摘要：瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得了一定进展。主要表现在如下4个方面:①煤层瓦斯含量测定取样经历了孔口接样、岩心管定点取样、压力引射定点取样和密闭取样4个阶段,密闭取样装备保压能力达到11.5 MPa,煤心直径达到38 mm;②针对不同煤层地质条件,发展形成了顺煤层定向长钻孔密闭取样、底板穿层钻孔密闭取样和顶(底)板梳状定向长钻孔密闭取样3种取样技术;③在河南焦作和山西晋城矿区硬煤层中,顺层定向长钻孔取样深度达到516 m,密闭取样法测得煤层瓦斯含量较常规取样法分别平均提高了0.44倍和1.04倍。在安徽淮南矿区碎软煤层中,穿层钻孔密闭取样深度达到209 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.26倍;在安徽淮北矿区碎软煤层中,顶(底)板梳状钻孔密闭取样深度达到484 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.19倍,密闭取样法在煤层瓦斯含量测定精度、探测范围上优于常规取样法;④在瓦斯含量测试方面,除了传统解吸法测试,发展了系列煤矿井下瓦斯含量快速测试装备,可实现最快30 min内测得煤层瓦斯含量,一般用于百米孔内的瓦斯含量测试。提出了煤层瓦斯含量测定密闭取样装备需向小型化、轻量化的方向发展,并能实现随钻密闭取样。在测试上,应根据实际情况确定合理的解吸终止限,并将测试装备和密闭取样装备进一步结合,以实现深孔瓦斯含量快速准确测定。密闭取样技术已成为煤层瓦斯含量大区域精准勘查、预测的主要手段,是煤炭安全高效开采的重要技术保障。

摘要：目前钻孔机器人位姿调节多采用手动遥控调节与人工复测结合,未实现全自动调节,开环控制精度低、自动化能力低、无法实现煤矿用探放水、防突和防冲钻孔机器人精确开孔定位与孔群全自动施工。通过分析钻孔机器人钻臂结构和动作,建立了钻臂运动学模型;通过对加工误差、机身变形、装配间隙等影响因素分析,发现采用回转减速器蜗轮蜗杆结构间隙会引起倾角和方位角误差放大,并在机身平时会引起倾角和方位角误差最大达0.85°;为消除误差,首先采用传统钻臂运动学误差补偿方法建立了钻臂静、动态误差补偿模型,利用全站仪测试关节间隙和变形量,基于补偿模型和RBF神经网络法求逆解得到误差补偿量,钻臂期望位姿与实际位姿误差的x方向平均误差为9.6 mm,y方向平均误差为18.2 mm,z方向平均误差为16 mm,满足工程应用要求;其次为解决传统全站仪试验测量的方法的复杂性和非实时性问题,提出了一种通过激光测距仪和高精度开孔定向仪组合获得位姿误差检测的方法,通过测距实时计算实际和理论倾角、方位角差值,作为误差补偿后的新倾角和方位角的控制输入量,对钻臂进行实时误差检测与补偿;最后利用传统全站仪精度检测方法对激光测距组合位姿误差补偿模型进行验证。试验表明:激光测距组合定位误差检测法最大误差差值在±0.5°以内,方位角最大误差在±0.5°以内,比未采用误差补偿前分别提高了41.1%和37.5%,满足了钻孔机器人开孔定位误差要求。在煤炭行业开展了钻孔机器人钻臂在线精确定位与误差补偿研究,对钻孔机器人精确自动开孔定位及孔群全自动施工具有重要的借鉴和指导意义。

摘要：煤岩层对比技术作为地质调查、煤田地质勘探、矿井生产中重要的技术手段,该技术贯穿整个煤田地质勘查与矿井生产阶段的全过程,是煤炭资源储量计算、矿井地质构造分析的基础。煤岩层对比技术经过多年的发展已经形成了较成熟的煤岩层对比理论和方法,可以满足煤炭地质勘查阶段的地质勘查设计、矿井设计及资源储量的计算等.

摘要：为了提高地下水循环井修复用不锈钢滤水筛管的抗拉能力,保证其在下管和提管时不发生拉伸变形破坏,确保滤水筛管在井内的安全运行,从整体结构、筛网丝型和参数3个方面进行了滤水筛管结构设计,并通过有限元模拟和室内拉伸试验评价滤水筛管的抗拉性能。设计采用三角形不锈钢丝型和全焊式绕丝工艺,共研制2种结构、6种规格的不锈钢滤水筛管,模拟及试验结果表明:筛管断裂均发生在接头与筛网的焊缝处,仿真结果与试验结果具有较好的吻合性;对于外绕丝内竖丝型滤水筛管,随着筛网孔隙和绕丝尺寸的增大,筛管最大拉伸载荷逐渐降低,SG1-0.9/2.3型筛管抗拉载荷最大,试验和仿真结果分别为1072.75和1114.39 kN,二者误差率为3.88%;对于外竖丝内绕丝型滤水筛管,随着筛网孔隙的增大,筛管圆周竖丝的横截面积逐渐减小,筛管最大拉伸载荷逐渐减小,SG2-0.9/2.3型筛管抗拉载荷最大,试验和仿真结果分别为1662.06和1668.23 kN,二者误差率为0.37%;对于相同的筛网参数,外竖丝内绕丝型结构在承受拉伸载荷时能够产生更大的变形,其抗拉强度优于外绕丝内竖丝型滤水筛管。该研究结果可为地下水循环井修复用不锈钢滤水筛管的设计提供理论指导。

摘要：积极推进中深层地热能供暖技术,是践行国家碳达峰碳中和“双碳”目标的重要举措。中深层同轴套管式换热系统可避免对地下水资源和环境造成损害,且影响要素之间存在着复杂的非线性相互作用。基于中深层同轴套管式换热器的理论分析和数学描述,建立地热井分层换热模型,并验证其可靠性;以陕西关中盆地某中深层地热井为依托,采用数值模拟方法对各项因素影响下的地热井换热性能及连续运行过程的取热能力进行系统分析。结果表明:采用均质模型、分层模型计算地热井出水温度与实测值最大相对误差分别为14.08%、11.50%,平均误差分别为7.29%、6.93%,分层模型较均质模型具有较高的计算精度;影响因素中地热井深度、地温梯度及地层导热系数对取热功率影响最为显著,在一定程度上取热功率与地温梯度、进水温度、内管导热系数基本呈线性关系,且固井材料导热系数对传热过程具有热阻效应;中深层地热井取热量随运行年限的增加而降低,前5个供暖季取热量降幅较大,之后取热量降幅减缓,经过50个供暖季,年平均取热功率下降15.59%,将地温下降值超过1℃视为地温场受到影响,地温场平均受影响半径约为65 m,此外,由于地层的差异性,地热井周围地层温度下降及恢复等值线在地层交界面处出现了“阶梯式”变化,岩石导热系数较大的地层在地层交界面附近造成的温度扰动距离更远。研究成果可应用于中深层地热井取热换热能力的评估,同时为中深层同轴套管式换热系统的设计提供借鉴。

摘要：复杂软弱煤层的钻孔成孔效果对矿井瓦斯抽采具有重要意义。针对王坡煤矿复杂软弱煤层钻孔施工排渣难、事故率高、成孔难等问题;设计了一种具有高转速、大功率、大扭矩性能的ZDY6000LR型高转速履带式钻机,其最大扭矩6 000 N·m,最大转速400 r/min;通过对钻机的布局、动力头、调角机构、给进机身及液压系统的优化设计,确保在施工过程中能够有效地解决在钻进过程中出现的卡钻、塌孔等问题;开发具有强度高、不易崩齿等优点的Ø95/Ø60.3 mm宽翼片插接密封螺旋钻杆,以及具有强度高、断齿风险低等优点的Ø113 mm、Ø120 mm、Ø133mm三角梯齿PDC钻头。在王坡煤矿3 206工作面现场工业性试验表明:该套钻探装备及钻具组合有效解决了施工过程中存在的排渣难、喷孔顶钻等问题,提高了钻孔成孔率,百米以上钻孔成孔率超过70%,为矿井本煤层瓦斯抽采提供了重要支撑。

摘要：为减少煤矿坑道钻机施工人员劳动强度,保障作业安全,设计了多自由度机械臂,分析了该机械臂的主要结构和工作原理,得到了各部件的基本运动参数,研究了抓手体的位姿、速度与各部件运动学参数之间的关系,利用Matlab软件仿真得到了抓手体的作业范围,同时对比研究了采用依次驱动和同步驱动方式下抓手体的运动轨迹。结果表明:采用同步驱动方式能够使抓手体的运行速度和加速度曲线更平滑,运行工况更趋于平稳,此时抓手体运动的速度和加速度最大值仅分别为347 mm/s、55 mm/s2,能够有效降低抓手体的速度和加速度峰值以及减少波动次数。研究结果为多自由度机械臂在坑道钻机的现场施工使用提供了理论基础。

摘要：电法监测技术因其对煤岩电阻率变化的高灵敏特点而逐步在突水风险较高的矿井进行推广应用,然而由于井下工作面两巷工况环境复杂,不同场源发射监测电极间的接地条件差异较大且随时间变化,难以在整个监测周期内提供稳定的场源信号。设计了一种基于STM32F407的负反馈式本安型电法监测场源信号发射装置,该装置可自适应调节不同发射电极间的接入电阻,具备双重可靠本安保护电路,实现了本安限制条件下场源信号的最大功率稳定发射,既而使场源能量最大化加载至目标监测地质体来获得尽可能强的场源响应信号,提升电法监测系统数据采集质量,提高反演解释的准确性。

摘要：针对煤矿井下复杂顶板高位钻孔穿越破碎层位段下放大直径套管过程中施工效率低、人工劳动强度大等问题,设计了大直径套管下放装置。介绍了大直径套管下放装置的方案制定,详细叙述了前内撑组件、后内撑组件和缸体、卡瓦等关键零部件的设计过程,并简述了利用钻机进行套管下放的工艺步骤。现场工业性试验过程中,向倾角为17°的4个定向钻孔内累计下入直径为φ245 mm长度为1.5 m的套管68根,共计102 m;大直径套管下放装置动作灵敏,性能可靠,满足了复杂顶板高位钻孔机械化下放大直径套管的功能需求。

摘要：煤层顶板定向长钻孔成孔后采用筛管完孔是保障工作面回采过程中瓦斯抽采效果的有效护孔措施。为了研究利用钻孔内重入大通径钻杆并在其内水力输送分组筛管自动对接完成全孔段筛管护孔的可行性,利用设计的水力输送筛管测试装置和分组筛管对接装置,进行了钻杆内分组筛管水力输送力及自动对接模拟试验,得到了不同泵量下分组筛管的水力输送节流压差与输送力,并与理论计算结果进行对比分析,同时对分组筛管对接装置的对接可靠性和分组筛管自动对接成功率进行了分析试验。试验结果表明:不同泵量下,节流压差和水力输送力实测值与理论计算值相近且呈指数式增长趋势,在泵量390 L/min时,配套Φ82 mm节流增压管的分组筛管在Φ102/Φ83 mm大通径钻杆内的实测节流压差、水力输送力分别达到1.29 MPa、6860N,且分组筛管对接装置的单次对接成功率和分组筛管自动对接成功率分别不小于94.18%、82.23%。