深部开采钻孔校验中钻进速度对钻杆转速影响的试验研究

通过对钻孔过程中的钻头破煤机理及影响钻杆转速变化的因素进行理论分析,提出了钻进速度与钻杆转速的对应变化关系,并利用钻进装置、加载装置及自主研制的钻孔多参量测试装置进行试验分析,验证了利用钻杆转速法测定煤体应力大小的可行性,同时对不同钻进速度下钻杆转速的变化规律进行研究。结果表明:在钻头、钻杆、煤岩体参数及钻孔前钻杆空转转速一定时,钻杆转速与钻进速度大致呈现负指数的函数关系,钻进速度越小,钻杆转速越大,反之,钻杆转速越小。研究钻进速度对钻杆转速的影响,可以减少利用转速指标对冲击地压等动力灾害的预测误差,实现高效预警。     

钻杆内下套管防治软煤层钻孔塌孔技术

为了防止软煤层钻孔在瓦斯抽采过程中短时间内塌孔堵死,提高钻孔瓦斯抽放效率,对软煤层钻孔钻杆内下套管设备和工艺方法进行了分析和研究。通过对比分析常规下套管方式、原有钻杆内下套管方式和改进后钻杆内下套管方式的在软煤层试验,得出以下结论:采用钻杆内下套管设备下套管的长度远大于采用常规钻进方式下套管的长度;钻杆内下套管设备的钻头和钻杆设计对钻进和下套管长度影响较大,设计时钻头直径大小应适中,钻杆应尽量采取内平丝扣连接;采用钻杆内下套管方式的百米钻孔瓦斯抽放量要远大于普通钻进下套管钻孔的百米钻孔瓦斯抽放量。     

松软突出煤层水平钻孔反循环气力排屑机理

为了解决顺层钻进瓦斯抽放钻孔成孔难的问题,提出了松软突出煤层瓦斯抽放钻孔钻杆内孔反循环气力排屑新技术,建立煤屑颗粒在钻杆内孔的反循环气力输送数学模型,经仿真求解,分析了输送压力损失及固相速度的变化规律。结果表明,在顺层水平钻孔钻进过程中,煤屑在反循环气力作用下,气流速度在钻杆内孔中上部比较稳定,而在钻杆内孔下部靠近内壁处的气流速度明显下降且小于中心区域;在同一位置输送浓度越大,气流速度也越大;在输送浓度不同的情况下,随着输送气流速度的增加,钻杆内孔的压力损失先降低再增高,在钻杆内孔反循环气力排屑时存在最佳经济速度。     

瓦斯抽采钻孔棱状钻杆排渣原理数值模拟

为分析棱状类钻杆应用于松软突出煤层钻进存在优势的原因,基于流体力学理论,建立了棱状钻杆排渣模型,采用有限元方法,应用标准κ-ε模型方程进行计算,对钻杆旋转与周边流体相互作用的流场特征进行分析.结果表明,在钻杆棱角处形成“低压高速区”,棱边处形成“高压低速区”,钻杆棱边壁面流体产生速度、压力波动差,从而在“高压低速区”钻杆壁面形成强烈的“压差涡流”现象,减少了钻屑在孔底堆积致使钻孔堵塞的概率.应用棱状钻杆在松软突出煤层中施工钻孔,钻进深度提高34.6％,钻进效率提高21.1％,钻孔达标率由9.8％提高到48.3％,试验期间,钻杆强度可靠,未出现丢钻、断钻现象.     

基于GSI原理瓦斯抽采钻孔收缩比评估方法及其应用

瓦斯抽采钻孔收缩是致使排渣阻力增大、钻孔发生堵塞的主要因素。基于地质强度指标(GSI)法,分析了评估煤体力学参数的方法,探讨了Mohr-Coulomb与Hoek-Brown准则内在关系,从而能够应用较为广泛的方法验证和求解不同煤层条件下钻孔的变形量;提出了钻孔收缩比概念和计算方法,应用GSI原理对不同强度煤的钻孔收缩比进行定性分析。分析结果表明,钻孔收缩比受煤体强度变化的影响非常敏感,对于强度较低的煤体,钻孔变形量大,钻孔收缩严重,其结果缩小了钻孔的排渣空间,间接增大了钻屑运移、钻杆旋转及退钻阻力,使钻孔施工更加困难。结合工程案例,根据施工地点地质条件,科学评估钻孔收缩比并提出钻孔施工改进方案,通过工业性试验,钻进深度提高40%,钻进效率提高97.5%。     

扣件弹条动力特性现场测试与研究

为揭示扣件弹条在运行过程折断的原因,通过现场测试,得到弹条在客车和货车以不同速度运行下的工作模态,并进行仿真分析,以验证识别结果的正确性。结果表明:不同行车条件下,弹条振动的优势频率是固定不变的。采用省时Ibraham时域法(STD)、复指数法和自回归滑动平均模型(ARMA)分析法对弹条的加速度进行识别,均可以较为准确地得到弹条的工作模态;边界条件不一样,如道钉螺栓扭矩不同,左右侧弹条的工作模态是不一致的;弹条的前两阶固有频率是容易被激起共振的频率,在弹条设计应重点考虑避免之,在现场弹条安装和运行维护时,对道钉螺栓的扭矩要特别注意。     

