反循环钻头底部结构参数优化

为解决煤矿井下瓦斯抽排孔施工过程中正循环压风钻进工艺产生的粉尘污染问题,借鉴引射器原理设计近水平反循环钻头,利用单因素试验设计原理对钻头底部5个结构参数进行试验优化研究,得到钻头底部最优结构参数。当近水平反循环钻头直径为96 mm时,其最优底部结构参数是:底喷孔直径D1=3 mm、底喷孔扩大段直径D2=10 mm、底喷孔扩大段厚度H1=20mm、扩压槽深度H2=20 mm、扩压槽螺旋角度A=10°。     

煤矿井下反循环取样钻头外喷孔参数优化

煤矿井下空气反循环取样技术对提高直接法测定瓦斯含量准确性具有重要的作用。采用数值模拟的方法对煤矿井下空气反循环取样钻头外喷孔的倾角和位置进行了优化研究;研究结果表明,当外喷孔倾角为15°,适当远离钻齿位置布置时,能够使取样钻头产生更好的反循环效果,可增大取样深度、提高取样质量、防止钻头损坏和埋钻事故的发生。     

大直径扩孔用反循环钻进双壁钻具研制

煤矿井下大直径钻孔扩孔施工时存在钻进效率低、排渣困难、钻具匹配性不佳等问题,而采用集束式潜孔锤反循环钻进技术可较好地解决该问题,为此研制了空气反循环钻进用双壁钻具,重点介绍了双壁钻杆和双通道气水龙头的结构、关键技术参数及性能特点,并进行了现场试验。结果表明,该套钻具结构设计合理,能够满足集束式潜孔锤反循环钻进工艺要求,为后续在煤矿井下推广应用提供了实验依据。     

水力反循环取心在煤矿隐伏地质异常体探查中的应用

针对回采工作面隐伏地质异常体探查取心孔孔深较浅的特点,提出采用水力反循环取心方法。分析了在煤矿井下近水平孔状态下水力反循环取心的工作原理和技术特点,设计了φ89/φ42 mm双壁钻杆、多个规格金刚石复合片取心钻头、双壁送水器、以及孔口密封装置等反循环取心配套钻具。在寺河西区矿井实施完成了穿断层、穿陷落柱的井下现场试验,结果表明:近水平孔水力反循环取心应用于煤矿回采工作面内小断层、陷落柱的探查是完全可行的。     

大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法先导性试验

依托某煤矿区大直径钻井工程项目展开了大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法的先导性试验。在试验过程中,采用Φ710/311 mm扩孔用集束式反循环潜孔锤和Φ127/70 mm双壁钻具,通过优化风量、风压、转速等反循环钻进工艺参数,取得了良好的反循环效果,最高机械钻速达到了4 m/h,平均机械钻速2.1 m/h,与同条件下常规牙轮钻头扩孔钻进方法相比提高了2.6倍以上。试验结果表明：大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法是解决大直径钻孔硬岩钻进难题的一种行之有效、值得深入研究与推广应用的高效钻进方法。     

反循环取样技术在钻屑瓦斯解吸指标K_1值测定中的应用

针对传统的麻花钻杆机械排渣取样测定K_1值存在受孔壁残粉影响较大、煤样暴露时间无法准确界定的弊端,研究了双壁钻杆的反循环取样技术用于煤矿井下K_1值的深孔预测,该技术可将孔底钻屑通过钻杆中心管输送至孔口实现快速、定点取样,避免了传统取样方式存在的有效深度浅、深孔预测可靠性低等问题。现场试验结果表明:反循环取样技术应用于乌兰煤矿K_1值测定的有效预测深度可提高至30m,且不受钻孔倾角的影响。     

水力反循环取芯技术在煤矿井下地质异常体探查中的应用

为了实现煤矿井下地质构造的有效探查,提出将水力反循环连续取芯钻进技术应用于煤矿井下地质构造探查工作中。着重介绍了反循环取芯相关配套装备,分析了φ89/φ42 mm反循环取芯钻具在煤矿井下地质异常体探查施工中的应用情况。结果表明:水力反循环取芯钻进技术在煤矿井下地质构造探查中应用效果较好,本次试验综合取芯率为78.83%,单孔最高取芯率为90.68%,所获得的煤岩芯质量较高,结合现场返芯情况、岩芯性质、返水情况及实测钻孔轨迹,可以对煤矿井下地质构造做出准确判断。     

取样钻头内嵌环形喷射器喷嘴参数研究

环形喷射器是实现井下反循环取样技术的关键部件。采用数值模拟和现场实验相结合的方法,研究了取样钻头内嵌环形喷射器的性能。研究发现,对于取样钻头内嵌的6喷嘴环形喷射器,喷嘴安装角和喷嘴直径是影响喷射器性能和取样效果的关键参数。通过喷射器的负压指标、效率指标及现场实验得出:喷嘴安装角为15°、直径为2.1 mm的6喷嘴环形喷射器性能最优。内嵌该喷射器的取样钻头现场应用中取样效果在取样深度、取样时间和取样质量方面均满足瓦斯含量测定的取样要求。     

粉粒状物料装运研究

阐述了气力输送压送式系统和吸送式系统的工作原理，以及系统主要部件的结构特点。论述了大气输送是一种粉粒状物料装运的有效方法，作为粉粒状物料的仓储和装运的输送装置值得广泛推广。     

超千米大直径煤矿降温井钻井技术

热害是深部煤矿开采中的一个灾害,煤矿送冰降温井是地面至井下输送降温冷介质的通道,是实现矿井井下降温的关键系统之一。结合沈煤集团红阳三矿一组超千米大直径降温井工程实例,介绍了煤矿降温井的施工目的及钻井和完井工艺技术。     

