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煤层采动对天然气井水泥环影响规律研究

煤炭科学技术 2024年

作者：王旭东武书军任玺宁张燊杨胜利翟瑞昊马瑜谦神华新街能源有限责任公司中国矿业大学(北京)能源与矿业学院

在我国多地存在煤与天然气资源赋存压覆情况，传统上煤与天然气开采相互避让、互不影响，不仅极大地制约了生产效率，且造成了资源的浪费。为了解决这一难题，以新街煤矿为工程背景，采取留设天然气走廊方式保护天然气井方法以实现煤与... 详细信息

在我国多地存在煤与天然气资源赋存压覆情况，传统上煤与天然气开采相互避让、互不影响，不仅极大地制约了生产效率，且造成了资源的浪费。为了解决这一难题，以新街煤矿为工程背景，采取留设天然气走廊方式保护天然气井方法以实现煤与天然气同时开采。水泥环作为保护天然气井套管的保护层，其完整性直接影响套管的稳定程度。多煤层重复采动条件下所造成的覆岩运移使得水泥环在局部区域损伤，造成套管破裂甚至毁坏从而导致天然气泄漏等重大安全问题，因此研究煤层采动下水泥环应力演化规律及失稳形态及位置尤为重要。制备水泥石标准试件，设置常温与大埋深时不同温度对照组研究水泥石力学强度以及破坏特征，试验结果为高温情况下水泥环抗压强度显著提高，且主要破坏形式为剪切破坏，应重点关注水泥环在采动影响下环身剪切应力峰值强度。数值分析天然气井水泥环在采动影响下环身位移弯曲规律、应力演化特征、塑性区分布区域。结果表明：由于煤层回采形成采空区导致上覆岩层运移，且气井两侧工作面交替开采使水泥环处于向左侧弯曲变形再向中轴回正的过程，导致煤层及顶底板处以及井口处出现扭曲现象，使得剪切应力主要集中于井口以及煤层与顶底板位置且更易出现应力集中导致破坏水泥环的完整性。综上所述，为了保证天然气井套管安全生产，需要在地表以及煤层处水泥环进行加固，保证水泥环的稳定性。

关键词：重复采动协调开采煤与天然气水泥环岩层移动

基于MT-CNN的矿井带式输送机输煤量检测技术

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中国矿业 2024年第6期33卷 137-142页

作者：张克亮神华新街能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017200

为实现矿井带式输送机输煤量检测的信息化、智能化,提出基于MT-CNN的矿井带式输送机输煤量检测技术。为了全面提升输煤量检测技术,从而提高矿井效益,选取了多任务卷积神经网络(MT-CNN)对检测目标进行多核心识别检测,优化了图像直线信息... 详细信息

为实现矿井带式输送机输煤量检测的信息化、智能化,提出基于MT-CNN的矿井带式输送机输煤量检测技术。为了全面提升输煤量检测技术,从而提高矿井效益,选取了多任务卷积神经网络(MT-CNN)对检测目标进行多核心识别检测,优化了图像直线信息和边缘信息的提取效率,构建了良好的网络层次结构,优化了信息连接通道,从而全面提高图像识别分析和数据检测处理的效果。通过MT-CNN技术对输煤量的轮廓形态和荷载状态进行分析运算,经过图像样本数据训练获取矿井带式输送机输煤量的相关数据。研究结果表明,该技术能够有效提高输煤量图像识别的真实性,而检测时间缩短49%,计算结果准确率提高到98%,有效提高了输煤量检测的效率和准确度,具有较好的应用性能和良好的使用效果。加强矿井带式输送机的输煤量检测,可以为后续研究提供依据,很大程度上推动了相关技术发展,实现矿井信息化、智能化、现代化发展。

关键词： MT-CNN 卷积神经网络带式输送机激光测距输煤量检测

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台格庙矿区钻井法凿井钻进工艺可行性研究

煤炭工程 2024年第6期56卷 73-79页

作者：王旭东乔文俊赵海王鹏董俊亮神华新街能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017200

神华新街台格庙矿区一井东部风井井筒设计成井深度857.5 m,设计净直径7.0 m,设计井壁厚度850 mm,以此为工程背景,从地质特征、工程条件、装备能力、钻井分级工艺等方面,分析了采用竖井钻机钻井法凿井钻进工艺的可行性。研究了拟建井筒... 详细信息

