钻屑法预测冲击地压的数值模拟研究

RFPA软件可实现对岩石破坏全过程的应力、应变的连续模拟显示,可对比分析不同位置煤岩的应力、位移特征。本文以耿村煤矿的具体地质条件为原形,通过RFPA数值模拟,研究向煤体打钻屑孔过程中应力和位移等变化规律,以预测冲击地压的危险性。     

低透气性煤层松动爆破增透效应研究

松动爆破是防治瓦斯突出的有效措施。针对煤层透气性差,突出危险预测指标高的问题,采用松动爆破技术对煤层进行卸压增透。结合某矿工作面煤体和爆破参数,理论计算了爆破后裂隙圈范围,主要包括应力波作用和静压破坏作用两部分,分别为0.41 m和1.47 m;通过布置钻孔并观测瓦斯流量变化,裂隙圈范围与理论计算较为接近,略小于应力波和静压破坏两部分理论计算之和;在理论计算和现场观测的基础上,确定合理的钻孔间距为3 m。采煤工作面经卸压爆破后,突出预测指标S(钻屑量)和q(瓦斯涌出初速度)分别下降了16.7%和57.1%,有效降低了工作面突出危险性。     

压风排渣技术在石门揭煤钻孔中的应用

压风排渣成孔是利用矿井压风系统或移动压风泵的压缩空气,经过钻杆内孔、钻头进入钻孔孔底,在孔内形成高速风流,将钻屑吹向孔口,从而实现排渣并冷却钻头。其优点是对孔壁冲击小,不易破坏孔壁产生垮孔;在钻进过程中产生的瓦斯气体与压缩空气混合更有利于钻屑的排出,从而减少施工钻孔时产生卡钻、抱钻事故。本文主要介绍了压风排渣技术在五沟煤矿中的应用以及应用过程中出现的问题和解决办法。     

钻杆纵-扭耦合振动的试验研究

提出了一种新型的钻杆纵-扭耦合振动模拟测试系统。基于该系统设计了单因素试验,研究了驱动转速、进给速度、钻头直径、岩样强度和钻杆刚度对钻杆振动的影响规律,并通过正交试验探究了以上各因素对钻杆振动的影响程度。单因素试验结果表明,随着转速的增加,纵向振动幅值先减小后增大,但扭转振动幅值逐渐减小;随着进给速度的增大,纵向振动幅值逐渐减小,但扭转振动的幅值逐渐增大;转速增加导致扭矩和钻压下降,而进给速度增加导致扭矩和钻压上升;采用小直径钻头,低强度岩样,低刚度钻杆均有助于减小钻杆纵向振动幅值,但均导致扭转振动幅值增加。正交试验结果表明,转速对纵向振动的影响程度最大,进给速度对扭转振动的影响程度最大。试验结果与已有钻杆纵-扭耦合振动两自由度模型的数值仿真结果基本吻合。     

宽沟煤矿覆岩活动及应力演化的数值模拟研究

研究工作面覆岩活动及应力演化对于防治本工作面的冲击灾害有着重要的意义。本文根据宽沟煤矿实际的地质条件和生产状况，对W114332作面覆岩活动及应力演化进行了数值模拟研究。模拟结果表明：（1）W1143工作面回采受上分层影响显著；（2）当工作面接近上方采空区下方时，煤体应力开始升高，集中程度加大，冲击危险性增加；（3）由于工作面超前支承压力和上层煤残留煤体对下方煤体应力叠加，当w1143工作面距离上层煤果空K水平面的投影20m时，工作面前方应力集中程度达到最大；（4）工作面进入上分层采空区下方后，工作面的危险性开始降低。     

测温光纤系统在自燃发火煤层中的应用

煤层自燃发火是煤矿生产的主要灾害之一,严重威胁着煤矿安全生产,为了控制这类灾害的发生,煤层自燃发火的预测预报技术备受关注。在煤层氧化时,首先要放出热量使煤体温度升高,这是煤层发火征兆必备条件之一。根据龙煤集团鹤岗分公司兴安煤矿实际情况,引进测温光纤技术,通过对自燃发火煤层温度变化的监测监控,及时、准确地预测预报煤炭自燃发火征兆,判断自燃发火发展的趋势,及时采取措施降低温度,达到防止火灾发生的目的。     

