了高抽巷抽放控制方法。确定了高位钻场的钻孔倾角、封孔长度、钻场间距及有效抽放时间等参数,并明确了钻孔失效的瓦斯浓度判定方法。     

唐山矿地面钻孔抽放采空区瓦斯技术

为了有效抽放采空区的瓦斯,唐山矿研究了地面钻孔抽放采空区瓦斯技术,并确定了钻孔的设计方式、终孔位置、封孔范围、下套管及封孔方式、采后上覆岩层裂隙分布状况等,采用地面钻孔抽放采空区瓦斯技术后,瓦斯的抽放体积分数为50%,流量为2.5 m3/min,并且减少了封闭采空区瓦斯向巷道内涌出,又形成临近区域回采工作面采空区瓦斯向已封闭采空区运动的趋势,在一定程度上杜绝了瓦斯事故.     

基于定向拦截钻孔的工作面瓦斯治理技术

以寺河矿5310工作面为研究对象,在定向长钻孔施工技术的基础上,结合现场实验研究方法,对比分析了普通拦截钻孔与定向长钻孔拦截的优缺点,并针对定向拦截长钻孔的设计施工、瓦斯流场、钻孔瓦斯参数、区域抽采达标时间、风排瓦斯浓度进行分析。实践表明,定向拦截钻孔提高了瓦斯治理效果。     

煤孔隙分形特征及其随温度的变化规律

利用分形几何学理论对煤孔隙结构进行了定量的描述和研究,推导了煤孔隙分形维数的表达式;利用压汞法测量了煤样在不同温度下的孔隙分布,从试验方面验证了煤孔隙所具有的分形特征,并利用这些试验数据求得了煤样孔隙体积的分形维数,得出了温度越高,煤孔隙分形维数越明显,并且呈线性增大的结论.     

煤矿井下近水平定向钻技术研究与应用

为了提高煤矿井下瓦斯抽采孔的钻孔深度和瓦斯抽采效果,采用煤矿井下近水平定向钻技术在煤层施工近水平长钻孔、多分支孔。系统介绍了该定向钻技术及不同煤层条件下成孔方法,然后根据定向钻孔在煤层施工特点,分析在煤层施工近水平定向钻孔所面临地质条件复杂、钻孔轨迹难控制、钻孔事故复杂等技术难点,总结现场施工经验,形成一套适合定向钻孔施工的常用钻具组合、施工流程、钻孔轨迹控制等工艺方法。该定向钻技术在杜儿坪煤矿、双柳煤矿的成功应用说明其满足最大孔深大于500 m和煤层钻遇率大于90%的瓦斯抽采孔施工要求。     

厚松散层软弱覆岩下综放开采导水裂隙带发育高度

导水裂隙带高度是实施保水采煤技术措施的一个重要参数,为获取厚松散层软弱覆岩下综放开采工作面导水裂隙带高度,以某矿11915工作面为例,综合运 用井下钻孔注水漏失量观测、钻孔电视和数值模拟3种技术手段,对采空区上覆岩层导水裂隙带高度进行了探测。通过对井下施工的3个钻孔进行注水漏失量观测确定了开采前后的 钻孔漏失量变化规律,结合钻孔电视观测的孔壁裂隙特征最终确定了导水裂隙带高度,并采用数值模拟分析了导水裂隙带发育规律。结果表明:厚煤层(6.65 m),软弱覆岩、厚松散层(102 m)条件下综放开采的导水裂隙带高度为45.7~46.7 m,垮落带高度为16.1 m;裂采比为6.87~7.02,垮采比为2.42;数值模拟得到的导水裂隙带发育高度与现场实测结果一致,导水裂隙带发育经历发育、缓增、突增及稳定4个阶段,覆岩裂隙带以离层的形式向上发育,以铰接形式存在。钻孔电视能直接清晰的获取覆岩裂隙发育特征,是钻孔法探测导水裂隙带高度的最佳方法;井下钻孔漏失量法用于导水裂隙带高度观测是可靠的,但需要观测设备需要满足一定的封孔压力,封孔胶囊具有足够长度,并且需要改善胶囊与孔壁之间的接触状态。总体来讲,钻孔法观测导水裂隙带高度是目前最可靠的方法,但施工量大,成本较高;目前物探法应提高对覆岩完整性变化的探测敏感度,并多配合钻孔法的使用进行结果对照分析,获得物探结果最佳解释方法后再进行推广应用,降低导水裂隙带高度的探测成本。导水裂隙带高度是实施保水采煤技术措施的一个重要参数,为获取厚松散层软弱覆岩下综放开采工作面导水裂隙带高度,以某矿11915工作面为例,综合运用井下钻孔注水漏失量观测、钻孔电视和数值模拟3种技术手段,对采空区上覆岩层导水裂隙带高度进行了探测。通过对井下施工的3个钻孔进行注水漏失量观测确定了开采前后的钻孔漏失量变化规律,结合钻孔电视观测的孔壁裂隙特征最终确定了导水裂隙带高度,并采用数值模拟分析了导水裂隙带发育规律。结果表明:厚煤层(6.65 m),软弱覆岩、厚松散层(102 m)条件下综放开采的导水裂隙带高度为45.7~46.7 m,垮落带高度为16.1 m;裂采比为6.87~7.02,垮采比为2.42;数值模拟得到的导水裂隙带发育高度与现场实测结果一致,导水裂隙带发育经历发育、缓增、突增及稳定4个阶段,覆岩裂隙带以离层的形式向上发育,以铰接形式存在。钻孔电视能直接清晰的获取覆岩裂隙发育特征,是钻孔法探测导水裂隙带高度的最佳方法;井下钻孔漏失量法用于导水裂隙带高度观测是可靠的,但需要观测设备需要满足一定的封孔压力,封孔胶囊具有足够长度,并且需要改善胶囊与孔壁之间的接触状态。总体来讲,钻孔法观测导水裂隙带高度是目前最可靠的方法,但施工量大,成本较高;目前物探法应提高对覆岩完整性变化的探测敏感度,并多配合钻孔法的使用进行结果对照分析,获得物探结果最佳解释方法后再进行推广应用,降低导水裂隙带高度的探测成本。     

