- 谢和平;崔鹏飞;尚德磊;凡东;陈领;杨明庆;杜林;高明忠;
煤层原位瓦斯压力与瓦斯含量是深部煤矿安全生产与煤层气资源精准评估的关键参数。针对深部煤层原位瓦斯含量精准测定的技术难题，提出了原位保压取心与原位瓦斯含量和压力测试的全新原理，推导并建立了煤层原位瓦斯含量计算方法和考虑含水率及多气体组分影响的煤层原位瓦斯压力计算方法。根据矿井深部原位应力环境特点与多向取心工程需求，分别自主研发了重力式、弹力式和磁力式保压控制器，可实现任意角度保真取心。自主研制了集低扰动保压取心与样品含气量一体化测试技术与装备，可实现与保压取心器对接并解锁的原位样品转移、破碎与测试，解决了原位取心、样品转移过程中瓦斯量损失问题，大大提高了瓦斯含量测定的准确性，为精准测定深部煤层原位瓦斯压力及瓦斯含量提供了理论和技术支撑，以期降低瓦斯事故，提高高突矿井安全开采效率。
2023年08期 v.51;No.308 1-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 2834K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：968 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：18 ] - 刘贵康;李聪;游镇西;胡云起;黄伟;王瑞泽;徐萌;
获取煤岩体原位物理力学参数是煤炭资源开发的首要任务，瓦斯原位参数精准测量是实现煤矿安全开采的基本保障。针对煤矿原位瓦斯参数测不准的技术难题，结合煤矿井下取心的技术特点，创新提出基于磁力控制的多向保压取心技术构想。基于复合磁场特性，自主设计了磁控自触发保压控制器，优化了取心触发及密封结构，关键保压构件实现磁控非接触式自触发及自密封，提升保压触发的容错率。自主研制了多向保压取心性能测试平台，基于该平台验证了保压控制器在不同取心角度的良好触发能力及自密封能力。集成磁控保压模块，形成多向保压取心装备，通过实验室测试验证了该装备可在多个方向实现保压取心，且保压能力可以达到6 MPa，满足煤矿保压取心条件。研究成果为深部煤矿多向保压取心提供了技术支持，为保压控制结构设计提供了全新思路。
2023年08期 v.51;No.308 13-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1708K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：167 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] - 史晓军;李铭辉;刘贵康;游镇西;郭利花;侯乐乐;赵祥;
保压控制器是深部煤矿保压保瓦斯取心装备的核心部件，其保压能力与密封性能是保压保瓦斯取心技术的关键。针对保压控制器仅由重力提供初始密封力时，初始密封比压较小、密封性能差的问题，设计了一种保压取心触发装置，以期为保压控制器实现密封提供初始密封比压。采用动力有限元对该触发装置工作过程进行数值仿真，并根据仿真结果对保压取心触发装置进行优化，之后对优化后的保压取心触发装置进行室内实验。结果表明：优化后的保压取心触发装置可为保压控制器实现密封提供足够的初始密封比压，且不影响保压控制器的保压能力，可满足井下瓦斯压力的维持。同时，为了检验保压取心触发装置在整套装备中的应用效果，开展了保压保瓦斯取心现场试验，试验测试过程中保压取心触发装置运行平稳，并成功取得保压煤心样品，验证了保压取心触发装置功能的可靠性。
2023年08期 v.51;No.308 21-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 2407K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：136 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] - 薛守宁;何志强;李聪;余波;路雪莲;刘文玥;杨建平;魏子杰;
高温影响深部煤炭资源开采等工程活动，而传统陆地硬岩取心方法没有保温措施，忽略了温度对岩石物理力学性能的影响，导致获得的参数失真，影响深部煤炭等资源安全高效开采。为攻关深部岩石保温取心技术，提出采用环氧树脂基空心玻璃微珠材料作为保温材料应用于保温取心设备。开展了材料的物理、力学性能测试，结果表明：随微珠含量增加，保温材料导热系数呈显著下降趋势，但其力学性能出现弱化；同时，不同强度类型微珠含量增大时，保温材料力学性能降低，由于荷载承担对象的变化，会在不同体积分数处出现拐点；材料保温性能与强度是一对矛盾体，随微珠增加呈现出博弈竞争规律。为定量评价保温材料性能，定义了保温材料强度导热比，发现S60HS微珠体积分数为30%、40%、50%时的保温材料综合强度导热比分别为1.796、1.719、1.737，优于其他同类型材料，初步确定可以作为深部岩石取心保温材料。试验结果为深部岩石保温取心提供可能，进而为深部煤炭等资源开采提供支撑。