煤与瓦斯突出危险性预测敏感指标研究

为了提高煤与瓦斯突出危险性预测预报的准确性和有效性，本文根据神华集团天荣煤矿历史预测数据进行分析，利用“三率”法和灰色系统理论，初步得出适合该矿2#煤层的突出预测敏感指标。     

钻屑法预防冲击地压的现场应用技术

我矿回采的7267工作面采深在-718至-773米,所采7#煤经鉴定具有弱冲击倾向性,且7267施工的溜子道临近7269采空区,煤层厚度不均且存在断层,为防止在掘进过程中受地质条件影响造成的高应力集中区造成冲击地压事故,必须在施工中采取有效的防范措施,保障安全生产。本文主要阐述了现场采用钻屑法对冲击地压的预测预报的方法监测并根据应力大小情况及时采取有效的卸压方案,以达到预防冲击地压目的。     

低透气性煤层双孔预裂爆破增透数值模拟

煤层深孔预裂爆破增透技术可以有效解决低透气性煤层瓦斯难抽采问题,通过研究不同爆破方法对煤体破坏范围的影响进而确定合理的爆孔半径对提高瓦斯抽采率具有重要的意义。以潞安矿区漳村煤矿3#煤层为研究对象,采用数值模拟的研究方法研究了双孔连续爆破应力波的传播过程及对煤层影响的范围。研究结果表明:单孔爆破模型应力波的传播特性以及爆破影响范围与双孔爆破模型存在明显差异,双孔爆破应力叠加破坏煤体的范围要远于单孔爆破对煤体的影响;通过钻孔间距为5 m、8 m和10 m的两孔连续起爆模拟结果比较,确定漳村煤矿3#煤层预裂爆破两爆破孔的合理间距为8 m。     

浅谈矿井火灾防治技术

矿井火灾的防治工作主要包括三个方面：煤层自然发火危险性评价、煤层自然发火的预测预报和矿井火灾的防治技术。煤层自然发火危险性评价的目的是要在火灾发生之前对火灾发生的可能性做出科学性的评价,煤层自然发火的预测预报是在煤矿生产过程中对可能或已经发生的火灾进行监测和预测,而矿井火灾防治技术则是对即将发生或已经发生的火灾采取措施,阻止火灾的发生。     

新型钻杆的携岩原理研究与数值仿真分析

随着川渝地区的钻井深度不断增大,管柱在下入过程中易受到井内岩屑的影响,进而出现卡钻现象,甚至发生钻具断裂等重大事故。为了提高川渝地区页岩气水平井内的岩屑运移能力,设计了2种新型钻杆——悬浮式铝合金钻杆和新型脉冲射流钻杆,并与普通钻杆进行对比分析。首先,对3种钻杆的结构与携岩原理进行理论分析。然后,在ANSYS软件中建立3种钻杆的携岩仿真模型,通过采用不同的网格划分方法来验证各仿真模型的网格无关性与收敛性,并利用搭建的室内岩屑运移装置验证了仿真模型的准确性。最后,在岩屑粒径、钻井液入口排量和井斜角等因素改变的情况下,对3种钻杆的携岩能力进行了仿真分析。结果表明,悬浮式铝合金钻杆和新型脉冲射流钻杆的携岩能力相比普通钻杆有所提高。研究结果对提高水平井内的岩屑运移速度、改善井眼清洁度和减少岩屑床生成具有重要意义。     

