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带状组织对42CrMoA调质态微观组织和力学性能影响研究

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金属材料与冶金工程 2025年第1期 3-7+25页

作者：骆晓炜中煤科工西安研究院(集团)有限公司

为了研究带状组织对42CrMoA调质态微观组织和力学性能影响，选取两个带状组织等级不同的热轧态棒料，采用相同的调质工艺处理，处理前后试棒按国标要求制样，从微观组织和力学性能进行检测与综合对比分析。结果表明：（1）调质后组织为... 详细信息

为了研究带状组织对42CrMoA调质态微观组织和力学性能影响，选取两个带状组织等级不同的热轧态棒料，采用相同的调质工艺处理，处理前后试棒按国标要求制样，从微观组织和力学性能进行检测与综合对比分析。结果表明：（1）调质后组织为回火索氏体，但仍旧存在成分偏析的情况；（2）调质后力学性能和硬度均有所提高，但带状组织严重的工件在强度、韧性和硬度方面均表现出了一定的不稳定性，尤其对抗冲击能力影响较大，不利于产品质量稳定性控制；（3）成分分析、硬度、拉伸和冲击试验等常规检测无法对带状组织级别作出准确判断，建议在原材料入场后增加金相组织检查；（4）严格控制原材料带状组织级别，建议将带状组织控制在2级以下。

关键词： 42CrMoA钢带状组织调质处理微观组织力学性能

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煤矿井下智能化钻探配套钻具研究进展

煤田地质与勘探 2023年第10期51卷 156-166页

作者：高晓亮中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

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... 详细信息

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。

关键词：智能钻探旋转导向随钻测量智能化钻杆智能化钻头煤矿

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随钻姿态测量重力加速度自适应提取算法

仪器仪表学报 2022年第2期43卷 17-25页

作者：韩冬孙伟陈龙连杰西安电子科技大学西安710126 中煤科工集团西安研究院有限公司西安710077

为解决旋转导向钻井过程中由于钻具的高速旋转、剧烈振动和冲击给随钻姿态测量带来巨大干扰的问题,基于互补滤波框架提出了一种钻具重力加速度提取算法。首先通过余弦矩阵微分方程得到基于陀螺仪的重力加速度的递推方程,然后利用陀螺仪... 详细信息

为解决旋转导向钻井过程中由于钻具的高速旋转、剧烈振动和冲击给随钻姿态测量带来巨大干扰的问题,基于互补滤波框架提出了一种钻具重力加速度提取算法。首先通过余弦矩阵微分方程得到基于陀螺仪的重力加速度的递推方程,然后利用陀螺仪和加速度计在频率上互补的特性,在互补滤波框架下融合得到钻具重力加速度;同时,为了提高系统鲁棒性,利用非重力加速度和钻具旋转速度作为模糊算法输入,通过模糊算法动态调整互补滤波参数;最后设计了振动和旋转实验验证了算法的有效性。实验结果表明,使用本文算法提取重力加速度后姿态估计精度得到明显提升,本文算法相比于基于Kalman滤波框架的重力加速度提取算法在PC机测试环境下单次运算时间减少31.9%。

关键词：随钻测量互补滤波模糊算法信号提取

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复杂地形深地震反射数据采集参数优化

煤田地质与勘探 2023年第12期51卷 83-92页

作者：晏云翔李培智敏刘建达王子琛张颖裴跟弟李林元牟棋贾晋中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 福建省地震局福建福州350003

福建地处中国东南沿海造山带区域,构造发育,地表条件复杂,深地震反射探测难度大。针对探测区地震地质条件多样性和复杂性的特点,在以往深地震探测实践基础上,将“大、中、小”炮组合激发方式优化为常规炮(炮点距600 m)与大炮(炮点距15 ... 详细信息

福建地处中国东南沿海造山带区域,构造发育,地表条件复杂,深地震反射探测难度大。针对探测区地震地质条件多样性和复杂性的特点,在以往深地震探测实践基础上,将“大、中、小”炮组合激发方式优化为常规炮(炮点距600 m)与大炮(炮点距15 km)结合的炮点布置方式,提高大炮的覆盖次数;模拟分析并计算了组合井间距,使激发能量更为集中并产生最大效能的地震弹性波;将节点式地震仪的主频10 Hz优化为5 Hz进行数据采集,提高原始地震数据中−深部分辨率;将接收道数由1200道优化为2400道,使最大炮检距达到了36 km,超过探测区莫霍面深度,获得了更深部的反射信息。地震采集参数优化后,获得的原始单炮记录和初叠时间剖面信噪比高,地壳中、深部以及莫霍面反射波显示清晰,地壳结构成像精度高,达到了预期的地质效果。获得的采集参数能够为类似地区开展深地震反射探测提供参考。

