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透明地质关键技术及示范

来源：煤田地质与勘探

本期客座主编为淮河能源西部煤电集团有限责任公司党委副书记、总经理，教授级高工，安徽理工大学硕士生导师刘结高。客座副主编为中煤科工集团西安研究有限公司透明矿井技术开发与应用研究所所长刘再斌。

行业视野

地质

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  • 煤层水平井中随钻电磁波仪器影响因素分析及电阻率模拟计算

    作者(Author)： 陈刚, 张冀冠, 李泉新, 刘志毅

    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100 Ω·m 时，幅度比电阻率已经不能反应煤层的真实电阻率，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。
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    煤田地质与勘探
    2022年第01期
    206
    131
  • 煤矿井下定向钻孔中电阻率探测技术与应用

    作者(Author)： 李博凡, 刘磊, 范涛, 蒋齐平, 王杰

    摘要：受高瓦斯/承压奥灰水威胁的工作面开采前，一般采取定向钻进技术在工作面底板开展压裂或注浆工程保障开采安全。利用底板定向钻孔开展孔中探测工作，可更加精细揭露工作面内隐伏构造，还可实现“一孔多用”。为解决定向钻孔内的探测问题，提出一种在水平定向钻孔中进行直流电阻率法探查的方法。定向钻孔施工完毕后，退出定向钻孔施工的通缆钻杆，送入内平钻杆，将孔中高密度电缆通过钻杆尾端特制水便送入钻孔，使孔中电缆平铺于钻孔中，在定向钻孔水平段，进行孔内直流电阻率法径向探测。在理论上通过数值模拟研究层状介质下单孔测量工作模式的接收信号衰减规律、视电阻率曲线变化特征、顶底板岩性对测量结果的影响等，并采用单孔测量数据对孔旁异常范围进行反演定位。数值模拟研究表明，孔中电阻率探测方法对隐伏的异常体有良好的探测效果。通过在陕西韩城某矿井下实际煤层底板探测试验，对研究区2个定向抽采钻孔孔中探测数据进行处理，反演结果异常区与工作面内隐伏小断层位置吻合，验证了定向钻孔中电缆布置的可行性和定向钻孔内通过孔内径向和孔间透视探测隐伏构造的可靠性。
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    煤田地质与勘探
    2022年第01期
    195
    138
  • 矿用钻孔超声流量自适应检测技术

    作者(Author)： 代晨昱, 赵朋朋, 徐晶

    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。
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    煤田地质与勘探
    2022年第01期
    193
    69
  • ZDY4500LFK全自动钻机开发与应用

    作者(Author)： 董洪波, 范强, 李坤, 马斌

    摘要：为加速推进煤矿智能化建设，满足矿井透明地质保障系统构建需求，提高各类钻孔施工的自动化程度，减少井下工人数量，开发了ZDY4500LFK 型全自动钻机，并配套开发了钻机的地面监测和控制系统。提出了该钻机结构设计方案，钻机地面监测和控制系统的组成和方案。并结合钻机在淮河能源西部煤电集团唐家会煤矿透明地质保障系统钻孔施工应用中遇到的问题，提出了杆仓列定位、自动接卸扣等关键技术，提高了钻机的可靠性、自动化程度。工业性试验结果表明：开发的地面监测和控制系统功能性、实时性满足使用要求，采用相关技术后，全自动钻机各系统运行可靠，杆仓列定位精准，主动钻杆丝扣磨损明显减少。研制的ZDY4500LFK 型全自动钻机及其配套监测和控制系统减少了井下施工人员的数量，实现了稳定的全自动钻孔作业，为唐家会煤矿透明地质保障系统提供了可靠装备支撑。
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    煤田地质与勘探
    2022年第01期
    366
    219
  • ZDY25000LDK智能化定向钻进装备关键技术研究

    作者(Author)： 方鹏, 姚克, 王龙鹏, 张锐, 孟瑞, 王松, 邵俊杰, 刘璞

    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之一。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。
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    煤田地质与勘探
    2022年第01期
    254
    202
  • 煤矿用自动化钻机远程监测系统研制