基于共轭斜量法的凿岩参数自寻优控制研究

在凿岩过程中,影响凿岩速度的因素主要有凿岩机输出的冲击能、活塞冲击频率、液压推进力、钎杆回转速度和岩石性质。针对目前无法根据岩石性质快速实现凿岩参数的最优匹配,凿岩速度难以达到理论设计最佳值的问题,提出基于共轭斜量法的凿岩参数自寻优控制方案。将冲击能和冲击频率、推进力和转钎速度分成2组进行动态寻优,并充分考虑岩石性质对凿岩速度的影响,使得各凿岩参数可以快速地达到最优匹配关系。利用MATLAB软件对该自寻优方案在采用固定步长和模糊变步长时的应用效果进行仿真分析,验证该方案的可行性和合理性,并进行推进力和转钎速度的自寻优试验,以验证理论分析和仿真结果的正确性。仿真和试验结果表明基于共轭斜量法的自寻优控制方案可使凿岩参数快速收敛于最优值附近,极大地缩短了实现最佳凿岩速度所需的寻优时间,与常规方法相比凿岩速度可提高13.2%。研究结果对岩石开采设备的自寻优控制以及岩石开采效率的提升有良好的指导价值,同时为凿岩自动化和智能化的实现提供了一种新思路。     

基于光纤光栅传感的螺纹钻杆复合载荷多节点检测技术

引入光纤光栅应变传感器和温度传感器,结合螺纹钻杆复合载荷（轴向压力、弯矩和扭矩）分离理论,实现对钻进过程中螺纹钻杆多节点处复合载荷自动分离与在线检测,同时对钻进过程中出现的温升进行了补偿。将检测结果与电机施加的载荷（压力和扭矩）进行对比分析,认为螺纹钻杆前端（靠近钻头一侧）受到被钻物侧向挤压和摩擦阻力较大,使得电机施加的压力和扭矩传递损耗较多,导致易磨损、变形;而螺纹钻杆中段和末端只是短暂甚至未进入被钻物,传递损耗相对较少,受弯矩的影响较大。该检测技术为钻杆材料的选择、结构优化和钻进参数的选定提供技术支撑。     

岩屑床破坏器在水平井斜井段的清洁效果研究

针对水平井斜井段岩屑堆积成床易造成钻柱摩阻、扭矩增大及卡钻等问题，对斜井段中岩屑床破坏器的影响规律和清洁效果进行评估分析。首先，基于CFD （computational fluid dynamics，计算流体动力学）技术，对岩屑床破坏器的清洁机理进行研究，并通过对比分析得到岩屑床破坏器的清洁效果。然后，分析了不同井斜角、钻井液排量和钻柱转速下岩屑床破坏器对水平井斜井段岩屑床的影响规律，并对岩屑床破坏器的工况参数进行优选，以更好地发挥其清洁作用。最后，通过岩屑床破坏器的现场应用来验证其清洁效果。结果表明，岩屑床破坏器对水平井斜井段井眼的清洁效果非常明显，使用后可减小钻柱的摩阻和扭矩，有效防止钻进过程中卡钻事故的发生。研究结果可为岩屑床破坏器的使用提供指导。     

基于Unity3D煤矿钻机虚拟装配培训系统开发

目的 改善当前煤矿钻机装配培训可视化程度不高,培训质量偏低的现状。方法 结合UG与3ds max三维动画软件各自建模优势,探讨了三维模型重构和烘焙纹理贴图的处理方法,搭建模型结构树,采用C#语言编写实现装配系统的核心脚本,研究相关装配动画轨迹控制,设计不同的系统UI界面方案,并通过坐标法和平均法对方案获得不同受众的权重评分进行计算得到最优方案。结果 基于Unity3D虚拟引擎平台,开发并实现了一套以第一人称视角进行的煤矿钻机虚拟装配培训系统。采用HTC VIVE Pro外接式头戴设备对接系统调试运行和最终发布,实现人机交互操作。结论 虚拟装配培训系统展现了完整的装配流程,通过友好的人机交互给予受训人员新颖生动的教学体验,初步探索虚拟现实技术在煤矿钻机智能化方向与远程交互控制的融合,并对钻机的市场推广应用提供了新思路。     