神华新街台格庙矿区一井东部风井井筒设计成井深度857.5 m,设计净直径7.0 m,设计井壁厚度850 mm,以此为工程背景,从地质特征、工程条件、装备能力、钻井分级工艺等方面,分析了采用竖井钻机钻井法凿井钻进工艺的可行性。研究了拟建井筒穿越的地层及其岩石力学特性,基岩厚度将达到870 m,基岩占比达到99.3%;基于地质条件、井筒功能和井筒设计参数,计算得出钻井深度将达875 m、钻井直径为10.2 m,并梳理了全岩地层深大直径井筒机械破岩钻进面临的难题;对比分析了东部深厚冲积地层和西部厚基岩地层钻进分级工艺,分析确定了“一扩成井”钻进工艺具有可行性,超前钻孔直径范围为6.5~7 m,扩孔钻进直径为10.2 m。

关键词：矿井建设厚基岩地层竖井钻机钻井法机械破岩分级钻进

不同分布板下干法重介质流化床流化及分选特性研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：齐健尉维洁雷慧诚万腾锋周南陈廷官国家能源集团新疆能源有限责任公司

作为细粒级煤炭干法分选领域的重要分选手段，气固流化床的床层密度稳定性是实现稳定分选的重要影响因素，而气固流化床分布板特征对气流的均匀分布及床层临界流化特性则具有直接影响。系统的考察了分布板压降及分布板布置方式对流化床... 详细信息

作为细粒级煤炭干法分选领域的重要分选手段，气固流化床的床层密度稳定性是实现稳定分选的重要影响因素，而气固流化床分布板特征对气流的均匀分布及床层临界流化特性则具有直接影响。系统的考察了分布板压降及分布板布置方式对流化床流化特性的影响。对比了在不同分布板特性下床层临界流化特征、密度稳定性及分选特征的变化规律，深层探索了分布板压降在受到不同因素影响下，临界流化气速与床层密度稳定性的变化规律。研究结果表明，随着分布板压降的逐渐增大，临界流化气速和床层密度稳定性同时增加，而床层膨胀率则先增加后降低，这是由于随着滤布层数的增加使得分布板压降增加，受滤布分散作用下气流进入床层所具有的能量较低，气泡尺寸降低，气泡分布更加均匀，兼并几率降低，因而床层稳定性得到强化。在3#分布板条件下，膨胀率最大为19.3%，合适的分布板布置方式可以使气流分散均匀，改善床层稳定性。在气流速度为0.15 m/s时，分布板上方滤布为3层(3#3)条件下，床层密度波动标准差为0.049，同样在3#3分布板条件下，13-6 mm煤炭分选精煤灰分为13.47%，可能性偏差为E值为0.087。

关键词：气固流化床分布板床层压降密度稳定性低灰煤

近直立煤层群水平分段综放开采充填卸压防冲研究

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工矿自动化 2024年第9期50卷 82-89页

作者：王子伟程博源魏炜杰孙文超谢东恒谢缅羽国家能源集团新疆能源有限责任公司乌东煤矿新疆乌鲁木齐830000 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

目前近直立煤层开采冲击地压防治措施主要有爆破、水压致裂、建立保护层等,或破坏层间岩柱和顶底板,或难以解决大采深情况下的层间岩柱应力集中问题,且会导致较大的地表沉降。以乌东煤矿为工程背景,针对近直立煤层群水平分段综放开采方... 详细信息

目前近直立煤层开采冲击地压防治措施主要有爆破、水压致裂、建立保护层等,或破坏层间岩柱和顶底板,或难以解决大采深情况下的层间岩柱应力集中问题,且会导致较大的地表沉降。以乌东煤矿为工程背景,针对近直立煤层群水平分段综放开采方法,提出了充填采空区技术,以支护层间岩柱及顶底板,降低开采分段周围煤岩体的应力集中现象。设计了3种充填方案:方案1为第一开采分段采空区使用高强度材料充填,其余分段采用普通材料充填;方案2为第一开采分段采空区使用高强度材料充填,其余分段交替采用高强度材料和普通材料充填;方案3为每一分段采空区均使用高强度材料充填。通过数值模拟研究了3种充填方案的卸压防冲效果,结果表明:与未充填相比,3种充填方案下层间岩柱最大垂直应力分别下降25.07%,26.57%,29.23%,下一分段煤体最大水平应力分别下降10.63%,10.79%,12.34%。综合考虑卸压效果和经济效益,优选间隔充填的方案3。指出可结合高应力区域实时智能监测技术,及时支撑层间岩柱,减少层间岩柱及下分段煤体的应力集中,防止冲击地压发生。