2023年08期 v.51;No.308 30-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1720K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：227 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] - 黄伟;陈领;李佳南;凡东;杨明庆;刘贵康;许晴;马长亮;吕晓东;王鼎铭;
瓦斯含量是煤矿安全开采和煤层气资源开发利用的重要评价指标，而保压取心技术是提高煤层瓦斯含量精确测定的有效途径。针对煤矿水平保压取心特殊工况，基于煤矿原位保压保瓦斯取心原理与技术，为提高保压煤样的采取率，研制了保压触发装置，系统设计了装置的密封保压单元、液压驱动模块和捞矛头与水平打捞器连接-脱卡机构等关键部件。搭建了保压触发装置工作性能地面试验系统，对装置性能进行试验研究。结果表明：在保压控制器阀盖5个典型的翻转方向工况下，保压触发装置的各功能模块均稳定运行，保压控制器均完成了翻转闭合；同时，钢丝绳顺利从取心钻杆内取出，有效防止取心器从孔底提至孔口过程中钢丝绳缠绕，避免引起设备故障。采用电动试压泵对已完成工作性能试验的取心器保压舱进行打压测试，结果表明：在最高压力为4.1 MPa条件下，压力表读数稳定，取心器保压舱内带压流体不发生泄漏，表明保压触发装置可触发取心器的密封保压功能。最后，在煤矿井下实际条件下对装置性能进行试验，结果表明：保压触发装置可在煤层实际工况下稳定实现取心器的密封保压功能，煤样采取率高达90%。保压触发装置的研发可促进煤矿水平保压取心技术的发展，对煤层瓦斯含量的精准测定具有重要意义。
2023年08期 v.51;No.308 39-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1909K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：128 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] - 朱鹏飞;李佳南;李炬;付成行;叶帮华;
保压取心技术能够将获取的深部煤层样品在孔底直接封存，以最大限度消除取心过程中瓦斯逸散；基于获取的保压岩心开展带压转移及测试是实现瓦斯含量精准测定的技术前提，而如何实现保压取心与带压转移测试的精准对接，已成为亟需解决的关键技术难点。围绕保压取心系统与测试系统对接转移的核心部件自锁转移机构开展研究，基于理论计算与室内试验，对自锁转移机构的装配关系、运动特性与承载能力等进行分析。首先，创新设计了可集成于保压取心系统内部的自锁转移机构，根据取心作业实际工况揭示了锁紧轴顺利通过与安全承载的临界条件；通过理论计算，获取了锁紧环与锁紧轴的最佳装配过盈量为0.1 mm，此时无论通过性还是抗拉承载特性均能保持良好的力学性能。其次，开展了室内锁紧轴通过性及拉伸承载测试，验证了5 kN拉伸载荷作用下锁紧机构的工作安全性。最后，完成了自锁转移机构的样机试制与装配，并进行了入井功能及带压转移动作测试，验证了自锁转移机构动作可靠性。研究成果为获取原位保压岩心并开展带压转移测试等提供了技术基础与装备支撑。
2023年08期 v.51;No.308 47-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 2543K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：123 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] - 崔鹏飞;高明忠;尚德磊;李建华;褚鹏;宋杰;李永程;郝海春;赵乐;陈领;
准确获取煤层原位瓦斯压力是防治瓦斯灾害的关键环节，现阶段仍需探寻测量准确、经济投入小、测定周期短的瓦斯压力测定手段。基于深部煤层原位保压取心原理技术，提出了深部煤层原位瓦斯压力计算方法并形成其测定流程，构建了保压空间内瓦斯压力演化数值模型，对比理论与数值模拟结果验证方法的可靠性，进一步探究煤层不同原位瓦斯压力下保压空间内瓦斯压力演化规律。结果表明：保压空间中瓦斯压力示数并非煤层原位瓦斯压力，当保压空间中压力示数为0.3 MPa时，煤层原位瓦斯压力约0.38 MPa；保压空间中瓦斯压力平衡值越大，原位状态游离瓦斯占比越大，平衡后游离瓦斯质量占比也越大；随着保压空间中瓦斯由原位状态向新平衡态转换，游离瓦斯质量占比逐渐增加，吸附态瓦斯质量占比则相应减小；保压空间内瓦斯压力演化规律分为3个阶段，自取心完成后分别经历瓦斯压力快速增加、缓慢增加以及最终平衡阶段；基质内吸附态瓦斯压力缓慢衰减，游离态瓦斯压力快速衰减，保压空间内瓦斯压力先快速增加后趋于稳定最终达到压力平衡；煤心渗透率越大，保压空间中瓦斯压力达到平衡所需时间越短，但其保压空间中瓦斯压力最终平衡压力与煤心渗透率无关。
