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煤炭行业青年科学家论坛（2020年）

来源：煤炭科学技术

专题来自于《煤炭科学技术》2020年第2期，共有29篇论文。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 129个
关键词; 139位
专家; 29篇
论文; 18653IP
点击量; 24306次
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煤层气低效井成因判识及治理体系构建研究

作者(Author)：李勇, 王延斌, 倪小明, 张松航, 吴翔, 韩文龙, 刘度

摘要：大量低产低效煤层气井的存在严重制约了煤层气产能转化率和资源动用率的提高，亟需开展低效煤层气井成因解剖和有效治理。基于沁水盆地柿庄南区块1 000余口煤层气井的钻井、测井、录井、压裂、排采和实验测试数据,开展了低效井判识、成因分析和治理体系构建。研究结果表明：基于不同排采阶段，以产气量为主要参数，结合动液面高度、井底流压和排采时限可定义低效井；钻井、压裂和排采等过程均会对煤层气井产能造成不同程度的影响；基于构造、含气量、储层压力、渗透率等关键地质参数叠加和模糊评价圈定了4类（Ⅰ～Ⅳ)可改造地质单元，产能预测表明Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类具有良好的改造潜力；通过递阶优选构建了低效井成因解剖体系，划分了3大类13小类低效井形成类型；提出了地质-工程-排采一体化的低效井综合治理体系，保证资源和储层的有效性，促进缝网井筒的高效连通，做到科学排采和区域协同降压控制。能提高煤层气单井产气量和产能转化率义。

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煤炭科学技术

2020年第02期

451

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柿庄南区块煤层气低产井原因分析及增产技术对策研究

作者(Author)：倪小明, 赵政, 刘度, 李忠城

摘要：准确确定出煤层气直井低产的原因并提出针对性的增产技术对策，是减少盲目投资、提高产气效益的关键之一。以柿庄南区块为研究对象，从煤储层地质资源条件、钻井工艺、压裂工艺、排采工作制度等4个方面分析了煤层气低产原因。在此基础上，通过实验室酸化解污试验、压裂参数优化模拟研究、解除煤粉堵塞工艺原理分析、降低泵挂深度增产原理分析等方法，提出了不同低产原因下的针对性技术对策。结果表明：钻井污染严重的井可采用酸化解污+常规水力压裂方式实现增产；煤体结构以原生结构+碎裂煤为主，压裂参数不合理造成的煤层气低产井，优先采用重复压裂技术；煤体结构以碎粒或糜棱煤为主的低产井，需根据顶/底板岩性及围岩补给情况，确定顶/底板压裂的可行性；泵挂深度在煤层5 m以上的且曾经有较高产气量的低产井，可通过加深泵挂实现增产；排采应力敏感的低产井，优化二次压裂泵注参数，实现裂缝转向的目的；井筒内煤粉堵塞、泵效低造成的低产井，优先选用冲洗泵等循环洗井装置洗井提高泵效，实现正常产液来提高产气量；井筒附近煤粉堵塞引起产水量、产气量急剧下降的低产井,优先选用氮气等解堵技术实现增产。现场部分增产技术的应用验证了理论分析的可靠性。该研究成果为煤层气低产井区二次改造方案设计提供了借鉴。

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煤炭科学技术

2020年第02期

564

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煤矿机器人智能安全充电系统设计

作者(Author)：胡而已, 吕东翰, 王春涛, 孙益壮, 李梦雅

摘要：煤矿机器人工作在井下危险气体环境下，特别是对于井下移动式巡检井下机器人，其动力系统的能源供给方式主要以锂电池供电为主，目前《煤矿安全规程》对锂电池的井下使用有着严格的限制条件，其充电必须要求在专用的充电硐室中进行。为提高煤矿机器人的巡航能力和实用性，研究一种煤矿机器人智能安全充电系统，提出煤矿机器人专用充电硐室构想，设计煤矿机器人井下智能岔轨及硐室内充电技术，系统由煤矿机器人、煤矿机器人移动轨道、煤矿机器人转向用智能岔轨以及硐室内充电桩组成，通过井下巡检机器人专用充电硐室和智能岔轨技术的设计，可实现巡检类机器人井下在轨充电，有利于煤矿机器人井下不间断智能巡检作业。

