摘要：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研究顶底板围岩电阻率、仪器偏心、煤层井眼垮塌和煤层厚度等因素对电阻率测量值的影响,分析高阻煤岩地层条件下幅度比和相位差计算的电阻率响应规律。在此基础上,建立三层地质数学模型,模拟不同发射频率情况下随钻电磁波仪器钻进煤层时,幅度比和相位差电阻率计算解析解和数值解的差异,以及煤层相对介电常数对幅度比和相位差计算的影响。模拟结果表明:幅度比和相位差计算的电阻率解析解和数值解符合度很高,但当电阻率大于100Ω·m时,幅度比电阻率已经不能反映煤层的真实电阻率,所以在实际处理解释过程中用相位差电阻率要好些;高阻煤层不同发射频率情况下,电阻率数据主要对煤层电阻率敏感,对介电常数不敏感,只有在超高频时,介电常数才会对电磁波传播造成较大影响。

摘要：针对碎软煤层空气定向钻进过程中煤尘具有产生量大、流速快和瓦斯含量高的特性,基于负压抽吸惯性干式除尘原理,设计了一种适用于煤矿井下碎软煤层空气定向钻进的负压抽吸分级净化除尘装置;装置主要由孔口集尘器、一级除尘器、二级除尘器、除尘布袋和配套管路等组成;孔口集尘器收集钻进过程中孔口返出煤渣和含瓦斯气体;一级除尘器分离中等、大颗粒煤渣,除尘布袋收集中等颗粒煤渣并向外排出非瓦斯气体;二级除尘器利用井下瓦斯抽采负压主动抽吸含瓦斯气体,小颗粒煤渣由二级除尘器安装的空滤进行过滤。在青龙煤矿碎软煤层瓦斯抽采钻孔施工中进行了应用试验,完成9个空气定向长钻孔孔口煤尘的降尘作业,孔口集尘器密封良好,煤尘和瓦斯无外泄现象,钻场降尘效率在96%以上,有效改善了施工现场的作业环境;同时,降尘过程中不需要使用水,煤渣清理方便、快捷,节约水资源。

摘要：针对煤矿井下作业空间小,供电供水能力有限,地面加砂压裂装备无法直接应用于煤矿井下的现状,提出了高压端加砂压裂的技术思路。基于液动冲击混携砂原理,研发了高压端连续水力加砂压裂装备。该装备不需要外部动力源进行混砂,而是通过压裂液流态和流场的变化形成旋流冲击实现混砂和携砂。理论分析、数值模拟和室内仿真试验均表明,该装备在原理上是可行性的,能够有效混砂和携砂。研发的装备整体耐压达到55 MPa,一次可装石英砂750 kg,可实现单个或者多个穿层钻孔的连续加砂压裂。配套设计了三通道并联的煤矿井下高压端连续水力加砂压裂控制系统,该系统通过矿用压风实现开关的开合,与压裂泵的控制系统协同对加砂过程实现远程集中控制,确保加砂过程安全可靠。运用该装备在安徽淮南矿区潘三煤矿进行了5个底板穿层钻孔的现场试验。结果表明:该装备携砂能力较强,仅需开启通道二即可实现有效加砂,最大连续加砂量150 kg,最大注水量316 m^(3),加砂压裂钻孔瓦斯抽采纯量、百孔瓦斯抽采量分别是清水压裂钻孔的2.38和2.03倍,增透效果明显。研发的装备可应用于煤矿井下高压水射流、水力切割以及水力加砂压裂等领域。

摘要：为适应钻孔深度越来越深要求,延长随钻测量工作寿命,针对组合静密封结构缺陷,设计一种适用于随钻测量仪器的自保护密封装置。通过静力学膨胀数值模拟对橡胶气囊膨胀位移与气压关系进行研究,并在此基础上对模型尺寸大小不同,结果不同原因进行分析,讨论造成自保护密封装置模拟结果不同的因素,确定气囊直径、宽度、壁厚和内腔宽度4个自变量,并对4个自变量进行模拟,探究其与橡胶气囊膨胀关系;在静力学膨胀模拟基础上,建立自保护密封简易模型,通过流体数值模拟对其密封效果进行分析。结果表明:自保护密封装置橡胶气囊膨胀位移大小与压力成线性关系,橡胶气囊膨胀位移比k与气囊直径和宽度呈二次函数关系,与气囊内腔宽度和壁厚成反比且橡胶气囊内外圈膨胀位移比k大小不同,并随着自变量参数增大,外圈膨胀位移比k逐渐小于内圈,可推导出橡胶气囊结构尺寸存在膨胀位移比k最大的临界值;在自保护密封装置保护下,自保护密封简易模型内部无水流动轨迹,证明了自保护密封装置可靠。橡胶气囊结构尺寸临界值的存在为设计在仪器空间有限情况下达到最佳密封效果的自保护密封装置尺寸提供依据。

摘要：寺河井田在煤炭开采前需要通过地面预抽方式降低瓦斯含量以解决煤炭开采过程中的瓦斯突出等问题。煤矿区地面煤层气开发工程要做到与煤炭的协调开发,煤层气抽采区块的优选及井位的合理部署至关重要。利用FLAC3D软件模拟,建立煤层底板采动效应地质模型,开展针对性的研究上组煤采动后下伏岩层应力变化;结合煤矿采掘部署,选取下组煤煤层气开发的主控因素为指标,建立采动区下组煤煤层气开发潜力评价指标体系,采用层次分析法和模糊综合评价相结合的方法,评价煤层气开发的有利区块;以煤层气与煤炭协调开发为前提,确定穿煤柱水平井煤层气开发井位部署的原则,研究水平井设计的关键要素及内容,优化设计15口井位。研究表明:9号煤层和15号煤层都处在3号煤层开采卸压范围内;东五盘区是寺河井田部署下组煤煤层气水平井的优选区,开展的1口煤层气井最高日产气量达到了9522 m 3。

摘要：分析了煤矿井下钻机用油缸式给进装置的基本设计原则及结构特点;针对长行程的需求,开发了串并联组合油缸式给进装置,给出了给进装置关键参数的计算方法,并通过拟合曲线分析了有效给进力和起拔力的变化。分析得出:随着磨损增加,有效给进力和起拔力随之降低。利用检测试验台对钻机的最大给进力和起拔力进行了测试,验证了理论计算方法的有效性。

摘要：针对碎软煤层中存在的钻进困难、事故频发、成孔深度浅、难以满足瓦斯治理要求等问题,开展了气动定向钻进在碎软煤层中的影响机制及应用效果研究。借助气固两相流、达西定律等相关理论,划分了气动定向钻进煤渣运移过程中的压力损失类型,建立了碎软煤层气动定向钻进风压、风量的计算公式。分析了风压、风量的影响因素及其作用,编绘了地质参数、钻孔设计参数和钻进工艺参数在典型条件下的风压、风量关系图版。山西某矿气动定向钻进技术现场应用表明,利用本文方法计算的风压、风量结果与实际吻合程度高;采用图表法分析了理论风压、风量与实测风压及风量的误差,获得了各因素对风压和风量的影响权重,发现粒径和倾角是风压和风量的主要影响因素,密度和孔深对风压和风量影响较小。

摘要：井地联合压裂是煤矿井下长钻孔分段压裂的发展趋势之一,压裂液经地面压裂泵加压后通过地面贯通井、煤矿井下长输管路进入煤矿井下长钻孔实施大排量压裂。支撑剂在长输管路中的悬浮运移规律对于优化设计加砂参数、避免管路中砂堵具有重要意义。通过室内实验评价压裂液的流变性能和携砂性能;基于欧拉-颗粒流理论构建数值模拟模型,研究水平管内支撑剂悬浮运移规律及其影响因素;探讨压裂液携带支撑剂运移的流态以及临界沉降流速的计算模型。结果表明:1%降阻剂的加入能够使活性水压裂液黏度提高3~5倍,支撑剂密度越小,压裂液黏度、砂比越高,支撑剂在压裂液中的沉降速度越小;支撑剂在水平管内的流动受到多因素的综合影响,压裂液流速越小,支撑剂密度和粒径越大,支撑剂在管道底部的沉积越严重,携砂效果越差;随着管路直径的增大,管道出口截面支撑剂体积分数最大的位置由管道中下部移动至管道底部,支撑剂流动对于管路的磨损加重;砂比越大,支撑剂间的相互作用越强,压裂液携砂能力降低;优选采用疏浚技术规范推荐的模型计算活性水携砂条件下的支撑剂临界沉降速度,随着管路直径的增大,所需的临界携砂排量呈指数式增大,提高压裂液黏度可降低携砂所需的临界排量。建立的携砂运移临界排量模型和总结的支撑剂运移规律可对管路直径和压裂液排量进行优化匹配,为井地联合压裂施工提供理论支撑。

摘要：针对龙凤煤矿进行煤巷条带瓦斯预抽定向长钻孔施工存在的下向大垂深孔排渣难、钻塌孔堵塞钻孔、下向钻孔积水等问题,结合钻场位置和钻孔设计情况,优选了钻探施工装备,研究了冲洗液加螺旋辅助强化排渣、气举排水、全孔筛管完孔等成孔工艺,优化了“两堵一注”封孔装置和工艺。在回风斜井和轨道1^(#)联2个钻场各施工了7个定向钻孔。结果表明:优选的钻进装备和优化的钻孔施工工艺满足下向大垂深定向孔钻完孔要求;施工钻孔平均孔深303 m,最大孔深363 m,最大下入筛管深度360 m;回风斜井钻场平均抽采浓度55.12%,213 d累计抽采瓦斯57.41万m^(3);轨道1^(#)联钻场平均抽采浓度51.74%,141 d累计抽采瓦斯42.37万m^(3),抽采效果明显,为龙凤煤矿煤巷条带瓦斯预抽和“以孔代巷”提供了新的技术支撑,为类似条件矿井条带瓦斯预抽下向大垂深定向钻孔提供了宝贵经验。

摘要：煤层顶板水平井分段压裂技术是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术。文中基于流-固耦合原理,考虑分段多簇压裂时缝间应力干扰作用和射孔簇裂缝间压裂液动态分配,建立三维裂缝穿层扩展计算模型,研究了多簇射孔条件下裂缝动态延伸情况。结果表明:单簇射孔压裂形成的裂缝半长和宽度均较大,且裂缝尖端位于煤层顶板内,顶板内裂缝向前延伸后,由高应力顶板向低应力煤层中穿层扩展;三簇射孔条件下,当射孔簇间距小于15 m或压裂液排量低于8 m3/min时,中间裂缝不能获得有效的压裂液分配而发育不充分;对于煤层顶板水平井,射孔簇增多会导致压裂液分流,部分射孔簇将无法形成有效裂缝或无法穿层扩展,导致射孔簇效率降低。因此,对于多簇施工,应综合考虑压裂液排量、簇间距,以促进裂缝均匀扩展。研究成果可为煤层顶板水平井分段压裂施工优化设计提供依据。