2023年08期 v.51;No.308 59-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 2587K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：291 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] - 梁巍巍;李聪;刘贵康;游镇西;史晓军;
深部原位保压取心是深部流态资源(煤层气、页岩气等)储量评估的重要途径，其密封性能与承压能力受温压影响显著。然而目前研究鲜有考虑深部原位环境(温度、压力)对保压控制器极限耐压能力与保压效果的影响。围绕保压控制器在深部环境下承压性能关键问题开展研究，进行保压控制器运动分析，开展304钢高温拉伸实验，获取其材料力学特性。基于自主研发的保压取心实验室模拟测试平台与数值仿真研究手段，模拟深部原位环境下保压控制器结构变形与应力分布特征，提出保压控制器失效控制策略。结果表明：(1)随着温度增加，304钢的屈服强度呈降低趋势，25、50、100、150、200℃条件下，其平均屈服强度分别约为556.42、536.26、513.22、511.00、489.88 MPa;(2)其失效内因在于阀盖等效应力集中于底面中部，阀盖结构变形以短轴两翼向内部收缩为主，导致密封接触压强降低，无法形成有效密封；(3)为了提高保压控制器的承压性能，建议通过优化材料性能(选取弹性模量大的材料)来降低保压控制器的变形，或在阀座内置限位结构来控制阀盖弱侧变形，促使保压控制器处于“越压越紧”的良性状态。相关研究可为深部原位保压取心控制器结构优化与能力增强提供借鉴。
2023年08期 v.51;No.308 68-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 3573K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：137 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] - 褚鹏;尚德磊;李建华;马少明;朱国栋;崔鹏飞;
基于保压取心工艺测定煤层瓦斯压力和含量，是实现瓦斯参数快速精准测定的有效方法。瓦斯是一种以甲烷为主的多组分混合气体，煤对于不同气体的吸附能力不同，混合气体中各组分气体分压也存在差异，不同气体组分占比将影响煤层瓦斯含量和压力的测算结果。为实现保压取心煤层原位瓦斯压力的精准测算，采用数值模拟和理论计算相结合，研究气体组分对瓦斯压力测算的影响。通过分析取心器内煤心瓦斯压力演化过程，将多组分气体吸附模型引入瓦斯运移理论，建立考虑多组分气体的双重介质瓦斯压力演化方程，并应用于数值仿真。模拟结果显示，煤心进入岩心筒后裂隙瓦斯压力初始先迅速下降而后逐渐上升，基质瓦斯压力一直缓慢下降，岩心筒内自由空间的瓦斯压力由初始0.1 MPa缓慢上升，数小时后3个压力平衡，平衡压力远小于煤心原始瓦斯压力；CO_2组分对平衡瓦斯压力值的影响最大，当气体为纯CH_4时平衡压力最小。同时，推导了考虑多组分气体的保压取心煤层原位瓦斯压力计算公式，根据设定的平衡压力反算煤层瓦斯压力，理论计算煤层瓦斯压力值与数值模拟数据的对比结果吻合较好，Pearson相关系数为99.89%；利用取心器平衡压力反算煤层瓦斯压力时，计算结果随CO_2、CH_4组分增加和N2组分减少而减小，气体为纯CH_4时反算的煤层瓦斯压力值最小。利用保压取心测算煤层原位瓦斯压力时，若不考虑气体组分而以纯CH_4计算，可能会低估煤层瓦斯压力值，尤其是煤层瓦斯压力较大且CO_2气体组分占比高时，误差更大，为准确测算煤层瓦斯压力，应考虑瓦斯气体组分的影响。
2023年08期 v.51;No.308 79-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 2144K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：263 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] - 王天宇;李佳南;张益玮;李炬;谢和平;