关键词：综放开采近直立煤层冲击地压防治充填开采充填卸压层间岩柱应力分布

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干旱区露天矿外排土场隔水层重构材料试验研究

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 345-353页

作者：马力王晓民张奇峰罗强虎岩马宁李蒙博西安科技大学能源学院陕西西安710054 国家能源集团新疆能源有限责任公司新疆乌鲁木齐830000

新疆煤炭资源储量巨大,具备开发建设大型露天煤矿的条件与优势,但由于新疆干旱区气候特点,造成露天开采对生态环境影响和破坏范围广、程度高,开展干旱区露天矿生态修复具有重大实际意义。由于排土场物料松散、孔隙度大、渗透性大,对干... 详细信息

新疆煤炭资源储量巨大,具备开发建设大型露天煤矿的条件与优势,但由于新疆干旱区气候特点,造成露天开采对生态环境影响和破坏范围广、程度高,开展干旱区露天矿生态修复具有重大实际意义。由于排土场物料松散、孔隙度大、渗透性大,对干旱区排土场生态修复提出严峻挑战。为解决我国西部干旱区露天煤矿生态修复过程中水资源的紧缺问题,提高干旱区露天矿生态修复效果,基于材料强度和渗透率双重技术目标,探究重构露天矿外排土场隔水层材料配比,以不同材料配比方案利用室内渗透性试验及单轴抗压强度开展相关研究。采用XRD衍射试验、单轴抗压试验与变水头渗透试验确定了不同配比试件的材料主要成分、单轴抗压强度与渗透率并研究了重构隔水层的材料配比参数。试验结果表明:固化剂掺比增加2%时,试件抗压强度提高22%,但增加趋势随着固化剂掺比超过8%时开始降低,固化剂掺比从8%增加至10%时,试件的抗压强度仅增加6%。随着粉煤灰掺比的增加其渗透率逐渐减小,粉煤灰掺比每增加2%可使渗透率降低28%。固化剂掺比量对试件抗压强度的影响程度大于粉煤灰掺比对其的影响程度,且对于渗透率而言,粉煤灰掺比的影响程度更高。粉煤灰掺比固定时,固化剂掺比与试件的单轴抗压强度呈正相关。固化剂掺比一定时,粉煤灰掺比增加其单轴抗压强度也在增大。

关键词：露天开采矿区生态修复干旱区排土场抗压强度隔水层重构

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基于平行感知卸载区边缘工程结构规范性检测

煤炭学报 2024年第4期49卷 2152-2166页

作者：杨健健佟艺博王凯帆刘晋腾张玉增徐钟馗中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 矿业大学(北京)内蒙古研究院内蒙古鄂尔多斯017010 神华准格尔能源有限责任公司黑岱沟露天煤矿内蒙古鄂尔多斯010300

当前露天矿无人驾驶技术在卸载阶段面临的主要挑战是安全隐患,尤其是在卸载区边缘工程结构的稳定性与规范性检测方面。为应对这一挑战,提出了一种平行感知理论驱动的点云模型解析AC-VIT算法,旨在实时稳定地检测露天煤矿卸载区边缘工程... 详细信息