关键词：复杂地形深地震反射采集参数观测系统莫霍面福建

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矿用钻孔超声流量自适应检测技术

煤田地质与勘探 2022年第1期50卷 59-65页

作者：代晨昱赵朋朋徐晶中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

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... 详细信息

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。

关键词：时差法双阈值比较法自适应超声波气体流量计

碎软低渗煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂工程应用

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煤炭科学技术 2022年第8期50卷 91-100页

作者：刘乐张俭方秦月王晨阳赵继展中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

随着矿井采掘活动不断向深部延伸,碎软、低渗煤层瓦斯抽采难度增加,矿井瓦斯治理面临更大挑战。常规水力压裂煤层增透措施存在压裂不均匀、压裂排量低、压裂覆盖范围小及裂缝易闭合等不足。基于此,提出碎软煤层顶板定向长钻孔水力加砂... 详细信息

随着矿井采掘活动不断向深部延伸,碎软、低渗煤层瓦斯抽采难度增加,矿井瓦斯治理面临更大挑战。常规水力压裂煤层增透措施存在压裂不均匀、压裂排量低、压裂覆盖范围小及裂缝易闭合等不足。基于此,提出碎软煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂煤层增透区域瓦斯超前预抽的技术方案,研发了“定向喷砂射孔+加砂分段压裂”复合工艺技术,形成了多手段、多角度考察分段加砂压裂影响范围和压裂后煤层瓦斯抽采效果分析为一体的压裂效果评价方法。在山西阳泉矿区新景煤矿保安区北六、北七工作面开展工业性试验,完成2个压裂钻孔(孔深均为609 m)定向喷砂射孔、水力加砂分段压裂工程试验。累计定向喷砂射孔80次,其中1号压裂孔定向喷砂射孔30次,2号压裂孔定向喷砂射孔50次,砂比2%~3%、定向喷砂射孔压力22.6~28.6 MPa,共计注入射孔液1 072 m^(3),使用石英砂19.84 t。实施水力加砂分段压裂16段,1号压裂孔分6段压裂,2号压裂孔分10段压裂,单段注入压裂液153.76~235.11 m^(3)、平均砂比2.02%~2.56%、共计注入核桃壳砂36.48 t、压裂液2 808.57 m^(3)。采用孔内瞬变电磁法、微量示踪剂法等手段确定压裂影响半径20~38 m。统计压裂后1号钻场、2号钻场100 d瓦斯抽采数据,其中1号钻场平均瓦斯抽采体积分数43.97%,平均瓦斯抽采混合流量1.61 m^(3)/min,日均瓦斯抽采纯量1 025.11 m^(3);2号钻场平均瓦斯抽采体积分数23.17%,平均瓦斯抽采混合流量8.56 m^(3)/min,日均瓦斯抽采纯量2 810.6 m^(3)。1号钻场、2号钻场较邻近区域顺层钻孔瓦斯抽采分数提高了3.36倍和6.38倍,百米钻孔瓦斯抽采纯量提高了16.44倍和45.14倍;较千米钻孔瓦斯抽采体积分数提高10.53倍和19.99倍,百米钻孔瓦斯抽采纯量提高了5.61倍和15.42倍。结果表明,该技术在煤矿井下实现大排量、高砂比,连续水力压裂作业,压裂后煤层透气性显著提高,为碎软煤层区域瓦斯治理提供技术借鉴。

关键词：碎软煤层顶板定向长钻孔加砂分段压裂定向喷砂射孔瓦斯抽采

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排弃物料力学性质大型三轴剪切试验研究

水文地质工程地质 2020年第4期47卷 191-198页

作者：刘小平刘天林曹晓毅张宝元王玉涛西安理工大学土木建筑工程学院陕西西安710048 中煤科工集团西安研究院有限公司工程地质研究所陕西西安710077

露天矿剥离堆积的排弃物料力学性质是矿山排土场设计与稳定性控制之关键科学问题。文章以西南某露天矿剥离排弃物料为研究对象,采用室内相似级配模拟试验制作了不同物质组成、级配、相对密度条件下的试样,采用剪后筛分试验研究了各试样... 详细信息

露天矿剥离堆积的排弃物料力学性质是矿山排土场设计与稳定性控制之关键科学问题。文章以西南某露天矿剥离排弃物料为研究对象,采用室内相似级配模拟试验制作了不同物质组成、级配、相对密度条件下的试样,采用剪后筛分试验研究了各试样在不同应力状态下的颗粒破碎机理及破碎率变化关系,采用大型三轴剪切试验测试了各试样的应力-应变关系及抗剪强度参数。试验结果表明:排弃物颗粒剪切破碎力学机制复杂,颗粒破碎率与物料组分、级配、相对密度及围压条件密切相关,与抗剪强度参数相关性强。应力-应变曲线无明显峰值强度,具有应变硬化特征,分析认为其与围压、相对密度水平较低有关。试验数据拟合曲线均表明:ε1/(σ1-σ3)与ε1为线性关系,-ε3与ε1为抛物线关系,相关系数均大于0.9。据此拟合曲线,求解出排弃物料的切线泊松比μt,修正了邓肯-张模型。对相同试验条件下对比试样(QG-B-3)应力-应变关系,采用邓肯-张模型(修正)进行了预测,预测结果与试验测试数据基本一致,验证了邓肯-张模型(修正)能够描述排弃物料力学特征。研究排弃物料剪切破碎机理与应力-应变特征,对露天矿排土场边坡变形控制具有重要的理论意义。

