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2022年  第50卷  第2期

2022 年 2 期目录
2022, 50(2): 1-2.
浏览量:(74) 下载量:(14)
摘要:
特约来稿
陕西省富油煤资源潜力及开发建议
马丽, 王双明, 段中会, 杨甫, 付德亮, 贺丹, 张丽维
2022, 50(2): 1-8. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.10.0592
浏览量:(189) 下载量:(50)
摘要:
碳达峰、碳中和目标要求下,陕西作为煤炭资源大省,煤炭资源的低碳开发与利用势在必行。基于陕西五大煤田的5 000余组煤质数据,研究陕西省煤炭资源中煤焦油产率的变化规律为:陕北三叠纪煤田>陕北侏罗纪煤田>陕北石炭–二叠纪煤田≈黄陇侏罗纪煤田>渭北石炭–二叠纪煤田,划分出3种富油煤类型:富油煤型、富油煤–高油煤型、富油煤–含油煤型。按照煤炭资源量计算办法,全省已经查明的煤炭资源中富油煤+高油煤资源量为1 550.33亿t,内蕴焦油资源量144.5亿t;预测出陕西省2 000 m以浅煤炭资源总量中富油煤+高油煤资源量为3 845亿t,内蕴焦油资源325亿t;并对富油煤资源控制程度进行划分。分析富油煤的成因机理,指出变质程度、沉积相及物质组成和埋藏条件等为富油煤形成的主要影响因素。针对目前煤炭开发中存在的资源浪费问题,提出一种富油煤原位地下热解多煤层协同开采的资源开发新思路。
煤炭地质 矿井地质
川渝地区煤的石墨化潜势研究
李靖, 王路, 刘永旺, 栾进华, 张瑞刚, 张森, 王安民
2022, 50(2): 9-16. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.02.0095
浏览量:(125) 下载量:(29)
摘要:
煤及煤系石墨化利用对于增强石墨矿产的战略保障能力、促进煤系矿产资源高效利用和推动煤炭企业转型升级等均具有重要意义。在能源矿产改革转型的关键时期,为了厘清川渝地区煤的石墨化潜势,在梳理分析煤的石墨化、煤基碳材料前驱体选择和川渝地区煤田地质概况的基础上,通过对川渝地区主要赋存煤类、煤质和显微组分特征的分析,从影响煤石墨化的内在因素和煤基碳材料的需求出发,采用主成分分析法探讨了川渝地区煤基碳材料前景和煤系石墨资源赋存潜力。结果表明:研究区煤的显微组分以镜质组为主,低灰、低硫,演化程度更高的无烟煤更易于石墨化,煤石墨化后的产物则是制备碳材料的极佳前驱体;根据主成分分析的定量评价结果,可将川渝地区煤系石墨资源潜力区带划分为Ⅰ级优势区、Ⅱ级良好区和Ⅲ级潜力区。四川雅安−攀西Ⅰ级区带三叠系上统须家河组煤具有变质程度高、低灰、低硫特征,龙门山构造岩浆带是煤石墨化的外在条件,是煤系石墨矿产资源优势赋存区和制备煤基碳材料的优选资源;渝东北Ⅱ级区带和渝东南Ⅱ级区带具有构造条件复杂、煤演化程度高的特点,为煤系石墨资源赋存良好区;南桐松藻Ⅲ级区带和四川芙蓉−古叙Ⅲ级区带则为煤系石墨资源的潜力区。煤系石墨的潜力研究是能源矿产由粗放型利用向高端新型材料精细化应用转变的重要桥梁,为实现煤炭资源高价值、绿色开发利用提供了指导方向。
坚硬顶板超前区域治理技术在神东布尔台煤矿的应用
杨俊哲, 王振荣, 吕情绪, 杨森, 李果, 郑凯歌
2022, 50(2): 17-23. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.03.0119
浏览量:(112) 下载量:(30)
摘要:
坚硬顶板是岩层控制的一大难题,高位坚硬岩层的破断失稳经常会诱发强矿压灾害,严重威胁矿井的安全生产,坚硬顶板的治理是煤矿安全生产的重大难题之一。针对神东矿区布尔台煤矿煤层顶板厚度大、硬度高、垮落难等问题,分析定向长钻孔分段水力压裂的压裂机理和技术优势,基于关键层理论确定了钻孔布置层位,采用拟三维裂缝模型对压裂注入时间和注入流速对裂缝扩展的影响进行分析计算,确定布尔台煤矿42108工作面顶板压裂钻孔布置方式,沿工作面倾向方向平行布孔3个,裂缝半长41 m,压裂控制区域覆盖了整个工作面。实践表明:42108工作面在实施了坚硬顶板分段水力压裂弱化后,工作面正常支架循环末阻力同比下降3.33%;周期来压期间,支架循环末阻力同比下降6.81%;动载系数平均降低了10.88%;强矿压显现减弱,保证工作面安全回采。
面向智能化开采的矿井煤岩层综合对比技术
王海军, 刘善德, 马良, 朱玉英, 舒建生, 王相业
2022, 50(2): 24-38. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.04.0238
浏览量:(2116) 下载量:(1464)
摘要:
煤岩层对比工作贯穿于整个煤炭地质勘查与矿井生产阶段的全过程,针对近距离、多煤层且构造复杂的矿井生产阶段煤岩层对比困难的问题,以贵州盘县煤田火烧铺煤矿为研究对象,通过对地质勘查资料的分析,结合地面瓦斯勘查钻孔、井下地质调查、瓦斯参数测试工程从地质勘查阶段已经建立的煤岩层对比标志层中提取适应于矿井生产阶段的标志层;结合矿井生产过程中井筒、巷道、工作面及其两巷道、切眼等井巷工程生产揭露资料的宏/微观煤岩、煤质化验、煤层顶底板岩石力学、煤层的光学特征等资料,提炼矿井生产过程中基于开采技术条件的煤岩层对比的标志;综合地质勘查与矿井生产阶段重新构建矿井生产阶段煤岩层综合对比标准体系。研究表明:地质勘查阶段构建的煤岩层对比标志层在矿井生产阶段岩性组合、地球物理测井曲线,高位标志性岩层以及古生物化石层基本上失去了指导意义,而煤层结构、伪顶或低位直接顶板古生物化石层、岩性标志层仍具有指导意义,可以指导实践生产;矿井生产阶段大量的地层倾角数据、宏/微观煤岩组分特征、煤层夹矸岩性,尤其是可见光、热红外等光学特征,煤层瓦斯含量、压力参数,煤层顶底板岩石力学参数等是煤岩层对比的良好标志层;构建的煤岩层综合对比技术体系可以有效地指导煤矿巷道高效掘进、工作面快速回采并识别断层发育特征。研究成果不仅可以指导煤矿井下生产工作而且可以为构造复杂区的煤矿井下工作面智能化开采提供基础地质资料,为煤矿安全、高效、智能化开采提供地质保障技术。
煤系气 煤伴生矿产
山西省煤成气勘查开发现状及探索
龚杰立, 李国富, 李德慧, 刘亮亮, 王争, 徐云, 王旭超
2022, 50(2): 39-47. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0514
浏览量:(113) 下载量:(42)
摘要:
煤成气包括煤层气、页岩气和致密砂岩气。煤层气开发对保障煤矿安全生产、增加清洁能源供应,改善地区能源消费结构,促进碧水蓝天建设具有现实意义,更符合国家发展绿色能源,实现碳中和、碳达峰的战略要求。页岩气和致密砂岩气对于改善我国能源结构,实现“双碳”目标意义重大。通过对山西省煤成气资源勘查开发现状、体制机制改革、煤层气开发主体技术创新、产业升级方面的有益探索及成功经验进行综合分析总结,认为:煤层气矿权体制机制改革是促进产业健康发展的重要手段;技术创新是煤成气开发实现商业化、产业化的关键;“三气并举”有助于加速产能建设,激发企业勘探开发积极性;煤矿区“四区”联动井上下联合抽采技术体系是煤矿企业安全生产高效发展的可靠模式;合作共赢是煤炭和煤成气产业协同发展的必由之路, “先采气、后采煤、采煤采气一体化”是践行“双碳”目标实现的可靠路径;提升煤层气产品附加值,有助于煤层气产业实现升级。
团聚型压裂液对煤粉运移的影响及作用机理
宋金星, 史俊可, 刘建壮
2022, 50(2): 48-54. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.07.0370
浏览量:(83) 下载量:(15)
摘要:
排采过程中,煤粉随着运载流体在支撑裂缝中运移,容易导致裂隙堵塞,造成煤储层渗透率和支撑裂缝导流能力的降低,为探究团聚型压裂液性质对煤粉运移产生的影响及作用机理,选取准南煤田乌鲁木齐河东矿区煤样为研究对象,以蒸馏水、活性水压裂液(1.5%KCl)、团聚型压裂液(1.5%KCl+0.05%AN)为运载流体,通过单相流驱替状态下煤粉产出物理模拟实验,获取驱替流速为100、200、300 mL/min时的煤粉产出量和支撑裂缝导流能力伤害率,结果表明:气体驱替流速为100 mL/min时3种运载流体煤粉累计产出量均呈现线性增长趋势,支撑裂缝的导流能力伤害率变化范围较小(0.6%~8.1%);气体驱替流速为200 mL/min时,随着支撑裂缝中煤粉沉积,运移通道缩小,各运载流体出粉量先达到最大值随后减少,团聚型压裂液裂缝导流能力伤害率较小,其导流能力伤害率累计值分别与蒸馏水和活性水压裂液导流能力伤害率相差分别达到24.4%和3.1%;气体驱替流速为300 mL/min时:煤粉出粉量达到最大值的时间提前,运载流体为团聚型压裂液支撑裂缝导流能力伤害率最小,其导流能力伤害率累计值与蒸馏水和活性水压裂液导流能力伤害率相差分别达到64.8%和14.9%。因此驱替流速较低时,煤粉产出量较少且导流能力伤害率较低。结合静置沉降实验和直剪实验,揭示了团聚型压裂液对煤粉运移的作用机理:煤粉运移过程中团聚型压裂液能够通过表面活性剂的亲水基和亲油基改变溶液与煤粉界面状态,增强煤粉润湿性,使煤粉颗粒在运移过程中聚集沉降;通过增加其液桥力使黏聚力增大,抑制沉降的煤粉发生相对移动,从而减少悬浮煤粉颗粒的数量,有效降低煤粉产出量和支撑裂缝导流能力伤害率,进而减少卡钻、修井的发生概率,实现对煤粉的有效防控。
基于三维地质建模技术的煤层气抽采效果评价—以晋城寺河煤矿为例
姜在炳, 杨建超, 李勇, 庞涛
2022, 50(2): 55-64. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.07.0362
浏览量:(129) 下载量:(37)
摘要:
三维地质建模可直观、可视化评价煤层气动态抽采效果,为后续开发方案调整提供指导。借助三维地质建模软件,以晋城寺河煤矿西二盘区3号煤层为研究对象,基于寺河煤矿地质、产能数据分析和数值模拟,建立能反映煤层空间几何形态变化、构造特征及煤储层属性参数动态变化的地质模型,实现研究区煤层气抽采效果动态评价。利用构建的三维地质模型开展产气量、储层压力分布、剩余含气量等重要参数的预测,结果表明:寺河煤矿煤层气井不同排采周期预测的平均日产气量逐渐降低,影响范围逐渐扩大;研究区平均储层压力从2010年的1.31 MPa降至2022年的0.60 MPa,较2010年下降54%;研究区平均剩余含气量从2010年的15.70 m3/t降至2022年5.65 m3/t。研究结果可真实、客观地为三维地质模型在煤层气抽采效果评价中的应用提供科学依据。
潞安矿区煤层气井产出水地球化学特征及意义
华明国, 田林, 张燕, 李佳, 曹永恒
2022, 50(2): 65-71. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.06.0328
浏览量:(65) 下载量:(10)
摘要:
水文地球化学分析是研究煤层气富集条件及开采动力条件的重要方法。以沁水盆地中南段潞安矿区山西组3号煤煤层气井产出水为研究对象,开展了矿化度、H/O稳定同位素和主要离子浓度分布特征研究,结合区域构造展布特征及煤层气开发历史分析了区内煤层气开发优选区。结果表明:(1)潞安矿区分布有3个高矿化度区(五阳井田、余吾西南部、高河北部–古城井田),地下水平均矿化度2 000~3 200 mg/L;1个低矿化度区域(常村井田和余吾井田中东部),地下水平均矿化度1 500 mg/L。(2)煤层产出水中的$ \delta \mathrm{D} $$ {\delta }^{18}\mathrm{O} $值均落在该区大气降水线附近,表明该区各含水层均有来自大气降水的补给,且煤层中的水主要来源于大气降水。(3)潞安矿区地表水从东部太行山裸露岩层区向下运移至含煤地层和下部奥陶系含水层,而后在灰岩系中向东出露地表,补给辛安泉域。研究区内两条区域断层文王山断层和二岗山断层是开放性导水断层,为地下水运移提供了通道,其展布特征决定了地下水的基本流动规律,其控制区域内的煤层气含量较低;地下水在挤压性断层中华–安昌断层附近、天仓向斜和许村向斜轴部相对滞流,矿化度较高,是煤层气富集区,也是潞安矿区煤层气开发的优选区。