桥梁钻孔灌注桩施工的水土流失防治措施研究

本文在对目前桥梁钻孔灌注桩施工工艺、施工过程中泥浆处理方法及存在问题和相关技术文献进行充分调研的基础上,分别从钻孔过程中泥浆处理和钻孔完成后废弃泥浆处理两方面,分析了泥浆处理对水土保持的不利影响。根据水土保持的相关要求,提出了采用先进泥浆处理技术的建议,并对现有的泥浆处理技术进行了适用性分析,推荐提出了适合铁路桥梁钻孔灌注桩施工泥浆处理技术,明确提出了对现有的泥浆管理办法的改进建议。     

瓦斯抽采钻孔反循环气力排屑数值模拟

反循环气力排屑是顺层钻孔的新技术,可以提高瓦斯抽采钻孔的成孔深度与成孔率,采用CFD-DEM耦合方法对瓦斯抽采钻孔反循环气力排屑过程进行数值模拟,研究了排屑气速、煤屑生成量对气力排屑性能和气力排屑系统压降的影响。研究结果表明:排屑气速较低时,煤屑在重力的作用下在钻杆内堆积,易导致钻杆堵塞,为保证顺利排屑,需要较大的排屑气速;随着煤屑生成量的增大,对气力排屑性能影响不大,但钻杆内煤屑的体积分数增大,煤屑-煤屑,煤屑-钻杆之间的碰撞加剧;气力排屑系统的压降与排屑气速、煤屑生成量均呈正相关,综合考虑能耗因素,在保证顺利排屑的前提下,应选择合适的排屑气速。     

高瓦斯矿井顺层长钻孔施工工艺改进研究

针对乌东煤矿顺层钻孔施工过程中发生卡钻、顶钻及排渣不畅导致钻孔不能正常施工的情况,通过现场考察及理论分析后可知,造成喷孔和卡钻的主要原因是钻杆使得钻孔孔径变小,从而影响了瓦斯和煤粉颗粒的排出,使得内部压力变大。内外形成了压强差使得瓦斯和粉尘颗粒向外喷出,形成喷孔和卡钻,导致钻孔施工深度浅。通过针对性的改进钻孔施工工艺,使钻孔施工长度显著增加。研究结果对乌东煤矿和其他类似矿井今后的顺层长钻孔施工具有重要的指导作用。     

火旋风的三维数值模拟

本文主要通过数值计算的方法来研究火旋风这一火灾过程中特殊的物理现象,通过对已经过验证的火旋风发生物理模型的分析,经过简化和改进,并应用有限体积元法对所得到的一组控制方程进行求解,研究了火旋风内部的温度场分布,以及不同的进气速度对火旋风内部温度场的影响,进而对火旋风的产生过程进行了分析.     

自进式旋转钻头钻孔修复理论及关键参数研究

瓦斯预抽钻孔在抽放过程中经常出现塌孔、堵孔等现象。针对这一问题,提出采用自进式旋转钻头修复失效钻孔的新方法。其利用自进式旋转钻头后置喷嘴的喷射反冲力作为动力,自行至钻孔堵塞段处,前置喷嘴形成的高压水射流对堵孔煤渣进行破碎,将其与水混合返出孔外,实现清孔排渣、钻孔修复的目的。对自进式旋转钻头钻孔破煤清渣的临界射流压力及流量进行分析,基于摩擦动力学计算钻头自驱的临界射流压力,在此基础上设计钻头结构及优化喷嘴布置,数值分析不同喷嘴组合情况下射流速度分布,得出最优喷嘴布置方式。并应用于鹤煤八矿-655轨道石门揭煤瓦斯预抽,实验结果表明:该方法能够实现失效钻孔的修复,并有效的提高了瓦斯抽采效果,缩短了瓦斯抽放时间。     

灰色组合模型在钻孔瓦斯流量预测中的应用

钻孔瓦斯流量直接关系着钻孔抽放煤层瓦斯涌出量及钻孔瓦斯涌出初速度的判定,因此研究钻孔瓦斯流量的变化及发展趋势具有较大实用价值。利用"灰色组合预测"思想,提出一种对多种常用预测模型进行熵权法计算权重的组合预测方法,从而可根据有限的实测数据达到预测瓦斯流量发展的目的,结合工程实例,将灰色组合预测模型和单点模型模拟的结果进行比较,其结果表明组合的灰色模型预测精度较高,对瓦斯抽放设计和矿井安全生产具有较大的指导意义。     

