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高位定向长钻孔水力输送对接筛管护孔技术研究

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 255-264页

作者：张金宝中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

保障高位定向长钻孔在工作面回采过程中的稳定抽采是实现“以孔代巷”的前提,而采用筛管完孔是维持钻孔稳定的有效护孔措施。为了实现高位定向长钻孔全孔段筛管护孔的工程应用,开发了钻孔内水力输送分组筛管自主对接完孔工艺技术,配套... 详细信息

保障高位定向长钻孔在工作面回采过程中的稳定抽采是实现“以孔代巷”的前提,而采用筛管完孔是维持钻孔稳定的有效护孔措施。为了实现高位定向长钻孔全孔段筛管护孔的工程应用,开发了钻孔内水力输送分组筛管自主对接完孔工艺技术,配套研制了ø95 mm筛管悬挂装置、ø95 mm玻璃钢筛管、ø100 mm封堵短节、ø140 mm钻头通水堵头以及ø95 mm分组筛管对接装置,并在皖北矿区两个煤矿的不同工作面顶板高位钻孔进行了水力输送分组筛管完孔现场试验。试验结果表明:玻璃钢筛管质量轻推送阻力小,可在倾角17°~26°的钻孔内人工连接长100 mø95 mm玻璃钢分组筛管,分组筛管输送过程中水压为1.0~1.5 MPa,输送到位时水压降为0.5 MPa以下,在泵量200~390 L/min下,分组筛管水力平均输送速度可达150~260 m/min,试验期间分组筛管输送到位时泵压变化明显,前后两组筛管对接可靠,可有效实现到位报信,成功实现ø153 mm高位定向钻孔内ø95 mm筛管的全孔段护孔,2个钻孔的筛管水力输送试验深度分别达到501、522 m,工作面回采120 d累计抽采瓦斯纯量分别为139945、176139 m^(3)。钻孔内水力输送对接筛管护孔技术为高位定向长钻孔全孔段大直径筛管护孔提供了可实现的技术解决方案,有助于保障高位定向长钻孔的瓦斯抽采效果,为煤矿井下“以孔代巷”的瓦斯治理模式革新提供技术支撑。

关键词：高位定向钻孔筛管护孔水力输送以孔代巷瓦斯抽采

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沟壑区浅埋煤层开采覆岩运动演化致灾特征

采矿与安全工程学报 2024年第2期41卷 315-325页

作者：李延军中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

为进一步研究浅埋煤层开采沟壑区覆岩运动演化致灾特征,以榆神矿区锟源煤矿113101首采工作面为工程背景,采用了数值计算和物理相似模拟实验方法,分析了沟壑区浅埋煤层开采过程中覆岩应力及位移动态演化特征、覆岩破断及裂隙发育规律,初... 详细信息

为进一步研究浅埋煤层开采沟壑区覆岩运动演化致灾特征,以榆神矿区锟源煤矿113101首采工作面为工程背景,采用了数值计算和物理相似模拟实验方法,分析了沟壑区浅埋煤层开采过程中覆岩应力及位移动态演化特征、覆岩破断及裂隙发育规律,初步揭示了过沟开采灾害特征及相互作用关系,针对性提出了综合治理方法。研究结果表明:过沟开采中,沟壑顺坡段呈“受压”状态,逆坡段呈“受拉”状态,谷底位移变化量最大、逆坡段其次、顺坡段最小。二号沟壑顺坡段下部及谷底、一号沟壑逆坡段下部及谷底范围分别形成应力集中且位移量达到最大,水平应力峰值为17.4、14.5 MPa,最大位移值为1.7、1.0 m。工作面推进至沟壑区顺坡段时周期来压步距约为逆坡段的两倍,顺坡段“覆岩完整区”面积较大,载荷传递至工作面支架易造成压架现象;沟壑逆坡段区域,覆岩厚度增加,拉伸型裂隙发育明显,易导致沟体滑坡;沟壑谷底区域,顶板切落形成塌陷型裂隙,易诱发工作面压架和突水溃沙灾害。不同灾害间相互关联,沟体滑坡抑制工作面突水溃沙但促进切顶压架灾害,顶板切落压架同时促进突水溃沙和沟体滑坡灾害。根据覆岩灾害产生区域及作用特征,提出了上游截排地表水、顺坡段中上部岩层预裂、逆坡段降坡加固、谷底及逆坡段坡脚注浆等综合防治措施,为工作面安全高效回采提供相应研究基础。