    作者(Author)： 王天龙, 马斌, 董洪波

    摘要：根据国家能源装备制造、煤矿机器人和煤矿智能化发展等政策要求，结合煤炭设备少人化、智能化发展趋势，针对现有煤矿井下钻机参数显示不全、缺乏有效监测、维修不便等问题，为实现自动化钻机地面远程监测，利用传感测量、软件开发、虚拟现实、网络通讯、视频监测等技术研制了一种煤矿用自动化钻机远程监测系统。该远程监测系统包括了钻机主体、机载设备、网络通讯部分和远程监测服务器。钻机主体为ZDY4500LFK 型煤矿用钻机；机载设备包括了控制器和传感器组，用于实现钻机参数采集；网络通讯部分包括了交换机、网关等，实现井下和地面的通讯；远程监测服务器实现钻机参数和工况的监测。该系统研制后在鄂尔多斯华兴能源有限责任公司唐家会煤矿进行了现场试验，结果显示，该系统数据传输准确，可实现自动化钻机的地面监测功能，为煤矿钻机的少人化、智能化提供了保障。
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    煤田地质与勘探
    2022年第01期
    202
    156
  • 基于地震动态地质建模的地面防治水定向井优化

    作者(Author)： 陆自清, 高耀全, 郭媛

    摘要：煤层底板高承压奥灰水治理中，地面定向井设计与施工优化，主要依托二维CAD 地质图件开展。为避免复杂地质条件下目标靶区钻遇率低甚至脱靶等问题的产生，提高精准靶向水害治理的效果，提出基于三维地震动态地质建模开展水害防治定向井优化的技术。通过对比分析钻井优化技术方法的现状与问题，以地面防治水钻探工程的特定需求为出发点，指出地质模型导向适用于靶向水害防治定向井优化。在建模理论分析基础上，研究以地震数据为中心的体模型建模方法，分析定向井轨道设计相关的地质模型关键要素，探讨模型动态更新与井轨迹调整策略。以唐家会煤矿6 煤底板奥灰水治理地面钻探工程为例，定向井设计阶段，基于地震数据，应用体模型建模方法构建包含地层、断层、异常体的三维地质模型，在异常体三维几何形态和地层裂缝属性的控制下，拾取关键靶点，提供多分支水平井轨道设计；定向井施工阶段，跟踪随钻数据及时修正地质模型，提供靶向倾角调整建议，提高井轨迹目标地层着陆精度和异常体钻遇率。实践表明，基于地震动态地质建模的定向井轨道设计与轨迹优化，有利于提高钻探工效、创造良好的注浆条件，达到提高异常靶区治理效果的目标，为奥灰水害防治的智能化决策奠定基础。
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    煤田地质与勘探
    2022年第01期
    212
    204
  • 基于透明地质的唐家会煤矿奥灰水防治技术

    作者(Author)： 高耀全, 高银贵 , 陆自清, 孔皖军

    摘要：唐家会煤矿 6 煤开采面临导水断层多、隐伏导水构造发育，奥陶纪灰岩 (简称奥灰) 水害防治 难度大的问题。经过不断的探索和实践，唐家会煤矿引进多种先进技术，获取大量地质、水文地质 数据，构建智能地质保障系统，形成“物探钻探探查、井上下联合注浆治理、孔中瞬变电磁精细探查、 注浆效果孔间电阻率检测、煤层底板微震电法联合监测”的技术思路。通过融合各类静态数据、动态 数据、实时数据，完成断层、破碎带、含水层、低阻异常区等充水因素的数字建模，使地质要素、 钻探物探数据可视化、透明化，以此为依托，建立一套基于透明地质的奥灰水害全时空防控体系， 实现了带压开采条件下奥灰水害的精细探查、靶向治理、效果检测和回采监测，取得了良好的应用 效果。
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    煤田地质与勘探
    2022年第01期
    233
    550
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