本煤层顺层预抽瓦斯钻孔间距数值模拟研究

煤层瓦斯流动存在启动压力,在预抽钻孔抽采瓦斯的后期瓦斯渗流出现非Darcy渗流的现象,同时煤层瓦斯压力、吸附膨胀应力、有效应力等物性参数亦发生改变。为得到为得到启动压力对抽采的影响作用,基于煤岩弹性理论和瓦斯渗流理论,研究了在启动压力作用下非Darcy渗流现象,得到了考虑启动压力的达西定律,建立了考虑启动压力、地应力、吸附膨胀应力、孔隙压力共同作用的煤岩瓦斯流固耦合数学模型。采用建立的模型对漳村煤矿2601工作面瓦斯抽采钻孔间距进行数值模拟研究,研究结果表明:建立的考虑启动压力的煤岩瓦斯流固耦合数学模型具有一定的可靠性,一定负压下启动压力影响钻孔抽采范围。最终给出了漳村煤矿2601工作面预抽钻孔抽采设计参数。     

基于钻杆推力法结合钻杆位移预测围岩应力的研究

为准确预测矿井冲击地压的发生规律,基于钻杆推力法结合钻杆位移理论,建立钻杆力学模型,利用新型钻削设备,结合钻削采集测试试验。根据试验数据绘出在不同围压轴压下推力、位移随时间的变化曲线,对应力变化进行预测。根据建立动力学模型及公式推导进而得出预测冲击地压的规律,通过测试钻杆推力估算煤体应力的大小,进而预测冲击地压的危险性。研究结果为煤矿动力灾害预测预报提供一定的理论与实验基础。     

基于多因素耦合的井筒完整性风险评价

为了合理开展井筒完整性评价,提出合理的管理措施,综合考虑管柱力学、管柱腐蚀、管柱及附件密封、水泥环力学、地层以及油气井管理等关键节点及因素的相互耦合协同作用,分析多因素耦合协同作用对井筒完整性的影响。对于管柱力学等具有比较明确物理意义且可以量化的因素,采用定量分析评价;对于操作管理等难以量化的因素采用定性评价,对于腐蚀环境因素采用定量与定性相结合的方法进行评价;在定性及定量评价的基础之上,对关键节点进行风险概率和风险影响程度的划分及量化,再基于层次分析及风险矩阵的方法建立井筒完整性评价模型;基于模型编制了相应的计算程序,并对某高腐蚀性气井开展了井筒完整性评价。评价结果表明,在影响该井井筒完整性的风险因素中,高酸性气体腐蚀是造成该井井筒完整性失效的主要因素。     

The influence of gas storage parameters on gas emission rate from borehole

Gas emission rate from borehole is one of the most important indexes for the coal and gas outburst prediction. The mathematical model of gas flow in the coal seam, gas flow into the measuring chamber, gas pressure change in the measuring chamber, and gas flow out of the chamber through the pipe is established. Gas migration in the coal seam, gas pressure in borehole chamber and gas flow in pipe is simulated using the finite difference method. Gas emission rate is obtained under dynamic boundary conditions. The influence of gas storage parameters on gas emission rate from borehole is analyzed. Results show that: the gas pressure and the permeability coefficient have great impacts on the value of gas flow quantity in borehole. The larger the original gas pressure of coal seam and the permeability coefficient of coal seam are, the greater the maximum value of gas emission rate form borehole and the later the maximum appears.     

海上平台事故应急演练评估方法研究

针对目前我国海上平台事故应急演练缺乏有效评估体系的现状,结合海上平台事故应急演练典型示例,运用“事故应急指挥系统（ICS）”基本理念,对整个应急演练过程进行系统分析,从人员安全、资产保护、环境保护、企业声誉等4个方面搭建应急演练评估框架。采用层次分析法构建计算模型,合理设置评估指标权重,最终建立了1套具有海洋石油行业特点的应急演练评估指标体系,并选取国内1个海上平台事故应急演练进行了应用分析。研究结果表明:构建的演练评估指标体系及评估方法能较好地应用于海上平台事故应急演练过程,进而在演练评估结果的基础上,实现应急演练的持续改进。     

顶板含水层防水试验的钻孔单位涌水量计算方法

为了实现利用井下放水试验获取顶板含水层的钻孔单位涌水量,采用抽水试验中的地下水动力学计算公式,结合观测孔的水位降深,给出了放水孔水位降深的计算方法;利用观测孔水位降深和观测孔与放水孔之间距离的对数曲线图,提出了放水孔水位降深的图解法;对于承压含水层,基于钻孔单位涌水量与含水层渗透系数之间的线性相关关系,可以通过含水层的渗透系数获取钻孔单位涌水量;通过实例分析,解析法和图解法计算得到的放水孔单位涌水量相近,结合现场放水试验情况,分析了放水孔单位涌水量的可靠性,并对3种方法的适用条件进行了讨论。研究结果表明:利用放水试验获取的放水孔单位涌水量符合实际情况,可以作为含水层富水性评价和矿井水文地质条件分析的依据。