钻杆疲劳寿命预测技术的研究现状与展望

钻杆是石油天然气钻井的最主要工具,也是失效最为频繁的钻井工具。钻杆的失效绝大多数与疲劳有关,钻杆疲劳寿命预测技术的研究对于控制钻杆失效事故的发生具有重要意义。综述了当前国内外在钻杆疲劳寿命预测技术方面的研究现状及取得的研究成果,针对各种钻杆疲劳寿命预测方法的特点及应用情况进行了详细介绍,并分析了钻杆疲劳寿命预测过程中面临的问题。最后,展望了钻杆疲劳预测技术研究的重点方向和发展前景。     

Influence of process parameters on cutting force and torque during drilling of glass–fiber polyester reinforced composites

This research outlines the Taguchi optimization methodology, which is applied to optimize cutting parameters in drilling of glass fiber reinforced composite (GFRC) material. Analysis of variance (ANOVA) is used to study the effect of process parameters on machining process. This procedure eliminates the need for repeated experiments, time and conserves the material by the conventional procedure. The drilling parameters and specimen parameters evaluated are speed, feed rate, drill size and specimen thickness. A series of experiments are conducted using TRIAC VMC CNC machining center to relate the cutting parameters and material parameters on the cutting thrust and torque. The measured results were collected and analyzed with the help of the commercial software package MINITAB14. An orthogonal array, signal-to-noise ratio are employed to analyze the influence of these parameters on cutting force and torque during drilling. The method could be useful in predicting thrust and torque parameters as a function of cutting parameters and specimen parameters. The main objective is to find the important factors and combination of factors influence the machining process to achieve low cutting low cutting thrust and torque. From the analysis of the Taguchi method indicates that among the all-significant parameters, speed and drill size are more significant influence on cutting thrust than the specimen thickness and the feed rate. Study of response table indicates that the specimen thickness, and drill size are the significant parameters of torque. From the interaction among process parameters, thickness and drill size together is more dominant factor than any other combination for the torque characteristic.     

Experimental Study on Force of Electric Heating Drilling to Hard-to-Cut Materials

In this study, a simple and flexible transplantation device of electric heating drilling is developed for hard-to-cut materials. Based on this device, small holes (diameter of 1–3 mm) are drilled for stainless steel 1Cr18Ni9Ti and high manganese steel ZGMn13 adopting hard carbide twist drill YG6A. In the process of electric heating drilling, the dynamic change in drilling force (including axial force and torque) is discussed with the change in variant heating current, cutting speed, and feed. Experimental data show that axial force and torque increase with increasing cutting speed and feed, and with increasing heating current, total drilling force is obviously reduced in the initial stage, then it increases slightly over time. The heating current helps to reduce axial force and torque, which shows that electric hot drilling is effective in hard-to-cut materials.     

G-105钢在盐水钻井液中的腐蚀行为

为了解决盐水钻井液对钻具的腐蚀,通过对现场钻杆腐蚀产物的EDS分析发现,其主要成分为铁的氧化物Fe2O3;盐水钻井液对钻具的腐蚀主要是氧的去极化腐蚀,且腐蚀产物疏松,对钻杆保护作用较差.通过室内动态模拟试验发现,随着温度升高和转速增加,G-105钢在盐水钻井液中的腐蚀速率都会增加;含盐量较低时(＜3%)泥浆中的盐分对溶解氧的排驱作用较小,主要起增强导电性作用,此时,G-105钢在盐水钻井液中的腐蚀速率随着盐含量的增加而增大,随后,盐对溶解氧的排驱作用占优势,腐蚀速率随盐含量的增加而降低.     

准直孔掏槽全断面爆破技术在河东煤矿的应用

为了加快岩巷掘进速度,应用准直孔掏槽和全断面一次爆破技术为河东煤矿设计了新的爆破方案,现场爆破效果超过了预期设想,爆破效率得到大幅提高,各项经济技术指标得到明显优化,成功地实现了准直孔掏槽全断面一次爆破。这2项技术为岩巷钻爆法掘进速度的提高提供了有力支持。