摘要：【目的】针对煤矿井下复杂地层定向钻进过程中存在的实钻轨迹控制难度大、与设计轨迹偏差较大的问题,提出了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的定向钻孔轨迹跟踪控制方法。【方法】以螺杆钻具定向钻进过程为研究对象,在分析煤矿井下复杂地层条件下定向钻进特性的基础上,研究定向钻具的运动规律,采用运动学理论建立滑动定向钻进的钻孔轨迹延伸模型,并用泰勒级数展开方式对模型进行线性化处理,以消除钻孔倾角与方位角等状态量之间的耦合关系,在此基础上构建钻孔轨迹预测模型和以最小轨迹偏差作为控制目标的目标函数,采用反馈校正方法解决预测模型的稳态误差问题,并设计具有预测模型、滚动优化、反馈校正功能的模型预测控制器,得到钻孔轨迹最优控制量的推荐-工具面向角,最终实现定向钻孔轨迹跟踪优化控制。最后,利用陕西韩城某煤矿钻孔实钻数据,对控制算法进行了验证。【结果和结论】结果表明,线性化处理后的钻孔轨迹延伸模型有效保留了原有模型的特征,并简化了控制器的设计过程。改进后的定向钻孔轨迹反馈校正模型预测控制方法克服了模型适配和稳态误差的影响,相比于基于螺杆钻具造斜规律的人工经验控制决策方法,倾角平均绝对误差和方位角平均绝对误差分别降低79.5%和70.5%,为复杂地层定向钻孔轨迹控制提供了一种新的控制算法。

摘要：将油田钻井、修井常用的单闸板防喷器引入到煤矿井下探放水钻孔施工中,经过对防喷器壳体、联接方式、闸板等部件的多次改进与优化,研制出适用于煤矿探放水钻孔施工的SFZ110-14型手动闸板防喷器,其重量仅有65 kg。通过试验,其结构能够满足煤矿井下探放水钻孔安全施工的需要。

摘要：由于可连续起下钻、不间断循环等优势,连续管钻井已成为近年来发展最快的石油钻井技术之一,开发煤矿井下连续管钻进技术是煤矿实现“少人化”甚至“无人化”钻探的重要技术途径。针对该技术在煤矿井下应用存在的管柱优选、钻进方法等关键问题,提出了连续管射流定向钻进方法,根据煤矿井下钻探用泥浆泵能力和孔深设计,分析了不同管径、不同弯曲比(r0/Rb)连续管流体摩阻;采用数值模拟方法,分析了不同连续管管径与钻孔孔径比(管孔比rc)情况下近水平钻进管柱屈曲形态及与孔壁接触应力;通过旋转射流水力学参数研究和破岩效果实验,给出了最佳射流钻头参数:通过连续管射流定向钻进实验,分析了射流定向钻进造斜规律,不同流量、钻进速度与钻孔孔径的关系。结果表明:?19~?31.75 mm连续管的弯曲半径可满足煤矿坑道空间要求;连续管流体摩阻的主要影响因素为管径和流量,在井下常用泥浆泵流量200 L/min、压力31.5 MPa、钻孔深度200 m情况下,?31.75 mm连续管为最佳管柱方案;管孔比rc=0.454时,连续管与孔壁接触应力稳定,压应力呈线性变化;采用?34.5 mm/5×1.0 mm(5个孔径1.0 mm的喷嘴)喷射钻头+?40 mm液力换向器+?31.75 mm连续管钻具组合钻进,平均增倾角能力0.67 (°)/m,平均降倾角能力为0.61 (°)/m,平均增/减方位能力0.45 (°)/m;通过控制射流流量和钻进速度,钻孔直径可控制在?70 mm左右;研究成果为煤矿井下连续管钻进技术与装备的开发提供了理论基础。

摘要：裂隙性漏失及其引起的储层损害问题严重制约着裂隙性油气藏和深层油气藏的钻探及开发进程。应用正交实验法对6种不同粒度、不同硬度的桥堵剂设计了16种配方,使用DL-A型高温高压堵漏模拟试验装置,以漏失量、承受压力和堵漏时间为评价指标,测量了不同配方堵漏剂对4mm圆孔模板及长孔模板的堵漏效果,并得出了最优配方。最优配方堵漏剂对模拟孔、缝的试件具有高的承压能力、较短的漏失时间和较低的漏失量,堵漏效果比较明显。分析实验结果可以得出,在裂缝性漏失地层中应适当加大硫矿粉、核桃壳等能够在井内温度下遇水膨胀的材料,而在孔隙性漏失地层中应适当减少其加量,而应加大花生壳、锯末等纤维状材料。

摘要：近年来,瓦斯事故已经成为煤矿安全的"第一杀手"。设计一种通过水力封隔器对近水平孔孔底进行密封的集气装置,对于预防瓦斯事故具有重大意义。该装置通过水力封隔器对钻孔底部进行水力密封,并以纯机械方式自动完成集气。同时进行了室内试验并配合原位瓦斯检测仪进行了现场应用。

摘要：钻探资料显示,山西某煤矿主采煤层3煤层存在陷落柱。为查明陷落柱的富水性,进行了直流电法及瞬变电磁法相结合的勘探工作。利用直流电法确定了第四系与基岩的分界线;而瞬变电磁法探测准确的解释了陷落柱的位置及富水性。探测结果表明,3#煤层的陷落柱虽具有较强富水性,但因其具有较好的密闭性,并未与上部砂岩及下部灰岩之间形成导水通道。

摘要：为了能够直接反映瓦斯抽采定向钻孔轨迹与煤(岩)层的相对位置,优化钻孔轨迹设计并提高钻孔轨迹控制精度,研究提出了遇层角法,首先介绍了遇层角法的概念,然后创建模型并进行了钻孔遇层角的分析与计算,进而导出煤(岩)层法向偏差的计算公式,并通过举例说明了遇层角法在瓦斯抽采定向钻孔轨迹的优化设计与准确控制中具有积极意义。

摘要：近水平定向钻进技术孔底空间参数采用BP神经网络实现了精准预测;通过极等间距网与笛卡尔坐标进行实钻轨迹成图,呈现实钻轨迹与设计轨迹随孔深的偏差分布和偏差量;采用加装水力振荡器和水力辅助加压器,通过改变振动形式、增加孔底辅助加压的形式,缓解孔底托压;通过定向长钻孔孔内局部注浆装置及配套机具和复合钻进技术,缩短辅助作业时间,形成了轨迹精准预测孔与评价、减阻辅助加压、复合钻进与局部注浆技术等硬岩定向钻精准高效探放水施工技术,并在新安煤矿底板奥灰水探测中进行了应用。应用实践表明,硬岩定向钻精准高效探放水施工技术能够满足硬质岩层高效探放水定向钻孔施工需求。

摘要：随着套铣技术在煤矿井下近水平定向钻孔卡/埋钻事故中的应用越来越多,套铣钻具发生二次卡/埋钻事故概率增加,针对该问题,在常规水力式机械内切割器的基础上,设计了一种用于煤矿井下近水平定向钻孔套铣钻具的棘轮式二级定位小口径内切割器;通过建立推送装置与切削刀的几何模型得到了二者的位移关系,并确定了棘轮式二级定位小口径内切割器的技术参数;现场应用中成功将φ114 mm套铣钻杆在446.5 m处割断。结果表明:活塞与节流针配合起到了切割报信功能;采用的具有定位功能的棘轮机构,降低了对连续水压的依赖,操作难度要求降低;利用弹簧蓄能为切削刀刀具旋转提供柔性推力,推力连续稳定,消除了水压波动对刀尖的冲击。

摘要：高速铁路路基稳定性决定了列车运行的舒适度和安全性。粉土作为强度低、水稳定性差、渗透性较强的特殊地层给高速铁路路基的稳定性带来了极大的隐患。本文分析了京沪高速铁路新长段粉土的基本工程力学性质,并对该粉土路基进行了室内水泥改良试验,以为高速铁路路基改良设计和施工提供试验依据和建议。