钻孔三维可视化系统构建与应用

针对当前寺河矿瓦斯抽采钻孔人工设计工作量大、效率低、精度差、易发生空白带安全隐患等突出问题,通过瓦斯抽采钻孔智能设计、钻孔三维建模,开发煤矿钻孔三维可视化分析软件系统。煤矿钻孔三维展示分析系统实现了瓦斯抽采钻孔的智能设计,自动成图和三维环境的钻孔形态展示,为煤矿瓦斯抽采钻孔设计分析提供了专业化工具。     

矿井多煤层瓦斯穿层抽放钻孔轨迹测量技术

针对煤矿井下钻孔群轨迹测量及监测技术研究及应用较少,无法实现瓦斯抽采盲区的分析与显示、无法指导后续钻孔设计施工等问题,利用钻孔轨迹监测技术及数据处理软件,实现钻孔群轨迹实时测量与三维绘图。该技术硬件由钻孔轨迹测量系统组成,软件功能包括钻孔轨迹计算、巷道及钻孔三维建模与显示。钻孔数据处理实现钻孔轨迹的计算,钻孔轨迹三维建模将钻孔轨迹、煤层走向等信息通过三维方式显示,钻孔轨迹设计指导模块给出钻孔抽采盲区,实现了煤矿地质透明化。实践表明:利用随钻轨迹监测技术对钻孔轨迹进行监测,可有效控制或消除了钻孔瓦斯抽采盲区,利于煤矿瓦斯抽采与施工安全。     

基于三维可视化技术底板穿层钻孔瓦斯抽采仿真系统研究

针对煤矿工程人员对钻孔瓦斯抽采工艺认识及在安全培训中的不足,以淮南矿业集团潘二矿底板瓦斯抽采场为例,基于三维可视化与虚拟仿真技术进行了底板穿层钻孔瓦斯抽采工艺仿真系统的设计与开发,利用3DMAX三维建模软件对矿区煤岩层赋存状况及钻机、注浆泵等设备进行三维模型的创建,提出了系统设计开发的工艺流程,开发了基于三维可视化及虚拟仿真技术的穿层钻孔瓦斯抽采仿真系统。     

三维立体瓦斯抽采钻孔程序设计及应用

针对煤矿设计部门瓦斯抽采钻孔设计繁琐、效率低等问题,提出了底板穿层钻孔和石门揭煤钻孔抽采瓦斯参数设计模型,基于3DSMAX软件平台开发了三维立体瓦斯抽采钻孔程序,将程序用于现场瓦斯抽采钻孔设计。结果表明:三维立体瓦斯抽采钻孔设计结果以三维图和参数报表输出,三维图形能方便地转换为平、剖面图,并用于现场施工,参数报表给出了钻孔施工参数及工程量。通过修改钻孔设计参数,可以优化钻孔设计,节省钻孔工程量和施工费用。     

寺河煤矿瓦斯抽采钻孔三维可视化应用分析

采用虚拟现实和表面建模技术,以矿井瓦斯抽采钻孔实际数据为基础,建立瓦斯抽采钻孔三维效果展示及分析平台,可以自动分析地面钻孔、千米钻孔、普通钻孔等多种钻孔施工参数及探测数据,通过现场瓦斯钻孔三维可视化应用分析,提升了矿井瓦斯抽采技术和管理水平。     

矿井随钻三维轨迹监测技术研究

煤矿井下钻孔施工中,在缺少控制钻孔轨迹偏移测量技术的情况下,施工钻孔轨迹与钻孔设计轨迹偏差较大,无法满足煤矿瓦斯抽采的设计需求。分析了随钻钻孔三维轨迹测量技术,通过对随钻三维轨迹测量技术的研究,精确控制瓦斯钻孔轨迹,解决瓦斯突出煤层快速掘进及安全高效回采问题。钻孔随钻三维轨迹测量技术是通过对钻机开孔角度的精确测量和对钻孔轨迹的精确测量,使用三维轨迹成图方法显示。大量的数据采集与施工验证表明,该方法成为预抽钻孔煤层保安全、促生产过程中的重要环节,能够避免钻孔设计及施工的盲目性,提高了抽采钻孔的利用率及施工速度。     

瓦斯抽采管道连接方式的改进及应用

 为了改进煤矿瓦斯抽采管路的连接方式,并解决井下一线工人认知水平有限的问题。根据煤矿瓦斯抽采指标的考核要求和抽采原理,以及保证井下安全的重要性,本文以山西潞安?余唔煤矿为例,介绍了该矿井下钻孔到抽采主管的管路连接方式改进的先进经验,着重分析井下钻孔到抽放主管的管路连接方式的改进,以及用三维建模和动态演示的方法形象生动的分析及演示改进过程,为主解决井下一线工人更加迅速的看懂连接方式原理图,减少出错,而且取得现场应用,并提高了瓦斯抽采效果。     