关键词：沟壑区浅埋煤层应力演化覆岩运动裂隙发育

热处理工艺对Ti-5Ta-5V-8Cr-1Al合金耐沸腾硝酸腐蚀性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 1992-1998页

作者：吴俊宇徐建平刘后龙李欢西安稀有金属材料研究院有限公司陕西西安710016

后处理工业所涉及的关键设备如溶解器、蒸发器等长期处于高浓度、高放射性的沸腾硝酸中,保证设备安全可靠运行是首要目标。本工作采用全浸腐蚀和电化学腐蚀实验手段研究了热处理工艺对Ti-5Ta-5V-8Cr-1Al(Ti5581)合金在6 mol/L沸腾硝酸... 详细信息

后处理工业所涉及的关键设备如溶解器、蒸发器等长期处于高浓度、高放射性的沸腾硝酸中,保证设备安全可靠运行是首要目标。本工作采用全浸腐蚀和电化学腐蚀实验手段研究了热处理工艺对Ti-5Ta-5V-8Cr-1Al(Ti5581)合金在6 mol/L沸腾硝酸溶液中的腐蚀行为的影响。结果表明,仅固溶和460℃时效时Ti5581合金具有较低的腐蚀速率,腐蚀240 h后腐蚀速率为0.022 mm/a。进一步采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法分析了Ti5581合金腐蚀后表面钝化膜的结构和成分,表明腐蚀后表层钝化膜平滑且致密,表层钝化膜为Ti和Ta的混合氧化物。研究发现Ti5581合金表层钝化膜的形成与α相的数量和形态相关:与550℃高温时效相比,460℃低温时效时α相尺寸较小且Ta元素质量分数较高,腐蚀均匀性更好,易于形成致密钝化膜且钝化膜更稳定。

关键词： Ti-Ta-V-Cr-Al合金耐硝酸腐蚀热处理钝化膜 α相

置氢TA10合金焊接接头组织和高温压缩性能

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焊接学报 2024年第8期45卷 79-84,94页

作者：刘全明肖俊峰高斯峰唐文书高松龙伟民西安热工研究院有限公司西安710032 郑州机械研究所有限公司郑州450001

航改燃气轮机焊接修复的钛合金叶片服役于含氢环境中常发生氢脆损伤.试验重点研究了不同置氢量的钛合金氩弧焊接头的微观组织、维氏硬度及氢作用机理、高温压缩性能.结果表明,置氢0.12%(质量分数)焊接接头组织中析出大层片δ氢化物,其... 详细信息

航改燃气轮机焊接修复的钛合金叶片服役于含氢环境中常发生氢脆损伤.试验重点研究了不同置氢量的钛合金氩弧焊接头的微观组织、维氏硬度及氢作用机理、高温压缩性能.结果表明,置氢0.12%(质量分数)焊接接头组织中析出大层片δ氢化物,其尺寸随H元素含量增加而增大,母材、热影响区及焊缝微观组织发生明显改变;置氢0.21%的硬度明显高于其它置氢量,高氢提升焊接接头硬度;低氢时氢固溶强化使α晶粒硬度略提升,高氢时氢化物析出伴随晶格体积膨胀使金属局部塑性变形产生大量位错,位错运动需绕或切过氢化物,导致α晶粒硬度明显提升.压下量对高温压缩流变应力影响有限,再结晶软化作用主要受变形温度控制,随压下量增大,焊缝组织中层片α晶粒连同氢化物沿垂直压下方向被拉长或与压下方向呈一定角度被弯折,氢化物沿层片α晶界生长,热压缩过程中组织再结晶现象不明显.

