煤炭地质 矿井地质

• 深部变面长采场顶板破断演化的力学机制分析

  王新丰;陆明远;

  不规则煤层开采容易引发顶板应力集中、矿压显现异常等问题，为探究变面长采场顶板破断规律与结构演化特征，针对工作面斜长由小变大的突变型采场不同开采阶段的几何特征与力学成因，运用小挠度薄板弯曲理论依次建立并解析4种边界条件的顶板结构模型。根据变面长采场顶板矿压分区显现特征，采用MATLAB与FLAC~(3D)数值模拟方法分析顶板破断规律与宏观力学响应。通过系统分析与总结归纳，构建了变长工作面“三场三区三结构”的覆岩结构传递演化模式，提出了“两场两规律”的顶板分区破断效应。并通过典型工程案例的矿压实测进行应用验证。结果表明：变面长采场分为小面采场、变面采场和大面采场，小面采场顶板为缓压型结构，发生的是传统“O-X”形破断；变面采场顶板为突变型结构，顶板断裂产生的延长形与漂移形“O-X”破断裂隙与大面采场增压型结构顶板的裂纹发育特征较为相似，故将二者整合为全大面采场；全大面采场顶板发生的是“X-O”形破断，裂纹继续发展产生延长形破断，形成“两场两规律”的顶板破断理论。研究结论为探明变面长采场的覆岩运移本质，加强深部复杂煤层赋存条件下的顶板灾害防控提供了重要依据。

  2022年10期 v.50;No.298 1-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 3515K]
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• 煤系正断层带影响下的煤层瓦斯赋存规律

  肖鹏;吴铭川;双海清;韩凯;高振;程玥颖;

  渭北煤田多变形运动期和多组构造叠加孕育出的煤系断层带对煤层瓦斯赋存产生重要影响。采用地质分析、COMSOL Multiphysics多物理场数值模拟和现场数据监测相结合的方法，分析煤系正断层带的应力分布特征及断层之间相互作用关系，研究煤系正断层带影响下的煤层渗透率变化特征，模拟正断层带形成后的瓦斯运移状态和浓度分布情况，基于瓦斯含量和瓦斯涌出量监测结果进一步分析得到煤层瓦斯赋存规律。研究结果表明：煤系断层带的应力集中主要分布在煤层断层面上，应力降产生在岩层、煤层及各断层面交汇点处；煤系断层带影响区域的煤层渗透率由大到小依次为：断层面、区域平均值、断层上盘、断层下盘；随模拟时间增加，煤层瓦斯浓度逐渐减小，煤系正断层带内部地堑、地垒、阶梯状断层瓦斯浓度降低速率略大于两侧边界断块，瓦斯在断层断块内部及正断层带外侧边界表现出明显的积聚特性；煤系正断层带内部瓦斯含量和回采期间回风流瓦斯体积分数平均值分别为2.592 1 m~3/t、0.224 0%，断层带外部边界两侧平均值分别为4.480 2 m~3/t、0.454 9%，表明煤系正断层带两侧形成新的瓦斯富集区域。

  2022年10期 v.50;No.298 16-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 2905K]
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• 沿抽采井筒的煤储层渗透率模型研究

  贾荔丹;张林;李波波;吴学海;高政;王忠晖;付佳乐;

  渗透率是表征瓦斯流动的重要参数，为保证煤矿瓦斯安全高效抽采，有必要探究距抽采井筒不同位置处煤层瓦斯渗流演化特征。然而，瓦斯抽采过程中伴随有效应力、煤基质对瓦斯的吸附/解吸能力以及煤储层温度的不断变化，甚至出现抽采损伤，使得煤层瓦斯运移行为异常复杂。为探究抽采过程的煤层瓦斯渗流特性，在圆柱坐标系下，考虑压力场与温度场变化对煤储层渗透率的影响，构建温度影响的孔隙压力时空演化函数，据此建立应力与温度作用下的煤储层渗透率模型。结果表明：建立的模型能合理描述沿抽采井筒孔隙压力的演化规律以及瓦斯的运移特性，即在恒定外应力的条件下，随抽采时间增加，不同位置处孔隙压力先降低后变化平缓，煤储层渗透率先降低后升高；此外，同一煤储层位置处，考虑温度比不考虑温度的渗透率计算值更低；通过讨论发现，随抽采时间增加，根据裂隙压缩与基质收缩对渗透率演化的不同效应，设置合理的负压抽采方式可提高瓦斯抽采量。