保压控制器作为深部煤炭原位保压取心器的核心部件，其密封设计对保压取心效果有着决定性作用。为了获取最优的密封结构方案，本文建立了保压控制器密封结构二维轴对称非线性接触模型，通过正交试验分析不同凹槽设计、锥角选型及摩擦因数对密封性能的影响，并研究不同闭合阶段、介质压力下密封圈各应力变化情况。结果表明：1.9 mm凹槽深度的30°锥角保压控制器密封效果最优；摩擦因数对密封性能的影响较小，应根据实际情况选择尽可能小的摩擦因数；室内打压试验结果表明保压控制器在较小预紧力作用下即可形成密封，且其密封性能随密封压力的升高仍维持稳定，该自适应密封特性保证了其密封能力与工作稳定性。研究成果提高了深部煤矿保压保瓦斯取心器的密封可靠性，对实现深部煤矿瓦斯精准测定具有重要工程意义。
2023年08期 v.51;No.308 88-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 2490K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：191 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] - 郭达;张益玮;王鼎铭;方欣;杨本高;郭利花;侯乐乐;赵祥;
传统煤层勘探方式采用开放式取心工具获取煤样，并通过理论估算的方式计算损失气。导致所测得的煤样含气量普遍偏低，严重制约煤层气开发利用，影响煤矿安全开采。为满足深部煤层勘探需要，创新设计了一款煤层地面井保压取心工具，工具总长6.7 m，单次可取保压煤心样品3 m。为提高深部煤层保压取心可靠性和成功率，构建了孔底液体环境下保压控制器闭合轨迹模型，并通过实验测试和理论推导获取了控制器触发弹片弹力转矩的变化曲线。为验证闭合轨迹模型的准确性，了解保压控制阀盖在钻井液环境下的翻转闭合过程，进行了保压控制器触发闭合室内实验。结果显示，实验所测得阀盖运行轨迹与理论计算结果的偏差小于5%，验证了模型的准确性。在此基础上，优化了煤层地面井保压取心工具内保压控制器触发系统，并在深度为30 m的试验井下，密度1.1 g/cm~3、黏度60 s的膨润土基泥浆环境中进行了8次孔底抽拉触发实验，保压控制器均能稳定闭合，成功率为100%，并能保证压力在14 MPa时连续工作至少350 min无泄漏，证实了保压控制器触发系统的可靠性。本文所建立模型可以实现井下保压控制器运行轨迹预测，进而可以针对不同钻井液体系设计、优化触发系统，从而提高深部煤层保压取心成功率。
2023年08期 v.51;No.308 98-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 2080K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：93 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]
- 夏彬伟;廖传斌;罗亚飞;冀凯楠;
煤储层裂隙是煤层气渗流的主要通道，决定了煤储层的渗透性及煤层气产能，研究裂隙结构特征与煤储层渗透性的关系对准确预测煤层气产能具有重要理论及实践意义。基于经典立方定律渗透率模型，同时考虑分形理论、裂隙网络结构特征及有效应力，构建包含复杂弯曲裂隙特征的分形渗透率模型，将分形渗透率模型与S&D(Shi-Durucan)模型相结合，建立真三轴应力作用下的裂隙煤渗透率模型。开展真三轴应力条件下的气体渗流实验，将构建的渗透率模型与试验结果及S&D模型拟合数据对比，该渗透率模型与实验结果具有良好的一致性，能够体现出三向应力加载条件下应力对渗透率变化的影响趋势，与S&D模型相比更能反映煤岩渗透率的各向异性特征。基于该渗透率模型，定量分析了煤岩裂隙结构参数对其渗透率的影响。结果表明，煤岩渗透率与孔隙率φ(0.05～0.41)、分形维数D_f(2.37～2.81)、最大裂隙长度l_(max_(3.5～8.0 cm)、比例系数β(0.010～0.065)呈正幂律关系；与迂曲度分形维数D_(Tf)(2.005～2.275)，裂隙倾角θ(10°～80°)呈负幂律关系。研究成果对准确预测煤岩储层渗透率，揭示煤储层中煤层气的流动机理具有重要作用。
2023年08期 v.51;No.308 107-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 1983K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：966 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] - 高亚楠;张垚;张德飞;张玉栋;赵卫东;蔚立元;