关键词：钛合金焊接接头置氢微观组织维氏硬度高温压缩性能

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键齿倾斜类型对节段拼装箱梁力学性能的影响

中国公路学报 2024年第1期37卷 91-106页

作者：范香艳刘来君武芳文杜猛赵力国长安大学公路学院陕西西安710064 深圳高速公路集团股份有限公司广东深圳518057 中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710065

为了明确腹板键齿类型对节段梁力学性能的影响规律,揭示不同键齿倾斜类型节段箱梁破坏机理和破坏模式,开展了2组不同键齿类型(垂直键齿、水平键齿)节段式箱梁在不同荷载作用方式(纯弯作用、弯剪作用)下的力学性能试验,分析了梁体变形、... 详细信息

为了明确腹板键齿类型对节段梁力学性能的影响规律,揭示不同键齿倾斜类型节段箱梁破坏机理和破坏模式,开展了2组不同键齿类型(垂直键齿、水平键齿)节段式箱梁在不同荷载作用方式(纯弯作用、弯剪作用)下的力学性能试验,分析了梁体变形、裂缝萌生与扩展形态、体外预应力束的预应力增量以及主梁应力与裂缝宽度变化规律;建立了有限元数值分析模型,详细分析接缝局部不同角度键齿应力状态。研究结果表明:节段梁接缝开裂前,混凝土应力应变、梁体变形和预应力筋应力与荷载呈线性关系;接缝开裂后混凝土应力应变、梁体变形均与荷载呈非线性关系。纯弯荷载作用下,2种键齿梁的破坏形态相同,均为纯弯段接缝的开裂,破坏模式相同,主裂缝位置不同,垂直键齿梁破坏时的主裂缝靠近跨中位置,而水平键齿梁更靠近加载位置;弯剪荷载作用下,破坏模式为近加载点接缝弯剪破坏;2种荷载作用下,接缝顶面混凝土均压溃破坏,腹板键齿均受剪切破碎。键齿类型和荷载作用对节段梁的破坏模式影响显著,垂直键齿梁的承载能力和刚度优于水平键齿梁。键齿类型以及加载方式对预应力筋应力增量影响较小,体内束预应力增量大于体外束应力增量。建立的数值分析模型与试验结果吻合较好,可以有效分析节段梁键齿应力分布状态,揭示了节段箱梁受力破坏机理。基于既有规范和试验结果,提出了抗弯承载能力计算公式,计算值与试验值吻合良好,验证了所提出计算公式的有效性。

关键词：桥梁工程节段拼装箱梁试验研究力学性能键齿倾斜类型

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煤矿用自动化钻机远程控制系统的研制

煤田地质与勘探 2024年第5期52卷 151-159页

作者：董洪波姚宁平王天龙马斌彭光宇中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

针对钻机在复杂施工环境下所面临的劳动强度大以及安全风险高等问题,采用电子电路技术、测量传感技术、远程控制技术、视频监测技术以及大数据技术,研制出一套适用于煤矿自动化钻机的远程监控系统。该系统以ZDY4500LFK型煤矿用钻机为主... 详细信息

针对钻机在复杂施工环境下所面临的劳动强度大以及安全风险高等问题,采用电子电路技术、测量传感技术、远程控制技术、视频监测技术以及大数据技术,研制出一套适用于煤矿自动化钻机的远程监控系统。该系统以ZDY4500LFK型煤矿用钻机为主体,实现了视距内控制、井下集控以及地面远程监控3种控制模式,并构建了云端自动化钻机管控平台。具体而言,视距内监控模式通过遥控器、控制器及配套传感器,实现了对井下视觉范围内钻机的精确操作;井下集控模式则集成了集控舱、隔爆兼本安型计算机、本安显示器、隔爆兼本安型交换机、本安摄像头以及本安操控箱等设备,实现了对井下危险钻场的钻机远距离安全监控;地面监控模式则通过地面操控台、地面服务器、显示器、交换机以及AI智能分析盒子等设备,为自动化钻机的地面远程监控提供了有力支持。此外,云端自动化钻机管控平台则主要用于自动化钻机群运行状态和施工状态的数据统计与分析。研制的远程控制系统应用于ZDY4500LFK、ZDY6500LDK型钻机,并实现了视距内遥控、井下集控以及地面远距离控制等多种控制方式的稳定运行。现场试验和测试研究结果表明:(1)钻机视距内遥控系统遥控器按键丰富、控制器具有CAN、RS485等丰富的接口,手机升级便捷方便,可广泛应用于钻机电控化升级和改造。(2)远程集中控制系统可以实现10km距离的远程控制,控制响应时间小于200ms。视频、参数采集数据响应及时无卡滞,可以满足井下钻机远程监控的需求。(3)地面远程监控系统可以实现地面钻机远程监控并具有AI识别功能,可实现人员闯入预警和停机功能。(4)自动化钻机管控平台经过功能、压力、并行、访问测试,功能正常,响应及时,系统无崩溃,可用于自动化钻机数据和工况的统计分析。该控制系统的应用在保证钻孔施工安全的同时也为煤矿钻机实现少人化、智能化、信息化提供了借鉴。