  2022年10期 v.50;No.298 26-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 2098K]
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煤系气 煤伴生矿产

• 煤系非常规天然气一体化压裂液体系研究与应用

  徐栋;王玉斌;白坤森;朱卫平;刘川庆;李兵;何朋勃;

  为了解决目前煤系非常规天然气压裂液体系应用灵活性差、性能不可调问题，研究了一体化压裂液体系。以3种一体化稠化剂为研究对象，结合现场黏土稳定剂、助排剂和破胶剂，开展一体化压裂液体系增黏、减阻、悬砂、耐温抗剪切、破胶、添加剂配伍性、防膨和表面张力实验评价，并分析一体化压裂液现场应用效果。结果表明，一体化压裂液体系黏度灵活可调，黏度随一体化稠化剂含量增加而增大，黏度调整区间为3～200 mPa·s，高黏液体悬砂性能优异，体积分数为1.0%的一体化压裂液在60℃、100 S-1剪切条件下黏度大于100 mPa·s；一体化压裂液体系与各类添加剂配伍性良好，易破胶，减阻率、防膨率均大于70%，表面张力小于28 mN/m。其一体化主要体现在功能性和应用性两个方面，功能上集滑溜水、线性胶、交联液压裂液体系于一体，能够满足各类气层压裂改造工艺对造缝、减阻、防膨、携砂、快速返排等性能的要求；应用上在鄂尔多斯盆地东缘现场煤层气、页岩气、致密砂岩气井均取得了成功应用。一体化压裂液推动了非常规气压裂工艺试验，提高了压裂改造效果，对各类气层以及压裂改造工艺具有良好的适应性。

  2022年10期 v.50;No.298 35-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 2293K]
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• 贵州普安矿区20号煤中锂的赋存状态及逐级化学提取实验研究

  程晨;宋杨;臧静坤;程伟;

  锂(Li)是一种重要的金属能源，近年来全球锂的需求持续增长。我国煤伴生型锂矿床的发现证明煤矿可能成为锂资源的潜在来源。以贵州普安矿区20号煤为研究对象，采用工业分析、镜下鉴定、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICPMS)等方法，分析原煤及浮沉实验获得的密度分级试样的基本性质、矿物组成、元素组成及煤中Li的赋存特征。结果表明，原煤中Li含量达134.09μg/g，在6个密度级样品中，Li含量随煤样密度级的增加而增加(>1.8 g/cm3密度级样品中Li含量最高为212μg/g)，重力分选可使煤中Li得到一定程度的预富集。原煤主要矿物组分包括黏土矿物、黄铁矿、方解石、石英等，基于Li与Al、Si等的相关性以及矿物微区元素含量(LA-ICP-MS)等分析，推测Li可能主要以吸附态赋存于黏土矿物中。逐级化学提取实验结果表明，煤中Li的赋存特征为水溶态(20.96%)、离子交换态(32.90%)、硅酸盐/铝硅酸盐态(22.80%)、碳酸盐/磷酸盐态(10.81%)、二硫化物态(3.92%)和残渣/有机态(2.58%)，说明通过离子交换法可以从煤矸石中回收Li。该研究结果为下一步分离提取煤中Li提供了一定理论指导。

  2022年10期 v.50;No.298 44-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1920K]
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水文地质 工程地质 环境地质

• 煤矸石固废无害化处置与资源化综合利用现状与展望

  王玉涛;