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煤炭科学技术

2020年第02期

713

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采煤机齿轨铸件铸造过程模拟及工艺创新设计

作者(Author)：王成军, 余汉伟, 张子鹏

摘要：针对采煤机齿轨在作业中常出现断裂、销孔破坏等失效现象，为提高采煤机齿轨铸件的力学性能，保证采煤工作顺利进行，需要对齿轨铸件的铸造成型过程进行深入分析，寻求最优的铸造工艺方案。以五节距齿轨为研究对象，运用ProCAST软件对齿轨铸件的铸造过程进行数值模拟，通过对齿轨铸件凝固过程和孤立液相区的模拟结果进行分析，预测出齿轨铸件凝固后产生缩松缩孔缺陷的位置。运用TRIZ理论对齿轨铸件产生缺陷的原因进行因果分析，并采用物-场模型创新解决工具提出齿轨铸件工艺优化方案-倾斜浇注工艺方案：倾斜模样造型，浇注时砂箱与直浇道不倾斜；或浇注时将型腔与砂箱、直浇道保持同步倾斜。运用ProCAST软件对2种工艺方案进行模拟仿真，结果表明：齿轨铸件内部缩松缩孔缺陷均得到较大改善，但方案一不利于开模造型，且增加了砂箱的高度；方案二增加了浇注液对直浇道的冲刷，易引起夹砂。结合2种工艺方案的优点，得到最终的优化方案：将模样水平放置造型，浇注时再将型腔与砂箱同步倾斜，保持直浇道竖直状态。运用ProCAST软件对优化后的倾斜浇注工艺方案进行模拟仿真，结果表明：该方案可使齿轨铸件在凝固过程中保持递增的温度梯度，有效促进齿轨铸件实现顺序凝固，提高了组织致密性，明显改善了缩松缩孔缺陷，缩松缩孔体积由2.2％降低为0.052％。

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煤炭科学技术

2020年第02期

527

802
基于真实煤层环境的液压支架运动虚拟仿真方法

作者(Author)：王学文, 葛星, 谢嘉成, 李娟莉, 李素华, 姜朔

摘要：为解决现有煤矿开采中液压支架无法根据井下煤层环境及时调整支护姿态的问题，提出了一种基于真实煤层环境的液压支架运动虚拟仿真方法。该方法在虚拟软件Unity 3D中基于真实煤层数据点直接生成顶底板煤层环境曲面，并结合液压支架模型对其进行物理组件的添加，实现了液压支架基于重力作用下对底板曲面的自适应贴合。通过对液压支架模型的运动学和煤层顶板曲面数据点的分析，确定出满足该顶板支护状态下的液压支架各部件角度信息值，在虚拟空间中预先实现液压支架对煤层环境运动姿态的调整。最后进行了试验，在试验中构建了煤层顶底板曲面模型，进行了液压支架在试验煤层情况下的支护姿态调整；同时在虚拟环境中生成相应的煤层顶底板曲面，并进行了虚拟环境中液压支架姿态的调整。试验结果表明，利用虚拟软件Unity 3D实现基于煤层环境的液压支架运动参数变化与实际液压支架运动参数变化基本相同。本方法为实现液压支架对围岩煤层环境的自适应调整提供了思路参考和应用实践。