解放层开采是煤与瓦斯突出、冲击地压等煤矿动力灾害防治的重要措施，以山东泰安千米深井华丰煤矿2613、2412工作面为背景，采用物理模拟与数值模拟相结合的方法，围绕解放层开采卸压机理、卸压效果评价等工程科学问题开展研究，明晰解放层开采后上覆岩层运动规律及矿压变化特征，厘清被解放层采动过程中采场应力与岩层位移演化规律，进而对解放层开采卸压效果和被解放层开采可行性进行指标化评价。结果表明：(1)解放层开采过程中，上覆岩层逐渐垮落形成漏斗状、非对称的多固支梁状结构，解放层开采结束后，采场左右两端分别形成对被解放层起永久性卸压保护的类悬臂梁结构，左右保护角分别为54°、60°。(2)解放层上覆岩层划分为“永久性卸压保护区”和“采空触矸压实区”，两种应力分布区对应解放层顶板应力最大值约20、36 MPa，对应被解放层内最大应力值约29、24 MPa，被解放层受两种应力区的叠加影响。(3)解放层开采结束后，工作面两端出现应力积聚，其他区域上覆岩层整体处于卸压状态，“采空触矸压实区”的持续发育已影响到被解放层，被解放层50～100 m区域沉降量约等于采高。(4)被解放开采过程中，覆岩板裂指数f为0.5，小于临界值0.7，不具有发生强矿压动力灾害的倾向，上覆岩层扰动范围较开采前变化极小，同时结合覆岩破坏形态，可知，被解放层开采始终处于解放层卸压范围内，解放层卸压充分，被解放层开采具有可行性。
2023年08期 v.51;No.308 116-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 2146K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：262 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] - 仝艳军;杨尊东;宋杰;李永程;刘依婷;
随着煤矿开采深度和机械化程度的逐渐提高，瓦斯煤尘二次爆炸愈加严重，采用表面活性剂等化学抑尘剂可以有效抑制煤尘的产生及扩散，减少瓦斯煤尘爆炸。为探明非离子表面活性剂对疏水性煤尘的抑制机理，以典型深部(1 050 m)疏水性煤尘为研究对象，利用FT-IR、XRF、XRD等手段分析其基础物化特性，联合EA、XPS、~(13)C NMR等测试技术分析并建立煤尘分子结构模型，通过建立分子模型考察水-表面活性剂-煤润湿吸附体系的平衡吸附构型、分子空间分布特征，设计实验测定表面活性剂吸附前后煤尘的表面自由能组成变化，验证并讨论表面活性剂在煤尘界面的润湿吸附机制。结果表明：表面活性剂可在疏水性煤尘表面形成有效定向吸附层(吸附层较紧密，对煤表面覆盖程度高)，通过表面活性剂疏水尾链覆盖煤尘表面疏水结构，亲水头基朝向水相，使得煤尘表面自由能极性分量增大，煤尘表面因此由疏水性向亲水性发生转变。研究结果可为煤矿开采中的高效抑尘处理提供理论指导和借鉴。
2023年08期 v.51;No.308 127-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 3900K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：533 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] - 林海飞;仇悦;韩双泽;高海东;杨二豪;王瑞哲;严敏;
为深入研究脉冲超声波激励对煤体孔隙结构的改造效应，利用含瓦斯煤体超声波激励实验系统，开展超声波功率800和1 000 W持续、交互脉冲下煤的超声波激励实验，综合低压CO2吸附、低温N2吸附和高压压汞等实验，研究煤的大孔(>50 nm)、介孔(2～50 nm)、微孔(<2 nm)全孔径段的孔隙参数演化规律。实验结果表明：脉冲超声波对煤的孔隙具有扩孔效应，煤的孔容占比以微孔和大孔为主，介孔占比最小，煤中各孔径段比表面积大小为：微孔>介孔>大孔；与未超声、持续超声激励煤样相比，脉冲超声波激励煤的各孔径段孔容和比表面积均有所提高；随脉冲次数增加，煤的孔容增幅和比表面积增幅呈正线性增大，其中大孔的孔容和比表面积增幅较为显著。脉冲超声波激励煤样形成水锤压力阶段和滞止压力阶段的持续转换，增加了煤的孔隙结构损伤程度。研发脉冲超声波发射器结合水力化技术，可提高煤的孔隙发育程度，增加煤体渗透性，提高瓦斯抽采效率。
2023年08期 v.51;No.308 139-149页 [查看摘要][在线阅读][下载 2656K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：388 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] - 李樯;马丹;张吉雄;刘勇;侯文涛;