  煤炭生产和加工过程产生的大量煤矸石堆放地表，不仅造成土地压占、水土流失，而且还会引发山体滑坡、泥石流等地质灾害，给矿区生态环境造成严重影响。我国煤矸石累计堆存量已超过60亿t，压占土地1.3万hm~2。2020年，我国煤矸石产量7.29亿t，综合利用量5.26亿t，综合利用率为72.2%。当前我国煤矸石综合利用具有存量和排放量大、产量高度集中、综合利用率不高，区域发展极不平衡，高附加值利用占比小等特点，现有煤矸石的无害化处置与资源化综合利用的规模和能力明显不能满足国家对生态环境保护及“双碳”目标下煤炭综合利用的相关要求。对此，提出煤矸石在采空区充填、地面筑基、塌陷坑回填与土地复垦等方面的规模化无害处置技术和方法，指出井下“采选充处”一体化固体充填开采和采空区地面膏体与浆体充填是控制煤矸石增量、规模化降低煤矸石堆存量的最有效方法。详细阐述煤矸石在发电、建材、资源回收、化工产品制备及农业等方面的综合资源化利用途径，提出构建“煤炭—固废发电—有价元素提取—化工产品—建材材料—井下充填—地面回填—农业应用”的闭合循环产业链模式，建立“多途径、多组分、多层次+梯级回收+生态修复+封存保护+井下高效自动化充填”规模化处置与综合利用体系的煤矸石未来产业化发展方向。

  2022年10期 v.50;No.298 54-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 3144K]
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• 浅埋煤层过沟开采覆岩裂隙与地表裂缝演化规律数值模拟

  魏江波;王双明;宋世杰;孙强;

  浅埋煤层过沟开采在陕北矿区普遍存在，严重威胁着矿井安全生产和生态健康发展。覆岩采动裂隙及地表裂缝的发育是岩体微裂隙的延伸和扩展的结果，为更加系统地研究浅埋煤层过沟开采覆岩微裂隙的演化规律，以陕北安山井田125203工作面为背景，根据现场沟道剖面及钻孔资料，采用Particle Flow Code (PFC)数值模拟平台构建颗粒流数值采煤模型，模拟分析覆岩微裂隙的发育特征、数量变化规律和力链演化特征，揭示微裂隙的发育规律和地表裂缝发育机理。结果表明：浅埋煤层过沟开采过程中，覆岩微裂隙发育表现为“产生–延伸和扩展–聚合成群–贯通成缝”的动态演化过程；根据微裂隙的基本发育特征及分布规律，可将发育全程划分为非连续跳跃式、连续贯通式和横向扩展式3个微裂隙发育阶段；覆岩微裂隙数量随工作面推进距离的增大而增多，非连续跳跃式和连续贯通式发育阶段呈现指数增长特征，分别累计发育微裂隙547和2 867条，覆岩微裂隙逐渐发育至地表；横向扩展式发育阶段呈线性增长特征，累计发育微裂隙11 705条，微裂隙数量随岩层高度的增大而减小；覆岩力链演化过程中，强黏性力链的破坏致使微裂隙发育，局部产生应力集中，强黏性力链拱自下而上逐渐破坏并贯通至地表，导致微裂隙延伸发育至地表形成地裂缝，力链在未贯通岩层的微裂隙两侧和尖端及地表裂缝两侧形成强力链区，微裂隙处形成弱(无)力链区。该研究成果可为陕北矿区浅埋煤层过沟开采覆岩及地表损害防控提供理论指导。

  2022年10期 v.50;No.298 67-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 4361K]
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• 吹填软土UU三轴剪切应力松弛特性试验研究

  杨爱武;杨少朋;齐杰杰;

  当透水性较差的饱和软黏土处于施工速度快(加荷速率快)的实际工况时，往往夹杂着应力松弛现象，给工程实践的安全运营带来巨大隐患。以天津滨海吹填软土为研究对象，采用WF应力路径三轴仪，通过不固结不排水(UU)三轴剪切试验，分析了不同初始应变、围压、剪切速率、取样深度和结构性等因素对其应力松弛特性的影响规律。试验结果表明：不同试验条件下，天津滨海吹填软土的应力松弛过程都可分为快速、慢速和稳定3个阶段；应力松弛速率随初始应变和取样深度的增大而增大，而围压和剪切速率对其影响不太显著，土的结构性增强会明显增大应力松弛速率，从而加剧应力松弛现象的产生；通过对比分析，确定幂函数模型更适合描述不同试验条件下吹填软土的应力松弛变化规律。研究结果对天津滨海吹填软土场地安全施工与运营具有重要的现实意义。