穿层割缝钻孔对煤体卸压增透效应的研究与应用

采用数学方法对煤层割缝钻孔的卸压增透机理进行分析,针对平宝煤矿地质条件模拟得到该煤矿最优的水力割缝高度和间距分别为0.02 m和4 m。通过现场工业性试验,对比分析了割缝钻孔和普通钻孔的瓦斯抽采情况,结果表明：30 d内割缝钻孔抽采瓦斯流量是普通钻孔的3倍,抽采瓦斯浓度为普通钻孔的2～3倍,并且割缝钻孔的瓦斯浓度能够长时间保持在80%左右;后续巷道掘进月进度也由原来的60～80 m提高至100～120 m,掘进效率提高30%～50%。该项技术能够较好解决煤层瓦斯突出难题,促进煤矿的安全高效生产。     

瓦斯流量法在测定煤层瓦斯抽放影响半径中的应用

石港煤矿15号煤层为煤与瓦斯突出煤层,为了指导石港煤矿消突工作面顺层抽放钻孔的合理布置,采用瓦斯流量法测量了石港煤矿15号煤层顺层钻孔抽放影响半径.结果表明:测试本煤层顺层钻孔的抽放影响半径时,瓦斯流量法是一种便捷、准确的方法.     

凿岩机钻孔偏差影响因素分析

主要介绍凿岩机钻孔偏差出现的原因,分析了影响钻孔偏差的各种要素,提出降低钻孔偏差的方法,从而解决因钻孔偏差大、爆破效果不良的问题。     

基于非线性渗流—扩散钻孔一维径向不稳定流数学模型及数值解法研究

通过实验研究所得的煤体渗透率与吸附量之间的关系,结合含瓦斯煤有效应力原理,建立了非线性渗流—扩散的钻孔一维径向不稳定流数学模型。通过与传统的有限差分和有限元法的对比分析,说明了有限体积法求解此类数学问题的优势,确定采用有限体积法对钻孔一维径向不稳定流方程进行求解,推导出相应的有限体积法离散格式,得到了求解方程数值解的线性方程组,并根据求解算法进行了程序设计,实现了钻孔一维径向不稳定流场的数值分析。通过对具体煤层的数值解算,并与现场实测进行了对比分析,验证了模型解算的准确性。     

应用普通测斜仪精确确定钻孔空间轨迹的技术方法

分析了影响普通测斜仪测量精度的原因,提出了应用数理统计学原理消除其系统误差、减小随机误差的技术方法,并用实例验证了该方法的可靠性,使普通测斜仪满足钻孔空间轨迹高精度定位的要求     

水力冲孔影响范围数值模拟研究与应用

针对某矿为了解决"三软"低透气性突出煤层抽采困难,采用水力冲孔卸压增透强化抽采措施时遇到的影响范围难以确定的问题,通过分析水力冲孔作用机理,运用瓦斯流动理论与方法建立钻孔周围流固耦合模型;利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对水力冲孔的卸压增透范围进行模拟,采用现场试验的方法对数值模拟结果进行考察,验证了数值模拟的正确性。     

卸压钻孔应力场分区及长度优化设计

利用极坐标和直角坐标系建立卸压钻孔力学模型,分析了巷道侧向支承压力与卸压钻孔周围煤体应力之间的联系,得到巷帮煤体的卸载应力及卸压系数;根据卸压前后巷帮煤体的应力状态,将卸压钻孔应力场划分为4个应力区,分别为塑—塑性区、弹—塑性区、塑—弹性区和弹—弹性区,卸压作用主要在塑—弹性区和弹—弹性区;结合卸压前巷帮煤体的应力场分区,分析了卸压钻孔的最优长度,指出钻孔长度应根据卸压前巷道侧向支承压力分布进行设计;施工卸压钻孔后,卸载应力呈中间高两边低的规律,而在未施工钻孔的区域,煤体应力保持不变。采用数值模拟的方法,对比研究了薛湖煤矿不同长度钻孔的卸压效果,得到最优钻孔长度为20 m左右。