摘要：【目的和方法】为掌握煤层水平井中随钻电磁波仪器探测影响因素,通过有限元数值模拟采用多频、多线圈距的正交耦合线圈进行边界探测研究,确定了仪器线圈最佳排布非对称方式,并获得了适合高阻煤层的频率、源距、线圈间距的优化工作参数选择。【结果和结论】通过正交线圈与倾斜线圈对比研究,发现倾斜线圈时定向信号虽然理论上幅度比信号随着线圈距增大在增强,但实际的倾斜线圈感应电动势的幅值却随着线圈距增大而减小,增大了信号采集的难度。通过研究设计了一种适合煤矿使用的方位电磁波电阻率正交线圈系结构,满足高阻情况下同时具备电阻率和界面探测的功能,获得了适合高阻煤层的频率、源距、线圈间距的优化参数,为煤矿井下孔内顺煤层方位电磁波探测技术提供基础。

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：针对矿用地震仪的本安设计要求和国标对本质安全型设备保护电路的规定,设计出一种基于集成保护芯片的本安电源电路,用于矿用地震仪的电池输出保护电路部分。该电源保护电路实现了2级过压、欠压和过流保护,并对各部分电源也采用了限压和限流保护。对矿用地震仪的本安电源设计、本安电源电路原理图进行了介绍,并针对各部分电源的本安参数给出了计算方法和关键器件的选型,通过实验结果验证了设计电路。对矿用本安型仪器的电源设计具有一定的参考意义。

摘要：与石油行业仪器设计相比,煤矿井下仪器最大的区别是需要增加防爆设计。我国煤矿井下普遍含有高浓度瓦斯爆炸性气体,电气电子设备工作存在安全风险,必须对仪器工作电路和结构进行本安防爆设计,使之满足国家矿用产品标准。针对煤矿井下特殊环境,机械结构设计部分有两方面需要重点考虑,分别对强度、性能方面的需求和仪器隔爆接合面的设计,将通过有限元仿真模拟受力分析及实验测试相结合的方法验证其可靠性,为开发适合煤矿井下随钻方位电磁波测井仪器提供参考。

摘要：随钻地质探测系统是井孔中实现地质导向的关键工具,能够将钻进前方未知地层信息进行实时探测和解析,引导钻孔轨迹方向朝目标区钻进。针对煤矿井下空间狭小、钻具规格尺寸小等因素,开展了小型化随钻地质探测系统结构设计,通过模拟分析设计了外径为φ89 mm的主钻铤,具有结构紧凑、高强度等特性,满足随钻地质探测系统机械结构强度同时,实现了随钻地质探测系统方位电磁波测量单元、方位伽马测量单元和轨迹测量单元的小型化、一体化和模块化设计。

摘要：小庄矿井在煤层开采中遇到了多种地质异常现象,严重影响着煤炭的安全高效开采,为了精细探测该矿存在的地质异常区,以三维地震资料解释为基础,结合巷道掘进的测量数据、写实剖面及补充钻孔数据,开展了地震动态解释技术研究。通过地震地质综合分析,精细解释了矿井煤层中存在的地质异常区、煤层冲刷变薄区、无煤区及沉积缺失区,并分析了各种地质异常成因及影响。该矿井地质异常主要受古地理控制,并由古河道冲刷、差异压实和层间滑动等因素共同作用,矿井采掘资料验证了地震解释的正确性。提出的地震地质综合解释方法,有效地提高了矿井地质异常区探测精度,以此指导巷道设计开发,对小庄矿井煤炭安全高效开采具有重要的意义。

摘要：煤矿井下智能掘进工作面要求及时、准确探明掘进前方的地质构造,为快速掘进及时提供地质资料。这就要求在煤矿井下进行掘进工作面超前预报探测必须快速、便捷,超前预报仪器的性能和施工的便利性,显得尤为重要。从仪器总体结构设计、关键器件选型、本安电路设计、采集电路设计和控制软件开发等方面进行了介绍。采用低功耗高性能的IMX6ULL大处理器作为控制器,研制了一套适用于煤矿井下的掘进工作面节点式超前预报仪,为矿井掘进超前预报提供装备支撑,并在煤矿井下进行了应用,取得了较好的效果。

摘要：设计了一种基于STM32的煤矿电磁波随钻测量单元,论述了钻孔姿态测量原理及姿态更新算法。对测量单元总体方案、硬件电路及软件流程进行了进行了设计。硬件部分采用STM32F103C8T6作为测量单元主控芯片,采用惯性测量模组MPU6050进行姿态测量数据采集,避免了测量过程中磁场畸变对测量精度造成影响和成本增加的问题。通过在三轴校验台进行测量精度实验,证明测量单元具有体积小、测量精度高的特点,适用于全空间范围内的姿态角测量,满足电磁波测量系统对轨迹测量精度的要求。

摘要：提出一种基于井下定向钻孔技术构建气化通道的方法。旨在解决地下气化钻孔轨迹控制精准要求高和筛管下入效率低等问题。通过对井下定向钻孔优化设计、施工工艺、轨迹控制及筛管护孔等关键技术进行研究,形成一套适用于井下气化通道的定向钻进工艺关键技术。该技术在王村斜井煤矿进行了成功应用,为后续井下煤炭气化技术的实施提供有效通道。

摘要：为对地面定向钻孔注浆后浆液在井下扩散区域进行有效检测,基于高密度直流电法技术,设计在开挖巷道两侧帮距离底板1.5 m布设等间隔200 mm的浅钻孔测线,进行对称测量。通过实验室物理模拟、数值模拟和袁店二矿轨道大巷检测,结果表明:水泥浆液在凝固硬化浸泡后相对于周围围岩仍然呈现高阻状态,注浆浆液的挤压置换在有巷道空间存在的情况下,左右两帮在视电阻率等值线断面图中会有较明显的差异,巷道探测结果划定的注浆浆液扩散区域经验证吻合实际情况,说明在巷道两侧布置测量点综合对比分析浆液扩散区方法可行,证明了该方法可以在事后进行注浆浆液扩散区检测。