  2022年10期 v.50;No.298 76-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1777K]
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• 煤矸石堆积区土壤重金属形态组成与生物有效性的空间变化特征——以峰峰矿区为例

  孙涛;宋世杰;常青;王晨晨;张艳杰;彭芮思;王艺;

  煤矸石地表堆积是我国东部煤矿区生态环境破坏的典型形式，造成堆积区土壤重金属污染的防控已成为当前研究热点。以河北峰峰矿区某在用煤矸石山周边(方圆300 m以内)浅层土壤(垂直深度40 cm以浅)为研究对象，采用Tessier连续提取法和电感耦合等离子体发射光谱仪，测定Cu、Cr、As、Pb这4种土壤重金属的有效态、铁(锰)氧化物结合态、有机结合态和残渣态含量，基于生物活性系数(MF)和生态风险评价编码法(RAC)计算与评价4种土壤重金属生物有效性及生态风险，剖析4种土壤重金属形态组成与生物有效性的空间变化特征。结果表明：(1)煤矸石的堆存具有提高周围土壤中Cu、Cr、As、Pb有效态质量分数和降低残渣态质量分数的效应，且与距煤矸石山的水平距离成反比，当水平距离达到或接近300 m时，该效应基本消失。(2)土壤总有机碳(TOC)质量分数与4种重金属有效态质量分数的相关系数均超过0.6，达到显著正相关水平(p<0.05)，是影响研究区土壤重金属有效态含量空间变化特征的主要因素。(3) 4种土壤重金属生物有效性的空间变化特征可分为2个类型，Ⅰ类为“MF值一般大于3，且具有显著的空间异质性”；如Cu、Cr，Ⅱ类为“MF值一般小于3，且具有显著的空间同质性”，如As、Pb。(4)当距煤矸石山水平距离分别小于80和40 m时，土壤重金属Cu、Cr的MF平均值超过中等风险水平阈值的60%，应予以重视。建议综合考虑煤矸石山存续状态、土壤重金属累积效应及生物有效性空间变化特征等因素，制定煤矸石堆积区土壤重金属污染精准防控及安全利用策略。

  2022年10期 v.50;No.298 85-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1906K]
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• 黏结强度对异质土界面强度与变形特性影响试验研究

  祝艳波;杨凡凡;苗帅升;李福通;张宇轩;韩宇涛;兰恒星;

  我国黄土高原地区黄土沉积覆盖于新近系三趾马红土之上，形成具有胶结的异质土界面。为研究黏结强度对黄土–三趾马红土界面抗剪强度与变形特性影响，开展其剪切力学试验研究，探讨界面间黏结强度对界面破坏模式、界面变形与抗剪强度特性影响规律。结果表明：(1)有无界面黏结导致异质土界面试样破坏模式不同，界面黏结增大了试样沿界面间的滑动阻力，试样剪切破坏更趋于剪断模式，剪断面损伤程度也越高；(2)异质土界面剪应力–剪应变曲线均呈应变软化型，有无界面黏结导致界面试样剪切变形特征不同，有界面黏结试样剪切破坏位移大，峰值强度后剪应力降低幅值大，试样脆性剪断破坏特征越显著；(3)剪切过程中异质土界面产生明显的竖向剪胀变形，有界面黏结试样竖向剪切位移小，且其随界面粗糙度、法向应力变化幅值小；(4)异质土界面抗剪强度呈非线性变化，界面黏结存在显著提升了界面试样抗剪强度。当异质土界面间粗糙度较低时，黏结强度对界面试样抗剪强度提升幅度大；当异质土界面间粗糙度高时，黏结强度对界面试样抗剪强度的提升幅度下降，此时界面抗剪强度主要受控于界面两侧土体抗剪强度。

  2022年10期 v.50;No.298 96-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 2920K]
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• 基于SVM的地下采煤区沉陷灾害发育敏感性分区研究