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煤炭科学技术

2020年第02期

667

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基于EDEM的边帮采煤机螺旋输送性能研究

作者(Author)：张强, 张晓宇, 吴泽光, 王聪, 张旭, 苏明星

摘要：为研究不同工况参数对边帮采煤机螺旋输送性能的影响，采用EDEM软件建立螺旋输送仿真模型，以输送速率、平均质量流率为定性评价指标，利用极差法分析螺旋输送机构螺距、转速、向下输送倾斜角度对两评价指标的影响规律及主次顺序，最后通过矩阵求解得到最佳输送组合及影响输送性能的主次顺序。结果表明：影响输送速率的因素主次顺序为螺距、转速、向下输送倾斜角度，输送速率随着转速的增加而增大，随着向下输送倾斜角度的增加而增大，随着螺距的增加而增大；影响平均质量流率的因素主次顺序为：向下输送倾斜角度、螺距、转速，平均质量流率随着向下输送倾斜角度的增加而增大，随着螺距的增加而增大，随着转速的增加而增大。影响输送性能的因素主次顺序为：螺距、转速、向下输送倾斜角度，并得出最佳输送组合为：向下输送倾斜角度为20°，转速为80 r/min，螺距为250 mm。研究结果为提高边帮采煤机螺旋输送性能提供理论基础。

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煤炭科学技术

2020年第02期

673

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再生顶板裂隙注泡沫流体扩散模型及参数敏感性分析

作者(Author)：鲁义, 王涛, 余伟健, 王刚, 王平, 晏志宏

摘要：泡沫流体因其优良的施工特性和应用效果是再生顶板裂隙漏风封堵及煤自燃防治的有效技术手段，基于再生顶板裂隙注泡沫流体工程背景，开展了泡沫流体在裂隙中的受力和流动分析，推导得出了泡沫流体在含原生介质阻滞作用的任意产状裂隙中的流动扩散数学模型，并采用ANSYS FLUENT软件构建了泡沫流体在再生顶板裂隙中的扩散数值模型，对比验证了数学模型的合理性。开展了泡沫流体再生顶板裂隙注浆扩散过程中的施工参数（含注浆压力、注浆孔半径）及裂隙参数（含裂隙开度、倾角、倾向、裂隙原始介质压力）对扩散规律的影响，并定量计算了参数对扩散过程的敏感度，得出裂隙开度对扩散距离影响最大、注浆压力次之、倾角和原生介质压力影响最小。

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煤炭科学技术

2020年第02期

865

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瓦斯抽采钻孔非凝固材料性能与智能封孔装置研究

作者(Author)：程健维, 赵刚, 刘雨涛, 汤红枪

摘要：为了克服已有瓦斯钻孔封堵技术中固态封堵材料无法封堵次生裂隙、导致瓦斯抽采后期抽采效果急剧下降的难题，提出了一种操作简单、成本低廉、提高钻孔密封效果的瓦斯抽采钻孔密封方法，即通过注浆泵带压注浆的方法将一种非凝固的半流体封孔材料注入2段膨胀封堵材料形成的密闭空间内对煤岩裂隙进行封堵，同时为了配合非凝固浆液在井下需要长期保压的需求，研发了智能控制瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液封孔系统，这套系统通过对抽采瓦斯钻孔封孔状况进行自动监测，可以在钻孔压力下降到一定数值后自动补浆，形成动态持续封堵机制。重点介绍了研制的非凝固材料成分，主要有钠基膨润土和高岭土构成，还添加了粉煤灰，三聚磷酸钠和硅酸盐水泥材料。通过测试不同水灰比范围为5∶1至20∶1的浆液的流动度、析水率的变化情况，得到4组符合要求的非凝固材料浆液水灰比，分别是8∶1、10∶1、12∶1和14∶1，最后通过测试这4组水灰比浆液在纱网中的滞留百分比，确定了非凝固材料在井下使用的最佳水灰配比为10∶1，同时对研发的智能瓦斯封孔系统也进行初步介绍。在城郊煤矿的应用结果表明：使用该技术，钻孔瓦斯抽采浓度比原有水泥基材料封孔提高了62％，同时抽采时间延长2倍。证明该工艺技术具有良好的应用前景。

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煤炭科学技术

2020年第02期

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