为探索采动影响下的断层活化突水机理，开展断层破碎岩体剪切变形与渗透性演化试验研究。基于流固耦合原理设计一套破碎岩体压剪渗流试验系统，实现破碎岩体剪切变形与渗流的耦合过程，开展多因素影响下的破碎岩体剪切-渗流耦合试验，获得连续剪切过程中颗粒级配和初始孔隙率对孔隙率和渗透性参量的影响规律。结果表明，连续剪切条件下，破碎岩体的渗透率和孔隙率变化过程大致相同，可分为3个阶段：缓慢增长阶段，破碎岩石颗粒由散乱状态向有序的组织结构调整；加速增长阶段，破碎岩石颗粒剪切膨胀；增速放缓阶段，破碎岩体颗粒的剪切变形在围压的约束下达到动态平衡。试样Talbot指数越小或初始孔隙率越大，渗透率和孔隙率敏感性越强，渗透率和孔隙率越大；非Darcy流β因子的演化规律与渗透率的演化规律相反。结合数值模拟发现，剪切作用下破碎岩体剪切带内岩石颗粒的运移是剪胀现象发生的主要原因，破碎岩体剪胀过程中颗粒的力链由随机分布向特定方向转化，表现为局部孔隙和孔喉的膨胀，是孔隙率和渗透率增加的主要原因。研究成果可为深部煤矿突水灾害机理揭示与灾害防治提供参考。
2023年08期 v.51;No.308 150-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 2102K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：583 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：14 ] - 刘佳伟;张盛;陈召;杨战标;冀畔俊;魏永辉;
煤矿巷道变化的围岩地质条件影响着全断面岩石掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)的推广应用，准确评估煤矿岩体可掘性和岩层TBM适应性对TBM高效施工至关重要。基于对岩体参数和岩体可掘性指标的评价，采用优劣解距离法(TOPSIS)建立了岩体可掘性分级模型，并结合不同地质条件的[BQ]值和TBM利用率的相关性分析，提出了岩层适应性分级模型。以日掘进速度为判断指标，进行岩体可掘性和岩层适应性评估，建立了一套基于TBM施工性能的围岩综合分级方法，采用河南平顶山首山一矿底板瓦斯抽采巷道TBM掘进过程中的工程数据，对TBM围岩综合分级方法进行了现场应用。结果表明：在岩体可掘性等级为Ⅰ级，地层TBM适应性等级为3级的条件下，TBM施工巷道平均月进尺可达到400 m；当TBM利用率不足20%时，极有可能会出现卡机、出渣困难等现场问题。围岩综合分级方法通过利用自动采集的TBM掘进数据和围岩性质的综合分析，能够动态评估TBM在不同围岩地质条件下的施工性能，并为TBM掘进控制参数设计提供了理论依据。
2023年08期 v.51;No.308 161-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 2027K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：580 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] - 杨磊;杨本高;刘军军;周雪敏;谢晶;王晨;郭辰辰;高明忠;
目前浅部易开采煤炭资源逐渐枯竭，传统钻进技术在深层煤炭资源勘探开发时往往面临破岩效率低、钻进成本高和环境污染等问题。因此，亟需引入新型辅助钻井破岩技术破解此类难题。聚焦于新型激光辅助破岩技术，以坚硬砂岩为研究对象，系统开展了不同时长激光作用后砂岩的力学、可钻性试验，旨在探究激光作用下坚硬砂岩温度场时空演变特性、砂岩表面裂纹的扩展特征及力学参数和钻进效率。结果表明，随着激光作用时间的增加，砂岩表面裂纹由2条逐渐扩展为5条，裂纹面积由6.78 mm~2增加到36.85 mm~2；温度场的演化特征符合高斯分布规律，由热熔融区向低热区呈环状递减，激光照射15 s后达到热平衡，温度场演化趋于稳定；激光照射50 s后砂岩抗压强度、弹性模量降幅最高分别可达74.6%、92.7%，轴向峰值应变从0.52%不断增加到1.65%，表明岩石经激光作用后呈现由弹性状态向半塑性/塑性状态转变的趋势；激光作用50 s后砂岩进尺速率由0.09 mm/s增加到4.30 mm/s，失重比由2.73%增加到27.36%；合理设置激光参数有助于提高破岩效率与降低钻进成本，在照射20 s时砂岩进尺速率和失重比增幅最大，此时可达到更快更经济的破岩目的；研究初步论证了激光辅助破岩技术的高效性与可行性，为深部高效破岩钻进技术提供理论基础。
2023年08期 v.51;No.308 171-180页 [查看摘要][在线阅读][下载 3426K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：303 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ]