摘要：矿井水力压裂技术在坚硬顶板卸压和瓦斯高效抽采领域得到的广泛应用,但对于长钻孔水力压裂效果的检测评价一直缺乏较为理想的物探方法,传统探测方法存在成本高、效率低与探测距离短的不足。为实现坚硬顶板定向长钻孔水力压裂效果高效直观地检测这一目标,采用一种煤矿井下在压裂孔内施工的动源动接收瞬变电磁探测方法,探测装置天线是由收发间距固定的极小发射线圈和三分量接收探头组成,在钻孔内沿钻孔逐点移动进行三分量接收。为了弥补有缆装置探测距离的不足,采用孔外定时同步、孔内发射接收的探测装置,采用钻机推送的方式对神东某矿井2号压裂钻孔40~315 m段进行压裂前、压裂后分别探测。首先对垂直分量数据进行预处理,采用水平分量数据实现探头姿态变化影响校正,并提取纯异常场进行分析,最终实现充水裂缝三维成像技术。试验结果表明:纯异常场等值线图中有明显条带状低阻异常分布,综合分析压裂前、后视电阻率分布情况认为该条带状低阻异常即为压裂形成裂缝所致,异常走向即为裂缝延伸方向,异常延伸范围即为裂缝延伸范围。三分量瞬变电磁探测技术是矿井物探、钻探和水力压裂技术的有机结合与相互补充,对裂缝走向和延展范围进行有效圈定,能够有效应用于坚硬顶板定向长钻孔水力压裂效果评价。

摘要：基于国内煤层气井产量普遍较低,煤层气行业地质研究与工程脱节较严重的实际情况,迫切需要引入地质工程一体化思路,有助于形成科学的工程决策。提出煤层气地质工程一体化平台的理论构想,规划设计平台的业务架构与功能架构,集成Petrel地质建模、Compass钻完井设计、MFrac压裂设计、CBM-SIM储层数值模拟等各类专业软件工具,建立地质工程一体化共享数据库、产气贡献监测平台和智能排采远程控制平台,固化标准的地质工程一体化技术工作流程,并建立相应的专业知识库。通过平台的建设打通煤层气勘探开发上下游的专业壁垒,实现全流程数据与成果共享,打造集煤层气开发的地质评价、工程设计优化、数据共享于一体的服务平台。以煤储层三维地质模型为基础,开展地质及煤储层综合评价研究,对钻井、固井、压裂、排采等工程作业方案进行设计及动态优化,集成气井产气贡献监测和智能排采远程控制系统,实现煤层气地质工程一体化和项目全生命周期管理,同时可以减少重复工作量,提高煤层气勘探开发工程效率和气井产量,实现降本增效。

摘要：为了解决随钻式掏穴技术钻进中需要配套泥浆泵调节流量以切换钻进、掏穴状态,控制效果不甚理想等问题,开发了无泵式双通道机械掏穴钻头,该钻头配套双通道钻杆及双通道送水器使用,在钻具内形成2套互不连通的水路,环空水路用于冷却钻头携带岩粉进行正常钻进,中心水路用于控制刀翼开合,大大提高了刀翼开合的控制精度,同时无需配套泥浆泵,提高了随钻掏穴技术应用范围。通过钻头结构设计、齿轮齿条计算以及水路结构优化等,提高了钻头可靠性,采用设计的钻头在淮北朱仙庄煤矿进行了现场试验,试验共完成了?120 mm的钻孔101个,施工总进尺2 861.5 m,钻孔平均深度28.3 m,出煤量0.20~0.69 t/m,单孔平均出煤量0.22 t/m。采用双通道造穴技术可将原常规施工?120 mm钻孔直径扩大至4.1倍。试验证明:设计的双通道机械掏穴钻头,能够满足无泵式机械掏穴的需求,大大提高了施工效率。本研究为低透煤层瓦斯抽采增透提供了钻具支撑,为本行业类似掏穴钻孔施工提供了技术方案。

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。

摘要：利用顺煤层、顶板高位钻孔抽采煤层气是当前煤矿井下煤层气综合治理最直接、有效的方法。提高定向钻孔钻进速度和起伏变化大、薄厚不均煤层中的钻遇率,降低施工人员劳动强度,提高钻孔事故预防能力,适应煤矿智能化发展需求,满足煤矿井下长距离定向钻孔施工的智能化钻进装备是当前煤矿井下钻探领域亟待解决的重要问题。基于地质导向和旋转导向钻进施工对钻机精确控制的实际需求,以及煤矿智能化发展的迫切需要,提出了基于防爆电液控制技术的煤矿井下长距离定向钻进装备自动化控制和分体紧凑布局设计的集成化解决方案。重点解决总体紧凑布局设计、关键执行部件设计、自动装卸钻杆技术、防爆电液控制技术、大流量泥浆泵单元设计等设计和技术。研制的ZDY25000LDK智能化定向钻进装备,实现了长距离定向钻进施工过程中自动化装卸钻杆控制、智能化定向钻进施工、参数实时监测以及典型故障智能诊断与预警等功能,使定向钻进装备的智能化水平得到全面提升,为旋转导向和地质导向施工,以及“以孔代巷”大直径定向钻孔高效施工提供了可靠装备保障。

摘要：为了更好地实现煤矿井下瓦斯抽采钻孔端流量监测,针对管路内介质成分复杂、纯净度差、稳定性差等因素对抽采流量参数测量准确性影响的问题,提出以时差法为测量原理,以双阈值比较法为检测方法,设计了一套矿用钻孔超声流量自适应检测系统。通过分析影响双阈值比较法测量准确性的关键问题出发,设计了检测系统的总体方案,并对其中激励信号放大电路、接收信号调理电路及由峰值检波电路与增益控制电路构成的自适应电路几项关键模块进行了详细地介绍,叙述了检测系统运行软件的工作流程。通过工况环境适应能力测试与准确度性能检验,对检测系统的功能与性能进行了检验,检验结果表明,该系统能够适应瓦斯抽采钻孔管路内的工况需求,实现高精度的气体流量测量。

摘要：为了解决常规矿井瞬变电磁超前探测方法受矿井外界干扰影响较大,异常体探测定位不精确的问题,提出一种在井下钻孔中测量瞬变电磁场三分量信号的超前探测方法,对接收线圈所处水平面不同位置、异常体不同方位的异常响应特征进行数值模拟。分析钻孔瞬变电磁探测原理,进行钻孔发射线圈与接收线圈的试验设计以及施工设计,对均匀全空间模型、均匀全空间异常体模型、异常体位于钻孔不同方位的三分量异常场响应特征进行系统分析。在低阻异常体与线圈垂直时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最大,随着低阻异常体逐渐平行于接收线圈法向,异常响应逐渐减小,当低阻异常体完全平行于接收线圈法向时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最小。通过以上认识,可以根据钻孔径向不同象限位置的异常场三分量组合形态不同,判断异常体所在钻孔的方位。在以钻孔钻进方向为Z轴正方向,以孔口所在平面右向为X轴正方向,下向为Y轴正方向的坐标系下,钻孔瞬变电磁水平分量异常响应形态均为“近似正弦曲线”或“近似反向正弦曲线”形态,通过形态组合判定出孔旁异常体所在象限。通过这样的规律,可分析三维空间条件下异常体的空间位置及赋存状态。通过钻孔瞬变电磁超前探测异常响应特征的分析,可为钻孔瞬变电磁超前探测提供理论数据支持。

摘要：作为智能化钻探的重要组成部分,钻具系统的智能化对煤矿井下钻探的智能化发展起着至关重要的作用。为深入探究智能化钻具的发展方向,结合石油天然气行业发展经验,从定向钻具、随钻测量系统以及智能化钻杆、钻头等方面系统梳理了煤矿井下智能化钻探配套钻具的研究成果与技术特点,总结了存在的不足。指出目前煤矿井下智能化钻探定向钻具多以螺杆马达为主,主要研究集中于螺杆马达的线形设计、定子橡胶抗疲劳研究与不同工艺个性化定制,旋转导向钻具的开发与石油天然气行业存在较大差距,仅处于起步阶段;随钻测量系统可监测参数较少,监测的数据以轨迹参数为主,逐步加入了伽马地层识别,数据传输以有线与泥浆脉冲方式为主,存在数据容量小、传输效率低的问题,无线电磁波方式传输距离较短,仅能满足500m以内钻孔;智能化钻杆研究主要为通缆钻杆的优化与改进,智能化钻头的研究尚未开展。为实现煤矿井下智能化钻探,提出开展以旋转导向为主,多种定向钻具综合运用的钻具定向系统研究;随钻监测系统应集成瓦斯监测、地下水探测及地应力感知煤矿钻进特种需求的功能,并配合多种传输方式并存的随钻测量系统研究以适配不同钻进工艺,同时提升传输速率,实现信息高速双向传输;开展载荷自监测的智能化钻杆与破岩参数自监测的智能化钻头研究。通过钻具系统的优化组合,形成集高效破岩钻进、钻孔轨迹动态调整、钻具自身状态监测以及瓦斯与地下水、地应力实时监测功能于一体,具备双向通信、自适应调控的智能化钻具系统。上述研究成果将丰富对煤矿井下智能化钻探配套钻具系统的全面认识,为智能化钻探配套钻具系统的后续开发提供依据与指导。

摘要：针对碎软煤层长距离瓦斯参数测定、瓦斯抽采钻孔工程设计指导和抽采效果评价的技术需求,在分析现有碎软煤层取样钻进技术存在问题的基础上,提出了煤层底板孔多分支点取样钻进方法,制定了取样钻进工艺流程,开发了随钻轨迹精准调控、“机械+水力”高效排渣等关键钻进技术,选型配套了定点取样钻孔钻进装备和密闭取样装备。在安徽省宿州市某矿开展了现场试验,施工了1个主孔深度301 m的取样定向钻孔,在取样分支孔中实施了2次定点密闭取样,取样深度分别为178、238 m,顺利在碎软煤层中采取了煤样,获取煤样的瓦斯含量分别为9.05 m;/t和10.08 m;/t,与常规方法相比测得瓦斯含量分别提高了12.4%和25.2%,确保了煤层瓦斯参数测试的准确性,可为碎软煤层瓦斯参数测定提供一种新的技术途径。

摘要：高承压水体上采煤将引起底板扰动破坏,从而使有效隔水层厚度变薄,增大了底板突水风险系数,对目标层位注浆改造是行之有效的治理措施,但在底板破坏范围内注浆将造成浆液的大量浪费且影响治理效果。因此,开展煤层底板破坏深度及规律研究显得尤为重要。基于此,以山西榆树坡煤矿5105工作面为研究对象,采用钻孔应力–应变技术在进风巷道布置7条测线、91台传感器开展采前、采中和采后4个月的连续监测,获得三位一体“空间−时间”全方位底板扰动破坏数据并分析规律,为底板注浆治理方案制定提供了重要的技术参数。结果表明:底板破坏深度起始点距工作面24.2 m,最大破坏深度距工作面垂距28 m、平距21.3 m,底板破坏深度拟合形态符合塑性滑移规律,研究成果为类似工况下底板破坏深度规律研究提供科学依据。