邻近层瓦斯高低位钻孔和迎向钻孔抽采效果分析

文章以上社煤矿为例,分析了瓦斯抽采巷施工高低位钻孔、回风巷道施工迎向钻孔联合抽采方法对其邻近层瓦斯抽采效果。结果表明:在抽放稳定期内,瓦斯抽采巷高位钻孔的总混合流量保持在70 m^3/min以上,总纯瓦斯流量基本保持在50 m^3/min以上;回风巷道钻场钻孔的总混合流量基本保持在40 m^3/min左右,总纯瓦斯流量保持在20 m^3/min左右;瓦斯抽采巷低位钻孔的总混合流量基本保持在38 m^3/min左右,总纯瓦斯流量则保持在15 m^3/min左右。综合比较,瓦斯抽采巷高位钻孔的抽采效果比瓦斯抽采巷低位钻孔和回风巷道钻场钻孔的效果好,除单孔平均混合流量外,瓦斯抽采巷高位钻孔其余各项指标的值都比瓦斯抽采巷低位钻孔和回风巷道钻场钻孔的值高。     

基于GIS的三维透明瓦斯地质软件开发与应用

在煤矿智能化建设的大背景下,通过软件技术实现矿井地质三维透明化,是煤矿精准开采和安全生产保障的重要技术手段。瓦斯地质作为矿井地质保障的重要组成部分,其表现手段从二维地图向三维透明可视化的提升势在必行。本文在对比研究国内外三维GIS平台的基础上,基于软件工程方法设计了三维透明瓦斯地质软件的框架和模块功能,研究了巷道及工作面、钻孔、煤(岩)地质体、瓦斯分布、断层及陷落柱的三维建模方法。为了增强三维瓦斯地质的应用能力,设计了基于地质体和体元栅格模型的应用工具,辅助观测和理解三维瓦斯地质信息。最后基于GIS平台开发实现了三维透明瓦斯地质软件,利用试验矿井数据进行了应用研究,取得了较好的三维瓦斯地质建模效果。研究结果表明,基于GIS设计开发三维瓦斯地质软件,是实现矿井瓦斯地质透明化的可靠技术途径,可为煤矿智能化建设提供有力支撑。     

钻孔随钻三维轨迹测量技术研究

煤矿井下钻孔施工中,在缺少控制钻孔轨迹偏移测量技术的情况下,施工钻孔轨迹与钻孔设计轨迹偏差较大,无法满足煤矿瓦斯抽采的设计需求。阐述了随钻钻孔三维轨迹测量技术,目的是通过对随钻三维轨迹测量技术的研究,精确控制瓦斯钻孔轨迹,解决瓦斯突出煤层快速掘进及安全高效回采问题。钻孔随钻三维轨迹测量技术是通过对钻机开孔角度和钻孔轨迹的精确测量,使用三维轨迹成图方法显示。通过大量的数据采集与施工验证证明,该方法成为预抽钻孔煤层保安全、促生产过程中的重要环节,避免了钻孔设计及施工的盲目性,提高了抽采钻孔的利用率及施工速度。     

新景矿低位抽采巷下向穿层机械造穴技术

试验低位抽采巷下向穿层机械造穴技术,结合地质条件和煤层赋存情况制定了钻孔设计方案。根据工况实际总结出一套适应现场的工艺流程,并对钻孔抽采数据进行了汇总分析,主管平均抽采浓度为41.6%,瓦斯抽采量为2.21 m³/min。该技术的应用为保护下覆15^#煤层掘进消突、提高矿井衔接效率、降低施工成本提供了有益经验。     

石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计及应用

高瓦斯或突出矿井石门揭煤前,需要设计抽采钻孔并将钻孔位置立体展现在巷道与煤层交互面上。为解决普通AutoCAD等绘图软件无法满足大量计算的问题,本文结合煤矿瓦斯抽采的相关规定,基于Matlab软件编程,采用匈牙利算法和模拟退火算法,开发了石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数的自动优化设计软件。应用结果表明:①自动优化设计软件可以解决基于任意煤层、巷道空间位置、抽采输入条件下的钻孔参数自动优化设计和方案对比问题,极大提高了计算效率和准确率;②图像绘制功能可以实现钻孔轨迹立体化呈现;③在确定抽采钻孔参数基础上同步设计验证钻孔布孔参数,实现抽采设计、验证的闭环控制;④实现任意补孔参数设计功能,大大提高了自动优化设计软件的实用性,解决了井下补孔参数设计问题。应用石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计可以获得最优化抽采钻孔参数,极大提高了煤矿现场技术人员工作效率,为煤矿智能开采提供了重要支撑。     

基于Surpac的西北某金属矿山地质数据库构建与应用

以西北某金属矿山为例，采用Surpac软件构建了地质数据库并进行了工程应用。通过构建矿山地质数据库，对原有36 000多条地质数据进行了有效整理和归集；通过进行钻孔三维建模，发现并查找出了原数据记录中的数百条错误，经过数据类比分析，对其中的错误数据进行了修正。根据构建的矿山地质数据库，对10 572个样品段进行了统计分析，精确标示出原矿中TFe品位的平均值接近30.5％及其他品位的分布特征。研究表明：通过构建该矿地质数据库，可对采矿工程、地质工程、储量估算、矿石品位动态管理等提供技术支持。     

近距离煤层群高瓦斯工作面瓦斯立体抽放模型的建立和应用

针对近距离煤层群高瓦斯工作面的地质和开采条件,建立了高瓦斯工作面巷道掘进期间和工作面推采期间的瓦斯立体抽放巷模型。巷道掘进期间采用预掘内错底板低位巷或内错顶板高位巷并布置穿层钻孔或布置随掘进的瓦斯抽放钻场进行瓦斯的立体抽放;工作面推采期间采用内错顶板高位巷穿层钻孔和工作面巷道顺层钻孔预抽瓦斯的立体抽放技术。以瓦斯立体抽放模型为基础,结合矿井实际地质条件、矿井巷道围岩与开采环境条件和技术工艺条件,进行了瓦斯立体抽放的实地实验和应用,确定瓦斯抽放巷的垂距和内错距离为15 m、高位巷钻场间距100 m、顺层钻孔间距2 m等参数;并进行了保护层瓦斯的预抽。通过瓦斯立体抽放实现了巷道掘进与工作面开采的瓦斯抽放要求,既控制了本煤层工作面的瓦斯浓度,实现了安全开采,又释放了上部煤层的瓦斯。     

基于Surpac软件的矿区三维地质体建模

三维地质建模可以对复杂的地质体进行直观的显示和表达,有利于展现地质体的内部形态特征,便于矿山的管理与地质研究。以某铁矿床为研究对象,对该地区相关地质资料进行整理和收集,对地质勘探线数据和生产勘探线的钻孔数据进行信息化处理。基于三维矿业建模软件 Surpac,建立矿区地质体数据库、地质体实体模型和巷道模型。同时建立矿体模型为圈定有效的开采边界提供依据,并根据此模型及生产勘探线数据建立局部矿体模型加以比较,更新模型。建立地质体整体模型为生产勘探过程提供技术支撑,为矿山的开采计划提供指导意见。     

深部煤与瓦斯共采中的优质瓦斯通道及其构建方法

瓦斯抽采钻孔围岩的破坏形态和范围对于瓦斯通道区域的联通具有重要影响。以钻孔围岩“蝶形塑性区”理论模型为基础,对深部煤与瓦斯共采中钻孔瓦斯导向通道进行了研究,结果表明：深部环境和采矿活动引起的“加载”与“卸荷”效应,会使钻孔围岩出现有利于瓦斯导通的“蝶形塑性区”,蝶叶长度可达钻孔直径的几十倍以上。以“蝶形塑性区”理论为基础,提出了优质瓦斯通道的概念：通过协调采矿工程活动与瓦斯抽采钻孔布局,形成有利于瓦斯抽采的瓦斯导通和流动网络;并确定了以构建优质瓦斯通道的应力环境,确定钻孔布置岩层层位及协调采矿活动与钻孔时空关系为主要内容的优质瓦斯通道构建方法,以实现优质瓦斯通道的高效性、稳定性、长期性,提高瓦斯抽采效率。     

基于超大直径钻孔的瓦斯治理技术研究

针对天地王坡煤矿井田地质情况及瓦斯抽采钻孔易塌孔、施工难度大、成本高等技术难题,进行了煤层超大直径钻孔技术装备及瓦斯治理工艺研究。提出了"以孔代川"的瓦斯治理工艺新方法,研制出基于螺旋钻杆与外护管同步钻进技术的超大直径钻孔装置,有效解决了工作面瓦斯超限问题。     

洪泽湖北部黄泛区三维地质建模及可视化系统的应用研究

传统地质调查存在信息庞杂、叠加失真和评价失效等问题,难以应用于工程决策中,而大量勘察工作所积累复杂多样地质数据,也给工程顺利进展带来极大困扰。以洪泽湖北部黄泛区（泗阳县）为例,从三维地质建模系统及可视化的概念出发,探讨了基于钻孔数据的三维建模的一般过程,包括数据库建立、系统开发、信息查询与管理、三维模型建立及可视化分析。研究得出,基于Access数据库建立了综合地质数据库,实现了数据库和软件的基本功能;基于Sakia3D平台,采用“钻孔—层面”模型方法,建立了泗阳县三维地质模型;研发了基于三维模型的剖面分析和专业剖切分析功能。研究提高了软件可操作性,节省了工程造价,缩短了工期。     

石门揭煤抽排瓦斯布孔数学模型及可视化应用

为了在不同的巷道与煤层位置关系下使石门揭煤抽排瓦斯钻孔的参数计算准确、省时,达到钻孔数目优化且方便绘制对应可视化图形,首先用解析几何中向量夹角、平面方程等计算方法建立了钻孔参数计算数学模型;然后用AutoCAD中一些可视化方法建立了三维巷道、钻孔及煤层的可视化模型;最后在CAD中用VBA编程,编制参数计算、图形绘制的宏等,利用程序自动求取设计参数,并绘制可视化图形。计算的结果被导出到Excel,其数据和可视化图形与实际情况较为相符,可用来指导石门揭煤抽排钻孔设计和施工,建立的数学模型可供钻孔设计人员参考。