多工艺钻进技术在塔山煤矿瓦斯抽采钻孔中的应用

大同煤矿集团公司塔山煤矿4号瓦斯抽排孔终孔口径为1200 mm,孔深423.66 m,孔底位移≯2 m。孔径大、钻孔深、精度高是本工程的主要难点。钻进施工中采用了气动潜孔锤、双壁钻杆气举反循环及组合牙轮多级扩孔等多种工艺,提高了钻进效率,保证了孔身质量,取得了良好的经济效益和社会效益。     

多工艺空气钻进技术及其新进展

多工艺空气钻进技术具有很多优点,多年来除在水井、地热井广泛应用外,现煤矿瓦斯排放井、煤层气井、油气田井、太阳能井及各种大口径工程施工孔也已成为应用的热点。实践已充分证明,气动潜孔锤钻进技术,气举反循环钻进技术最受青睐。介绍了气动潜孔锤和气举反循环钻进技术的发展概况、工作原理、操作要点及应用的注意事项等。     

气力输送原生矸石充填系统的研究

对新汶矿业集团协庄煤矿气力管道输送原生矸石充填系统进行了简要介绍,并通过理论数据分析了气力矸石充填技术的设计与计算方法,为未来煤矿气力输送技术的设计与应用提供基本的理论依据。     

煤矿用钻杆疲劳寿命试验系统的研究与设计

为了满足目前煤矿井下瓦斯抽采、探放水以及地质探测等钻孔施工大孔深、大直径的需要,施工工艺对钻具使用寿命与质量提出更高的要求,其最大工作扭矩已经超过20000 Nm,现有煤矿井下钻杆质量与疲劳寿命缺乏有效的检验检测手段,钻具没有报废标准,导致煤矿井下钻孔施工事故频发。基于钻杆质量检测与钻具疲劳寿命研究需要,研制了一种煤矿用大扭矩钻杆疲劳寿命试验系统,最大扭矩达25000 Nm,可模拟矿用钻杆在施工条件下的扭矩、推进力、径向位移等载荷与约束,为钻具质量检测和疲劳寿命研究提供一种方法。     

气动系统横管式导流旋流分离器的阻力研究

国内煤矿气动系统的主要动力供给方式是由空气压缩机集中供气，通过长距离管道输送给井下各工作面的气动设备使用。水是气动系统中很难避免的污染物，当空气被压缩以后，产生的副产品是水蒸气。压缩空气通过长距离管道输送，由于输气管道采用钢管，铁锈是不可避免的。因此气动系统的主要污染物是水滴和固体颗粒（铁锈、煤尘等），气动设备80％以上的故障是由供气中的污染物造成的。提高气动设备可靠性的关键是控制气动系统的污染物。     

空气反循环连续取样钻进技术在紫金山金铜矿区的应用

紫金山金铜矿矿产勘查中使用空气反循环连续取样钻进工艺,解决破碎地层、缺水地区钻探取样难、施工成本高的问题。介绍了机具的配套、钻进工艺流程及施工注意事项,特别是针对紫金山金铜矿区破碎、漏失地层,为提高钻进效率,采用正反循环2种潜孔锤钻进,获得了高的采样率,提高了施工效率,大幅度降低了施工成本。     

风管式气举反循环钻具及其在大口径钻井施工中的应用

目前大口径钻井施工中常用的泥浆正循环钻进存在着泥浆流速慢、携渣能力差、重复破碎严重、钻井效率低、钻头磨损快、能源消耗大、钻井事故发生率高等问题,气举反循环钻进工艺可有效解决上述问题。风管式气举反循环钻井工艺简单易实现,能有效减少重复破碎,钻进效率高,能源消耗少,钻头寿命长,成井质量好,对涌水和漏失均有很好的抑制作用。介绍了风管式气举反循环钻井工艺原理、专用钻具及其现场使用情况。     

高温环境下料浆大流量输送管流特性研究

为分析大流量管道输送过程中温度上升对料浆管流特征的影响,得出高温环境下料浆最佳输送管径及初始流速等参数,建立了充填料浆输送L管模型,基于流变试验获取料浆塑性黏度和屈服应力,利用COMSOL数值模拟软件分析了高温环境下不同温度、管径以及初始速度对应的管流速度场特性。结果表明：随着温度升高,充填料浆屈服应力以及塑性黏度随之降低;在弯管与水平管相接处,流态不稳定,料浆速度层出现较大变化,由塞流推进转化为速度自上而下递增的流动模式,易造成堵管、爆管;温度提高会导致中心最大流核区面积减小,温度为40、50、60 ℃时,最大流核区径向长度分别为0.09、0.07、0.05 m,减小率为22.2%,最大流速随之增加,当温度为40 ℃时,径向最大流速为2.978 m/s,温度增加至60 ℃,最大流速增大至3.135 m/s;随着管径增大,塞流最大流速区面积增加,管径为200 mm、240 mm时,最大流速区径向长度分别为0.1 m、0.12 m,最大流速随之减小,管径自200 mm增大至240 mm,最大流速由2.977 m/s变为2.876 m/s;随着进口速度增加,料浆中心最大流速区域增大,对塞流区域面积大小影响较小。基于上述试验成果,为减少输送阻力损失,提高矿山效益,建议矿山输送料浆参数选取温度40~50 ℃,管径200 mm,初始流速2.5 m/s。上述分析可为矿山充填设计及进一步研究管道输送流态问题提供一定的理论依据。