当前露天矿无人驾驶技术在卸载阶段面临的主要挑战是安全隐患,尤其是在卸载区边缘工程结构的稳定性与规范性检测方面。为应对这一挑战,提出了一种平行感知理论驱动的点云模型解析AC-VIT算法,旨在实时稳定地检测露天煤矿卸载区边缘工程结构的稳定性与规范性。首先使用无人矿卡后向激光雷达扫描得到三维点云数据,随后应用网格平均方法、统计滤波法以及映射离散网格模型对点云数据进行处理,进而通过高度场梯度特征提取进行初步地形标记,并结合改进的AC-VIT神经网络进行规范性的识别与分类,AC-VIT模型通过全基于自注意力机制的平行计算和多层级的注意力机制,能有效捕捉长距离依赖关系。此外,在人工场景仿真环境中,基于内蒙古哈尔乌素露天煤矿实际生产作业环境搭建卸载区平行仿真环境,以获得大量多样性人工场景数据,在此基础上结合实际场景数据,利用提出的算法平行执行,进行平行感知计算实验的设计和实施,完成有效的检测算法训练和科学评估。实验结果表明,平行感知理论驱动的点云模型解析AC-VIT算法在准确率方面达到了98%,较传统神经网络模型的准确率与效率有所提高。此外,AC-VIT算法的成功应用不仅增强了露天矿卸载作业的智能化水平,还为其他类似的工程结构安全检测提供了有力的技术支撑。

关键词：平行感知露天煤矿卸载区激光雷达识别与检测

弱化浅层岩体防治急倾斜特厚煤层冲击地压研究

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采矿与岩层控制工程学报 2024年第3期6卷 16-29页

作者：钟涛平李振雷何学秋宋大钊胡旭聪刘旭东周超北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 新疆工程学院新疆煤矿灾害智能防控与应急重点实验室新疆乌鲁木齐830023 国家能源集团新疆能源有限责任公司新疆乌鲁木齐830027

急倾斜特厚煤层受其特殊的地质、应力和开采技术条件影响,冲击地压防治方法与一般煤层存在较大差异。将理论推导、数值模拟、现场监测等方法相结合,研究了急倾斜特厚煤层的岩层弯曲和煤层能量积聚特征,提出了弱化浅层岩体防治急倾斜特... 详细信息

急倾斜特厚煤层受其特殊的地质、应力和开采技术条件影响,冲击地压防治方法与一般煤层存在较大差异。将理论推导、数值模拟、现场监测等方法相结合,研究了急倾斜特厚煤层的岩层弯曲和煤层能量积聚特征,提出了弱化浅层岩体防治急倾斜特厚煤层冲击地压的方法,得到了防冲关键参数,并进行了工程应用。研究结果表明,急倾斜特厚煤层岩层弯曲时内部岩体破裂释放能量是动载的主要来源,采空区两侧围岩转移、传递至煤层的水平集中应力是静载和能量积聚的主要来源;防治急倾斜特厚煤层冲击地压应弱化工作面浅层岩体的应力传递能力,来降低传递至工作面的动载扰动强度以及转移、传递至煤层的水平集中应力。基于此提出了通过浅孔爆破措施弱化急倾斜特厚煤层浅层岩体的防冲方法。现场工程应用表明,矿井补强浅孔爆破后,工作面微震事件总能量降低了42.38%、总数量增大了471.74%,说明工作面的能量释放由大能量剧烈释放逐渐转为小能量平缓释放,且未再发生过冲击显现,冲击地压危险得到有效控制。研究成果可为类似条件矿井防治冲击地压提供参考。

关键词：急倾斜特厚煤层冲击地压应力传递岩体爆破微震能量

7 m大采高工作面巷道转载机改进设计与应用

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煤炭工程 2024年第2期56卷 213-218页

作者：王金辉国能神华新街能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017200

针对神东7 m大采高工作面巷道转载机在使用中存在刮板弯曲断裂、链轮密封失效等问题,通过分析刮板和链轮组件的失效特征及零部件的受力状况,采取升级链条、增大刮板断面和链轮轴直径、优化链条中心距等措施,全面改善刮板和链轮组件受力... 详细信息

针对神东7 m大采高工作面巷道转载机在使用中存在刮板弯曲断裂、链轮密封失效等问题,通过分析刮板和链轮组件的失效特征及零部件的受力状况,采取升级链条、增大刮板断面和链轮轴直径、优化链条中心距等措施,全面改善刮板和链轮组件受力状态,刮板强度提高1.7倍,轴承支撑部位链轮轴的挠度降为1/8,零部件性能显著提高。设备改造时充分考虑到零部件的通用性,机头架和槽体可以直接使用,降低了改造成本。通过对进口设备进行改造,积累了经验,推动国产煤机装备的发展。

关键词：转载机刮板链轮组件圆环链失效分析