  薛永安;邹友峰;张文志;张明媚;柳广春;宋明伟;

  地下采煤区沉陷灾害发育重点区预测目前尚无固定程式，且敏感区预测结果存在不确定性较大的问题。以山西省太原市西山地区沉陷灾害为研究对象，分别以2012年和2014年核查编录的沉陷灾害数据为建模数据和验证数据，以高程、坡度、坡向、地势起伏度、地面曲率、地层岩组、地质构造为敏感性评价因子，综合运用GIS空间分析、统计分析和支持向量机(SVM)等方法，构建了4种核函数SVM沉陷灾害敏感性分区预测模型，分别从模型的评价因子权重、模型优选、敏感性分区预测结果、预测精度和模型适用性进行了分析。结果表明：多项式核函数SVM模型(PL-SVM)的训练精度(受试者特征曲线下面积AUC=0.854)与验证精度(AUC=0.755)均较高，模型预测能力良好，是4种模型中表现最好的模型，所划分敏感性分区结果合理，极高与高敏感区以较小面积分布较多沉陷灾害点，而低敏感区则以较大面积分布极少沉陷灾害点。PL-SVM模型预测的太原西山地区沉陷灾害发育极高、高、中和低敏感区的面积占比分别为：20.19%、17.43%、21.18%、41.20%，频率比值与敏感性等级之间呈良好的正相关，符合线性函数关系。PL-SVM模型敏感性评价结果可靠，适用性好，对地下采煤区沉陷灾害发育特征研究及灾害普查重点区预判具有参考意义。

  2022年10期 v.50;No.298 108-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 5927K]
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• 能源地下结构研究及应用进展

  温继伟;侯珺泷;刘星宏;曾现恩;项天;陈昊天;

  能源地下结构是将热交换管埋设在建筑基础构件和地下结构物中，兼具承载及换热功能的结构形式，在有效节省宝贵且不可逆的地下空间资源的同时，还能充分利用非碳基的连续稳定、安全清洁的地热能资源，这比传统的地源热泵更具优势。系统总结了能源地下结构的概念、优势、国内外研究及应用进展，重点阐述了能源隧道、能源桩(能源锚杆)、能源地下连续墙和能源综合管廊4种目前常见能源地下结构的现状。将地源热泵系统与煤矿巷道等矿区建设相结合，既能够对地热能资源进行综合利用，还可有效解决传统深部采矿掘进作业时的高温热害及寒区煤矿巷道的保温防冻难题，具有环保、低碳、节能、高效的显著优势，是实现绿色矿井建设及碳达峰碳中和目标的有效途径，可产生显著的经济效益、环境效益和社会效益。然而，现有能源地下结构的研究模型均有其适用性和局限性、研究结果与实际工况存在较大偏差、能源地下连续墙和能源综合管廊研究较少等是当前存在的主要问题，对于能源地下结构的研究工作应结合工程实际情况，并尽可能考虑所有因素对结构工程的影响，以期提升研究成果的精度和水平；此外，对煤矿巷道等矿区建设中运用能源地下结构的可行性和前景进行了探讨，在能源地下结构的基础上，进一步综合太阳能、风能等非碳基清洁能源构建复合能源利用系统也是值得尝试的思路；同时，还对能源地下结构在抗(减)震、抗爆和防火等方面的防灾减灾设计给出建议，可为能源地下结构及其在绿色矿井建设方面的研究、应用与发展提供参考。

  2022年10期 v.50;No.298 119-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 2166K]
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• 岩溶构造对地埋管群换热效率影响数值模拟研究

  穆玄;裴鹏;周鑫;屠洪盛;