关键词：排弃物料大型三轴剪切试验颗粒破碎抗剪强度邓肯-张模型

碎软煤层顶板梳状长钻孔水力压裂区域瓦斯高效抽采模式

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煤田地质与勘探 2022年第8期50卷 29-36页

作者：陈冬冬王建利贾秉义席杰中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 陕西陕煤韩城矿业有限公司陕西韩城715400

瓦斯区域超前治理是实现煤矿安全、高效及智能化开采的重要保障,针对碎软煤层区域瓦斯高效抽采难题,以陕西韩城矿区3号煤层为研究对象,提出井下煤层顶板梳状长钻孔水力压裂区域瓦斯抽采模式。采用理论分析、数值模拟和现场试验等多手段... 详细信息

瓦斯区域超前治理是实现煤矿安全、高效及智能化开采的重要保障,针对碎软煤层区域瓦斯高效抽采难题,以陕西韩城矿区3号煤层为研究对象,提出井下煤层顶板梳状长钻孔水力压裂区域瓦斯抽采模式。采用理论分析、数值模拟和现场试验等多手段相结合的方法,验证模式适用性,阐明紧邻煤层顶板梳状钻孔压裂裂缝延展规律、抽采机理和压裂曲线特征,进而建立适用于500 m孔深的集地质条件动态分析、分段水力压裂、封隔器遇阻解卡和压裂范围连续探查于一体的顶板梳状长钻孔裸眼分段水力压裂关键技术体系,实现煤层顶板梳状钻孔主孔轨迹距离煤层5 m左右、多段均匀压裂、压裂范围全孔监测和孔内事故高效处理。以此为基础,在韩城桑树坪二号井开展2孔次的工程实践:压裂主孔深度588 m、距3号煤层2 m左右,单孔压裂6段,压裂范围探查深度381 m、压裂影响半径20 m以上;压裂后,钻孔抽采瓦斯平均体积分数40%以上、瓦斯抽采量1 m3/min以上,抽采效果是常规钻孔的4倍,120 d瓦斯抽采有效半径可达9 m,实现了碎软煤层瓦斯区域高效抽采。并提出了适用于碎软煤层大区域瓦斯抽采以及高瓦斯压力碎软强突煤层远程区域抽采卸压等规模化应用技术思路。

关键词：区域瓦斯超前抽采技术水力压裂顶板梳状长钻孔碎软煤层煤层增透

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坚硬顶板强矿压动力灾害演化机理与超前区域防治技术

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煤田地质与勘探 2022年第8期50卷 62-71页

作者：郑凯歌王林涛李彬刚李延军杨欢杨森戴楠王豪杰王泽阳席杰中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001

工作面上覆坚硬顶板往往不易垮落,破断后易形成动压灾害。以神东矿区布尔台煤矿为背景,针对典型坚硬顶板造成的强矿压动力灾害问题,采用数值模拟、理论分析的方法分析并揭示坚硬顶板弱化前后的应力演化特征及顶板破断机理,提出超前区域... 详细信息

工作面上覆坚硬顶板往往不易垮落,破断后易形成动压灾害。以神东矿区布尔台煤矿为背景,针对典型坚硬顶板造成的强矿压动力灾害问题,采用数值模拟、理论分析的方法分析并揭示坚硬顶板弱化前后的应力演化特征及顶板破断机理,提出超前区域防治技术并应用于现场实践。结果表明:坚硬顶板破断演化特征分为3个阶段,即“长悬臂梁”阶段—“砌体梁滑落失稳”阶段—重新压实阶段,其中“长悬臂梁”阶段支架上方顶板应力显著增大至6.8 MPa,破断前支架上方顶板应力为破断后的2倍,其临界破断产生的应力释放是引起强矿压的根本原因,这也是弱化改造控制的主要阶段。基于坚硬顶板灾害发生机理,提出“广域大空间”超前区域防治技术,阐述了绿色、精准、广域的防治优势,以及钻孔轨迹控制、封孔质量控制、多孔联动效应的关键技术及治理评价体系。结合数值模拟进一步验证防治技术的可靠性,当“长悬臂梁”结构弱化后,其破断前支架上方顶板应力为4.6 MPa,降幅32.4%,顶板破断演化特征3个阶段演变为来压前阶段—“砌体梁滑落失稳”阶段—重新压实阶段,弱化后顶板各阶段支架上方顶板应力降幅达到32.4%~79.4%,表明预成裂隙弱面和降低坚硬层完整性能够有效改变顶板破断结构,显著降低来压强度。实践表明:压裂过程产生多次压降,降幅均达到3 MPa以上,探测裂缝发育长度达到30 m以上,压裂前后工作面周期来压步距降幅44.9%,支架来压载荷降幅18.1%,治理效果良好。研究结果可为类似矿区动力灾害治理提供借鉴。

关键词：强矿压灾害区域防治技术坚硬顶板广域大空间定向长钻孔神东矿区布尔台煤矿