水文地质 工程地质
神府−东胜矿区高强度开采顶板涌水特征及防治技术
许峰, 靳德武, 杨茂林, 王世东, 黄欢, 党亚堃
2022, 50(2): 72-80. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.07.0379
浏览量:(64) 下载量:(21)
摘要:
针对我国西部矿区煤炭开采顶板水害威胁问题,以神府−东胜矿区为研究对象,统计了50个工作面的涌水量数据,总结了不同煤−水组合下5种典型的工作面顶板涌水特征:动态补给主导的持续增长型;“动−静”储量共同作用的先增后稳型;微涌水持续稳定性;水文地质条件差异化局部凸显型以及静储量主导先增后减型。针对每种涌水规律,分析了其成因机制,并提出相应的水害防治思路及措施:当工作面受侧向补给较强时,根据实际水文地质条件可采用帷幕截流措施为主、疏水降压措施为辅的防治手段;当工作面受顶板含水层静储量补给为主时,可提前疏水降压,削峰平谷;当工作面受顶板含水层局部富水区域或采空区涌水补给时,可有针对性地采取疏放、注浆治理等综合措施,消除局部水患等。研究成果对于受顶板水害威胁的西部矿区水害防治工作具有借鉴意义。
多源数据挖掘下潘谢矿区深部灰岩水突水预警研究
毕波, 陈永春, 谢毫, 安士凯, 徐燕飞
2022, 50(2): 81-88. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.04.0161
浏览量:(59) 下载量:(18)
摘要:
深层灰岩水在长时间水岩耦合作用下各含水层的水化学成分有所不同,但随着地壳运动、采动影响等因素导致不同含水层产生水力联系。重大的突水事故都是深层高压灰岩水以浅层灰岩水为通道突入矿井发生的。依据对淮南煤田潘谢矿区9对矿井2015—2018年182个地面水文观测孔的水位数据及潘二矿突水后各水文观测孔水位变化的时空规律,得出水文观测孔的水位变化数据比水位高程数据更灵敏,潘谢矿区深层灰岩水由下向上对浅层灰岩水进行补给,通过聚类分析算法识别出矿井与深层灰岩水存在补给关系的浅层灰岩含水层区域;另一方面基于改进的随机森林算法对收集的7 000多条矿井水质化验资料进行分析,基于错分数据识别出与深层灰岩水水力联系紧密的各矿含水层信息。综合分析水位变化数据聚类分析结果,得出各矿井的突水风险区域。基于含水层分类显著因子、水化学空间分布特征,结合温度、流量、水位、水质等参数的高精度传感器,构建快速准确突水预警系统,对矿井出水点进行智能监测,为实施防治水措施提供快速、可靠的依据,可以极大地避免矿井发生突水事故和减少突水事故产生的损失。
基于多方法的煤层底板突水危险性评价
任君豪, 王心义, 王麒, 王俊智, 张波, 郭水涛
2022, 50(2): 89-97. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.06.0342
浏览量:(85) 下载量:(25)
摘要:
选择平顶山煤田二矿、十矿和十二矿51个钻孔的隔水层厚度、断层复杂程度、含水层水压、含水层单位涌水量、采高5个因素为评价因子,以层次分析法和灰色关联分析法计算的常权权重为基础,应用变权理论确定各指标因子的变权权重;分别利用物元可拓法、模糊可变集理论、突变理论、模糊综合评价法,对煤层底板突水危险性进行评价并确定突水危险性等级。与实际开采情况的对比分析证明,模糊可变集理论是最适宜研究区的底板突水危险性评价方法,评价结果与开采实际较为吻合。模糊可变集理论的评价表明,二矿、十矿、十二矿带压区内安全区占比分别为4.08%、14.30%、0,低威胁区占比分别为76.91%、83.14%、85.78%,高威胁区占比分别为19.01%、2.56%、14.22%,研究区内暂无危险区。
自然与饱水状态下砂岩压缩破坏力学特性及声发射特征
张寅, 李哲, 宋士康, 赵毅, 李皓
2022, 50(2): 98-105. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.06.0341
浏览量:(69) 下载量:(9)
摘要:
为研究自然与饱水状态下不同粒径砂岩损伤破坏过程中的力学特性和声发射特征,对自然和饱水状态下3种粒径砂岩进行单轴压缩试验和声发射试验,研究其单轴应力状态下力学特性和声发射特征。试验结果表明:在自然状态下,粗粒砂岩平均抗压强度为54.23 MPa,中粒砂岩为53.56 MPa,细粒砂岩为59.46 MPa;饱水后,粗粒砂岩平均抗压强度为35.62 MPa;中粒砂岩为31.79 MPa,细粒砂岩为29.10 MPa。饱水后,粗粒砂岩、中粒砂岩和细粒砂岩的弹性模量分别降低19.6%、32.7%和33.7%;泊松比分别增加9.6%、10.4%和19.5%。所有试样各阶段声发射能量曲线变化趋势与各阶段受力破坏程度具有较高的一致性,声发射能量峰值都出现在应力峰值附近,其中饱水后弹性变形阶段声发射总能量发生不同程度的减少,粗粒砂岩为67.4%,中粒砂岩为32.4%,细粒砂岩为29.3%。饱水试样损伤演化阶段较自然状态声发射总能量发生明显下降,粗粒砂岩最为明显,降幅为73.5%,中粒砂岩为36.0%,细粒砂岩为62.0%。饱水后失稳破裂阶段声发射能量值较自然状态依旧出现不同程度的减少,粗粒砂岩为30.7%,中粒砂岩为29.5%,细粒砂岩为38.3%。砂岩饱水后力学特性与声发射特征变化是试样微观结构变化在宏观层面的体现;用砂岩单轴破坏过程中声发射能量峰值可以很好地表征砂岩脆性,将为岩石脆性研究提供新的思路。
不同冷却方式下高温花岗岩细观损伤量化和机理分析
张森, 舒彪, 梁铭, 路伟, 胡永鹏, 薛卉
2022, 50(2): 106-114. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.06.0346
浏览量:(75) 下载量:(10)
摘要:
冷冲击是一种导致高温岩石破裂从而有效提高地热储层渗透性的方法。为了对不同加热温度下冷冲击后造成的花岗岩损伤程度进行定量分析,探究冷冲击作用下的损伤机理,利用岩石薄片观察和SEM扫描技术对自然冷却和遇水冷却下的高温花岗岩样损伤进行分析。结果表明,当加热温度从200℃提高到800℃时,岩样中心处的薄片A在自然冷却和遇水冷却下的裂隙密度分别增加了17.6%~144.7%和27.6%~163.7%,距圆心12.5 mm的薄片B在自然冷却和遇水冷却下的裂隙密度分别增加了40.1%~202.8%和61.3%~222.7%。随着加热温度的升高,花岗岩损伤程度变大;遇水冷却比自然冷却对花岗岩的损伤程度更大;而由于热梯度的存在,离试样表面越近所受的损伤程度越大。花岗岩试样热损伤是矿物颗粒膨胀和收缩、冷冲击以及热物理化学变化等机制混合作用的结果。研究结果不仅为理解冷冲击对高温花岗岩损伤的影响提供实验参考,且对指导热刺激法在储层改造中的应用至关重要。
加载速率影响下类硬岩声发射及破裂响应特征
张泽坤, 宋战平, 程昀, 霍润科, 宋婉雪, 王奎胜, 王彤, 杨腾添, 刘伟
2022, 50(2): 115-124. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.08.0418
浏览量:(51) 下载量:(4)
摘要:
为明确硬岩破坏失稳过程中的声学及破裂响应特征与加载速率相关性,对不同加载速率下类硬岩岩样进行单轴压缩试验及声发射测试,分析类硬岩力学参数特性、声发射现象及破裂响应特征,并基于声发射特征获得类硬岩破坏前兆预警信息。结果表明:类硬岩的峰值强度、弹性模量和峰值应变具加速率效应;随着加载速率增大,力学参数总体呈指数函数增长,相对低加载速率下(0.10~0.15 kN/s)的增长速率较快而在相对高加载速率下(0.20~0.25 kN/s)的增长速率略有减缓;声发射参数演化呈阶段性增长趋势,最大增幅与加载速率呈正相关;随着加载速率增大,AE幅度和幅度密度逐渐增大,AE振铃计数由低值低频向高值高频转变,AE能量由孤震型向群震型转变;加载速率对破裂模式及破碎形态具有明显影响,随着加载速率增大岩样由剪切破坏逐渐向拉伸剪切复合破坏、拉伸破坏演变,破裂程度增大并逐渐表现出岩爆倾向;声发射b值随加载时间增大经历了先上升、后波动、最后下降的演化阶段,呈逐渐减小趋势;类硬岩的临界破坏前兆点(b值)为0.68,声发射前兆信息的预警时序由大到小为累计振铃计数、累计能量、b值,具有良好的时效性和可靠性。研究成果对揭示硬质围岩体力学特征和破坏前兆信息预警提供一定参考。
煤田物探 矿井物探
回采工作面断层构造无线电波反射测量方法研究
顾焕琪, 吴荣新, 沈国庆, 胡泽安
2022, 50(2): 125-131. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.05.0298
浏览量:(69) 下载量:(11)
摘要:
矿井无线电波勘探可用于煤层地质构造探查,凭借其轻便和效果好等优势,成为煤层地质构造探查的常规和必备手段。现阶段无线电波信号在煤层中的能量衰减较快,大宽度煤层工作面透射无线电波探测面临制约。基于此,提出煤层工作面无线电波反射勘探方法。首先,数值模拟构建二维含煤地层电性模型,对无线电波Hx分量信号的场强值进行分析。模拟结果显示:无线电波在正常煤层巷道中Hx分量信号的场强值衰减与传播距离呈现近似线性关系,为无线电波反射成像算法奠定理论基础。其次,在模型中距巷道5、10、15、20、25、30 m处设置断层异常区。与正常无断层煤层相比:Hx分量场强值在断层处会发生数值突变,场强值先增大再减小,并且随着断层距巷道距离的增大反射场强值整体减小;当断层距巷道25 m以后,场强值变化不明显。最后,利用某煤矿工作面进行现场试验。试验采用0.965 MHz的频率进行整条巷道的无线电波反射探测,探测结果中地质异常附近无线电波场强值异常升高,显示出明显的直达波和反射波相叠加的现象。通过回采揭露验证,场值异常处与断层位置吻合较好,试验取得良好的效果。综上所述,无线电波在正常煤层巷道中场强值衰减与传播距离呈近似线性关系,当工作面内存在构造异常时会产生直达波和反射波相叠加的现象,其场值会发生跳跃升高。采用反射无线电波法进行煤层工作面地质异常探测具有可行性和有效性,为煤层工作面地质构造探查提供一种新的方法和思路。
基于电−磁法联合勘探的火烧区范围及富水性的预测
闫顺尚, 王玲, 董方营, 刘晓, 吕晓磊
2022, 50(2): 132-139. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.05.0290
浏览量:(63) 下载量:(12)
摘要:
为精确查明矿区火烧岩体的分布范围及其富水程度,综合考虑地质体电−磁性特征,组合一套新型火烧区边界及富水性预测勘探手段。采用高精度磁测、瞬变电磁法、高密度电法3种物探方法联合勘探,将其应用于新疆沙吉海一号井田火烧区勘探,并与之前物探结果进行对比。结果表明,火烧区南部边界较原勘探边界发生较小移动;研究区总体富水性较弱,富水区主要集中在火烧区南部边界及以南,在B10煤层附近圈定了9个火烧富水区,编号为Y1—Y9;拟设计钻孔位置均较合理,为下一步钻探施工提供可靠的物探资料依据。多种物探方法相互结合验证性较好,为今后火烧岩地区火烧范围及富水性探查提供实践依据。
水平井煤岩界面方位电磁波测井仪器探测性能
张意, 康正明, 冯宏, 韩雪, 李飞, 李新
2022, 50(2): 140-149. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.06.0334
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摘要:
煤岩界面的预先、精准识别是实现智能化开采,提高开采效率和降低成本的关键技术之一,方位电磁波测井已在石油测井岩性界面识别中获得较好效果,但对煤岩界面识别情况的研究较少。为了研究方位电磁波在煤田测井环境中的适用性和探测性能,使用一维广义反射系数法计算磁场分量,并使用快速Hankel变换加快积分计算速度,模拟线圈系组合方式、频率、源距、线圈系半径、电阻率对比度、发射电流和电阻率各向异性对煤田方位电磁波测井响应的影响。结果表明:方位电磁波测井仪器能够分辨煤岩界面,对煤岩界面识别具有较大的应用潜力。线圈系半径和发射电流主要影响仪器响应信号的大小;在一定电阻率对比度范围内,幅度比和相位差在界面附近的幅值随电阻率对比度增大而增大,高阻地层电阻率各向异性对幅度比和相位差影响较小;仪器发射频率、源距、电阻率对比度同时影响方位信号最大探边深度。
煤矿井下钻孔内瓦斯浓度监测传感器研制
丛琳
2022, 50(2): 150-155. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.05.0277
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摘要:
当前,煤矿井下钻孔作业时,瓦斯监测系统只能反映钻孔孔口处瓦斯抽采量,无法获得钻孔内某个区段的瓦斯抽采效果, 随着煤矿井下瓦斯抽采钻孔孔深增加,沿钻孔长度方向瓦斯抽采效果出现明显分区,不同孔深处有效抽采半径出现较大差异,导致煤矿井下瓦斯抽采钻孔布置难度较大,不确定性增加。针对此问题,设计一种煤矿井下钻孔内瓦斯浓度监测传感器,该传感器基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)原理,可实现钻孔内多点同时在线监测,保证了孔内无源,实现了本质安全。首先,分析TDLAS瓦斯测量基本原理,从气体分子吸收光谱原理出发,介绍了激光光源的选择,并根据比尔−朗伯定律推算瓦斯气体浓度解算公式。然后,在此基础上进行瓦斯浓度监测传感器设计,包括光程设计、结构设计、保护工艺设计和孔中操作流程4方面。最后,从性能和可靠性2方面出发,进行相对误差测试、稳定性测试、响应时间测试、与非色散红外传感器性能对比和防水防尘测试。设计的瓦斯浓度监测传感器直径40 mm,长度80 mm,传感器本质安全,结构上能够很好地适用于煤矿井下钻孔内应用。性能测试中,传感器全量程最大相对误差2.8%,小于孔内瓦斯浓度±6%的监测标准;稳定性测试中,传感器数据的波动范围在0.015%,稳定性为0.28%,满足稳定性小于1%的要求;传感器的响应时间约为8 s,满足响应时间小于10 s的要求;与非色散红外传感器对比测试中,设计的TDLAS瓦斯浓度监测传感器的相对误差和响应时间都明显优于非色散红外传感器。可靠性测试中,传感器长时间处于高湿度环境中,其测量精度并未受到影响,保护工艺可有效防水。性能测试和可靠性测试结果表明,瓦斯浓度监测传感器能够很好地满足孔内瓦斯浓度监测需求,在煤矿井下孔中监测方面具有很好的应用前景。
钻掘工程
预钻式原位岩体剪切测量系统研制与试验分析
张幼振, 刘焱杰, 钟自成
2022, 50(2): 156-162. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.07.0365
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摘要:
预钻式岩体剪切测量系统可以测量矿山原位岩体的内摩擦角和黏聚力,与传统室内试验和现场测试相比,该测试方法可以最大限度保持岩体本质状态,方便快捷获取测试数据。首先阐述了系统整体设计思路,并成功研制出预钻式原位岩体剪切仪设备,搭建了数据采集存储软件平台;其次,基于剪切仪的工作原理,通过配套完整的测量系统试验装置,制定了试验数据处理方法和试验步骤;最后为验证系统方法的工程适用性,对测量系统进行了标定试验,并在混凝土平台进行了岩体侵入试验与剪切试验。剪切试验结果与室内直剪试验相比,内摩擦角小24.77%~41.33%,黏聚力小13.11%~32.84%。针对试验结果的差异性,从仪器设备和试验方式进行了分析,指出试验误差主要来源于设备剪切加载方式的变化和岩体直剪试验方法的不同。研究结果为矿山原位岩体力学参数的准确测量提供了新的思路和方法,也为后续系统的改进设计提供借鉴参考。
井下ø550 mm超大直径煤层孔钻进技术装备及工程应用
孙永新
2022, 50(2): 163-168. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.08.0469
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摘要:
为提高“U”型通风工作面采空区瓦斯治理效率、降低瓦斯治理成本,提出采用ø550 mm 超大直径钻孔替代横川埋管的技术方案进行采空区瓦斯抽采。针对井下超大直径钻孔技术特点及施工中存在的技术难题,研制了一款最大扭矩 15 000 N·m、最大给进力 700 kN、最大行程 1.3 m 的ZDY15000LP 型煤矿用超大直径螺旋钻进钻机,采用主机和泵站分体式布局,并创新设计了主机、泵站、机械臂、动力头等关键零部件;配套开发了ø426 mm 大螺旋钻杆和ø550 mm 大直径扩孔钻头,开发了基于“先导孔+二次扩孔”的超大直径钻孔成孔工艺,形成了成套的超大直径钻孔施工技术装备。在山西天地煤业有限公司王坡煤矿 3307 工作面进行了工业性试验,共施工大直径瓦斯抽采钻孔17 个,累计进尺 583 m,施工周期 30 d,综合施工效率提高 20%。试验结果表明:钻机输出扭矩大,整体稳定性好,能够实现跨皮带施工以及快速移位等功能,配套钻具性能可靠,钻进工艺可操作性强,能够满足超大直径煤层成孔需求。研究成果为超大直径煤层钻孔施工提供了技术装备支撑,为地质条和开采条件类似矿井瓦斯治理提供了技术经验。
不同回火温度对一种低碳高强钢显微组织及力学性能的影响
芦甜, 温国栋, 马晓琳, 李骏, 居培, 王世清
2022, 50(2): 169-174. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.06.0322
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摘要:
为提高钻探装备用低碳高强钢材料的力学性能,可通过调节不同热处理回火温度以获得不同材料组织成分来有效实现。分别以610、630、650℃为试验设定热处理回火温度,并利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)对回火后低碳高强钢材料显微组织进行对比分析;利用显微硬度仪、万能材料试验机、冲击试验机对试验材料显微组织硬度、拉伸性能及抗冲击性进行试验测试。研究结果表明:经过调质处理后的材料性能较原材料有所提升。当回火温度为610℃时,显微组织为回火马氏体+回火索氏体,其屈服强度最高为1 020 MPa,显微硬度为332 HV,且具有较好的塑性。随着回火温度的增加,显微组织发生回复,转变为回火索氏体。此时其屈服强度与抗拉强度下降,冲击功提升,650℃下冲击功最高。随着回火温度的变化,冲击与拉伸断口呈现出韧性断裂、准解理断裂以及混合断裂多种失效形式。回火工艺可有效提升该低碳高强钢的力学性能,且该工艺在生产中易得到大面积使用。