  地埋管是岩体热泵系统与地层直接交换冷热量的部分。岩溶地区含水构造复杂多样，对地埋管群换热储热有明显影响。对27根垂直地埋管群在无岩溶构造、岩溶裂隙构造、岩溶管道构造以及混合岩溶构造4种地质构造类型中的换热过程进行了模拟，并对比了岩体内温度场、埋管出口水温、热泵机组制冷系数(COP)以及单位井深换热量等参数的变化。结果表明：在制冷工况下，不同模型温度场中，岩体中存在岩溶裂隙构造或岩溶管道构造时，地下水流动对岩体热堆积有明显缓解作用；岩溶导水构造与地埋管的距离也是重要影响因素。模型运行到第1个制冷周期末期时，含岩溶裂隙构造岩体和含岩溶管道构造岩体的进出口水温差比混合岩溶构造岩体的分别升高了0.87、4.00 K；无岩溶构造岩体进出口水温差比混合岩溶构造岩体的下降了1.16 K。无岩溶构造岩体、岩溶裂隙构造岩体、岩溶管道构造岩体和混合岩溶构造岩体的COP分别为7.2、7.4、7.8和7.3；单位井深换热量分别为64.1、90.3、130.7和79.1 W/m。研究结果表明，岩溶导水构造明显增强了地埋管群的换热效率，不同的地质构造类型对地埋管换热效率的影响也不一样。

  2022年10期 v.50;No.298 131-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 2475K]
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煤田物探 矿井物探

• 基于方位伽马的煤岩界面探测数值模拟研究

  陈刚;陈龙;李泉新;刘志毅;

  为满足随钻方位伽马地质导向钻进需求，通过数值模拟研究围岩厚度和吸收系数不同情况下伽马射线强度响应值。模拟分析伽马探测器在含放射性地层条件下，伽马测量值API反映空间物理特征的差异性。在此基础上，建立八扇区随钻方位伽马钻进煤、泥、灰岩3层地质模型，模拟钻进煤层顶底板识别过程。模拟结果表明：当岩层吸收系数由0.08变为0.10时伽马射线强度减小一半，伽马幅度变化能够反映钻进地层岩性，而上下伽马变化顺序能够指示穿越煤层顶板或底板及分界面所在位置；当小角度穿层时，探测器到钻头的距离分别为1、3、7 m时，能够监测前方钻进8、6、2 m地层物性的变化。顺层钻进模拟可为地质导向工程提供技术指导，提高钻进效率减少无效进尺。

  2022年10期 v.50;No.298 140-144页 [查看摘要][在线阅读][下载 2023K]
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• 大倾角煤层时深转换精度分析及改进方法

  王惠风;符超;李果;陈同俊;

  平均速度法是煤田地震勘探中应用最广泛的时深转换方法，但对于大倾角煤层来说，其平均速度横向变化快，插值精度差异大，无法有效保障煤矿智能化开采。通过分析大倾角倾斜煤层模型和实际三维采区，讨论多种平均速度插值方法的精度，并提出相应改进方法。正演模型计算结果表明，克里金法和多项式法直接插值时，生成的煤层底板高程精度受插值点位置影响巨大，无法达到大倾角煤层时深转换精度要求。为此，以叠加速度计算的平均速度为参考，综合多项式、克里金和支持向量机等方法，提出适合大倾角煤层时深转换的改进插值方法。将相关方法应用到二维模型数据和三维实例采区，发现改进方法插值生成的平均速度精度明显提高，插值误差远小于行业标准要求，适合大范围推广应用。

  2022年10期 v.50;No.298 145-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 1940K]
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钻掘工程

• 淮南矿区软煤气动定向钻进技术与装备研究及应用

  田宏亮;陈建;张杰;程合玉;董瑞刚;杜利猛;刘德贵;管强盛;

  针对淮南矿区利用顺层定向钻孔对工作面和邻近巷道条带煤层瓦斯消突(简称“一孔两消”)的需求，提出了利用气动定向长钻孔实现“一孔两消”的技术思路。在前期气动螺杆定向钻进工艺试验基础上，开发了一款宽度仅为1.1 m、主轴倾角可在±90°范围内无级调整、具备50 m最大遥控距离的窄体全断面遥控定向钻机；优选了杆体直径73 mm、螺旋翼片外径82 mm的?73/82 mm螺旋气动螺杆钻具，最大转矩可达256 N·m；研制了集除尘系统、压风监测系统和油雾润滑系统为一体的多功能除尘车；改进了电磁波随钻测量系统供电电池，提高了系统使用时间和稳定性；开发了碎软煤层双动力复合强排渣技术和定向钻孔长距离筛管完孔技术。利用成套装备与技术在淮南矿区潘三煤矿1682(1)运输巷开展软煤气动定向钻进技术与装备的试验，先后完成16个孔深为240 m以上钻孔，试验总进尺4 548 m，煤层钻遇率达93.1%，所有定向孔全程下筛管，最大钻孔深度423 m。试验过程中即开始连抽，统计期间，抽采平均浓度(体积分数)60%，最大达到81%，抽采混合量基本维持在1.5 m3/min，平均抽采纯量0.9 m3/min，最大抽采纯量1.56 m3/min，累计抽采纯量17.4万m3。试验结果表明，成套装备性能稳定，使用方便，能实现远程遥控操作，施工安全保障度高，能够满足软煤气动定向钻进成孔需要。形成淮南矿区软煤气动定向钻孔施工成套技术和装备，为矿区安全高效抽采提供了必要技术和装备支撑。

  2022年10期 v.50;No.298 151-158页 [查看摘要][在线阅读][下载 2332K]
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• 中硬煤层瓦斯穿层钻孔无泵式双通道机械掏穴钻头设计与应用

  高晓亮;邵国杰;杨虎伟;

  为了解决随钻式掏穴技术钻进中需要配套泥浆泵调节流量以切换钻进、掏穴状态，控制效果不甚理想等问题，开发了无泵式双通道机械掏穴钻头，该钻头配套双通道钻杆及双通道送水器使用，在钻具内形成2套互不连通的水路，环空水路用于冷却钻头携带岩粉进行正常钻进，中心水路用于控制刀翼开合，大大提高了刀翼开合的控制精度，同时无需配套泥浆泵，提高了随钻掏穴技术应用范围。通过钻头结构设计、齿轮齿条计算以及水路结构优化等，提高了钻头可靠性，采用设计的钻头在淮北朱仙庄煤矿进行了现场试验，试验共完成了?120 mm的钻孔101个，施工总进尺2 861.5 m，钻孔平均深度28.3 m，出煤量0.20～0.69 t/m，单孔平均出煤量0.22 t/m。采用双通道造穴技术可将原常规施工?120 mm钻孔直径扩大至4.1倍。试验证明：设计的双通道机械掏穴钻头，能够满足无泵式机械掏穴的需求，大大提高了施工效率。本研究为低透煤层瓦斯抽采增透提供了钻具支撑，为本行业类似掏穴钻孔施工提供了技术方案。

  2022年10期 v.50;No.298 159-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 1806K]
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• 套管外绝缘涂层特性对EM-MWD信号影响规律分析

  邵春;胡闯;徐林;陈明华;龙小平;

  利用套管外绝缘涂层技术可减少电磁随钻测量(EM-MWD)信号在低电阻率地层中的衰减，进而增大其信号传输深度。为探明套管外绝缘涂层适用的地层电阻率范围，获取绝缘涂层特性对EMMWD接收信号的影响规律，基于有限元法建立了仿真模型，并针对绝缘涂层敷在不同电阻率地层套管外的应用效果、绝缘涂层的电阻率、厚度和长度对EM-MWD信号强度的影响规律展开仿真实验。结果表明：套管外绝缘涂层在低电阻率地层对EM-MWD接收信号的增强效果更显著；随着绝缘涂层电阻率的增大，EM-MWD接收信号先缓慢增强，随后快速增强，最后趋于稳定；随着绝缘涂层厚度的增加，接收信号强度呈现先不断增强随后保持稳定的趋势；在低电阻率地层中，在涂层长度不断增加到敷满该地层处套管的过程中，信号强度不断增强。研究成果对合理运用套管外绝缘涂层技术以突破EM-MWD应用井深限制具有理论指导意义。

  2022年10期 v.50;No.298 165-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 1879K]
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• 基于单目视觉的钻杆位姿识别技术研究

  马斌;彭光宇;

  钻杆自动装卸技术作为智能钻探装备领域的关键技术，制约着煤矿井下钻探装备的自动化和智能化发展，现有钻杆自动装卸系统主要依靠机械结构和接近开关进行定位，存在定位精度差自动化程度低的问题。针对此问题，提出一种基于单目视觉技术的钻杆位姿识别算法，利用摄像机拍摄含有合作目标的图像，解算摄像机与合作目标之间的相对距离和姿态，通过固定坐标变换，推导钻杆相对于机械手的位姿，引导机械手进行钻杆自动装卸。首先，确定系统总体方案，利用小孔成像原理和张正友标定法建立摄像机成像数学模型，求解摄像机内外参数；然后，使用棋盘格标定板作为被测钻杆的合作目标，根据小孔成像模型和空间成像关系，建立空间任意平面的单目测距模型，计算得到相机光心与合作目标点的距离；最后，通过摄像机成像模型得出合作目标的姿态矩阵，结合摄像机内外参数，经坐标转换求解得到合作目标在世界坐标系中的姿态矩阵，再通过固定坐标变换完成钻杆位姿识别。为验证算法准确性，在室内进行了钻杆位姿识别试验，试验中对每张现场图片进行重复测距与姿态估计，结果显示钻杆距离识别偏差在0.12%之内，钻杆姿态识别偏差在1.08%之内，满足钻杆自动装卸精度要求。试验结果表明，基于单目视觉技术的钻杆位姿识别算法真实有效，利用该算法可实现钻杆定位智能识别，提高钻杆自动装卸精度和钻探装备的智能化水平。

  2022年10期 v.50;No.298 171-178页 [查看摘要][在线阅读][下载 2199K]
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交叉学科

• 关闭煤矿工业广场再开发策略研究——以晋城凤凰山矿为例

  王靖翔;常江;邓元媛;林岩;吴浩然;

  随着我国煤炭去产能政策的有力实施，一批资源枯竭及产能落后矿井陆续关停废弃，传统的独立工矿区因此沉寂，服务于煤炭生产和职工生活的工业广场面临功能丧失、土地闲置等问题。挖掘关闭煤矿工业广场的价值并赋予其新功能，是盘活存量资源、激发独立工矿区活力的关键。以山西省晋城市关闭煤矿凤凰山矿为例，研究该矿与晋城市的发展演变及其相互作用；分析关闭煤矿工业广场空间构成要素，采用层次分析法(AHP)进行价值评估，判明主要空间要素的价值特征与更新挑战；进而探索关闭煤矿工业广场的再开发城市设计策略。分析认为，山地矿业风貌与绿色生态本底是凤凰山矿的核心价值表征，应将风貌存续与生态保育作为再开发重点。关闭煤矿需确立“矿退城进”的更新目标，主动与城市产业对接，由“封闭的工业广场”转变为“开放的城市街区”。在此基础上，提出景观引导下的秩序控制、功能空间的整合与重置、交通体系的外通与内融、矿业文脉特色的延续与塑造、既有建筑的再循环改造5个方面的城市设计策略。研究表明，通过基础设施景观化改造，可在提升矿区环境质量的同时创造城市特色；借鉴城市设计思维可为关闭煤矿保护性再开发策略的制定提供帮助，在此类资源型地区的城市更新中具有应用前景。

  2022年10期 v.50;No.298 179-190页 [查看摘要][在线阅读][下载 5325K]
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• 《煤田地质与勘探》征稿简则

  <正>《煤田地质与勘探》于1973年创刊,月刊(2022年1月起变更),中煤科工西安研究院(集团)有限公司主办,是煤炭地质行业学术与实用技术并重的综合性期刊。主要刊载煤炭地质,矿井地质,煤系气,煤伴生矿产,水文地质,工程地质,环境地质,煤田物探,矿井物探,钻掘工程等方面,具有较高学术、技术水平和实用价值的基础理论、先进技术与方法、先进经验等科研或工程实践成果。本刊发表的文章在国内外具有较广泛的影响,欢迎煤炭地质及相关领域的广大科技工作者踊跃投稿。

  2022年10期 v.50;No.298 191页 [查看摘要][在线阅读][下载 665K]
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