关键词：自动化钻机遥控远程控制地面监控集控煤矿

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基于层次分析法的智能钻机运行工序判识

煤田地质与勘探 2024年第3期52卷 184-190页

作者：朱钱祥罗鹏平王龙鹏邢望王天龙中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

煤矿钻机智能施工过程中自动判识当前工序的难度较大,针对该问题提出了一种包含钻机运行过程层次建模、工序执行概率推理的工序判识方法。首先,以层次分析法对钻机运行过程中不同粒度对象间耦合过程进行描述和建模,揭示了钻机各工序执... 详细信息

煤矿钻机智能施工过程中自动判识当前工序的难度较大,针对该问题提出了一种包含钻机运行过程层次建模、工序执行概率推理的工序判识方法。首先,以层次分析法对钻机运行过程中不同粒度对象间耦合过程进行描述和建模,揭示了钻机各工序执行过程中设备、功能与系统间的交互特征。其次,在上述研究基础上引入贝叶斯概率推理方法,建立工序执行概率推理模型,分析了钻机运行过程中不同粒度对象属性与各工序状态间的因果关系。随后,将采集到的传感数据进行处理并作为实时证据提供给工序判识模型,推理获得各工序的当前执行概率。最后,以ZDY23000LDK钻机运行过程中液压压力值、动力头转速及移动速度作为输入信息,利用提出的工序判识方法,推理出当前执行工序编号,实验结果显示针对上扣工序、钻进工序和起拔工序的识别准确率分别达到85.3%、81.2%和87.1%,从而证明所提工序判识方法是切实可行的。上述研究工作提供了钻机运行过程的层次解耦方法及钻机不同粒度对象间交互过程的分析方法,为后续钻机智能控制方法研究及先进智能地质装备研发提供了技术支撑。

关键词：智能钻机工序判识传感数据层次分析法贝叶斯理论煤矿

煤矿井下碎软煤层气动定向钻进技术与装备研究

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煤田地质与勘探 2024年第6期52卷 154-165页

作者：田宏亮张金宝王力方俊王建强中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

【目的】我国煤层赋存地质条件复杂,碎软煤层分布广泛,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井众多,目前采用钻孔瓦斯抽采是防治瓦斯灾害的有效措施。碎软煤层常规回转钻进存在轨迹不可控、成孔深度浅、抽采盲区大,常规定向钻进卡埋钻事故多、成孔困... 详细信息

【目的】我国煤层赋存地质条件复杂,碎软煤层分布广泛,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井众多,目前采用钻孔瓦斯抽采是防治瓦斯灾害的有效措施。碎软煤层常规回转钻进存在轨迹不可控、成孔深度浅、抽采盲区大,常规定向钻进卡埋钻事故多、成孔困难、钻进效率低等问题。【方法】系统阐述了煤矿井下碎软煤层钻进技术的发展历程与应用现状,研制了气动螺杆钻具、定向钻机、随钻测量系统、除尘泵车、空压机或制氮机、油雾润滑装置等组成的煤矿井下气动定向钻进装备,并配套开发了气动定向钻进工艺和筛管完孔技术等关键技术,解决碎软煤层定向钻进成孔难题,保障瓦斯抽采效果。利用该成套技术与装备在两淮、山西、贵州等地区煤矿进行的碎软煤层定向钻孔试验。【结果和结论】研究表明:(1)气动定向钻进技术是碎软煤层钻孔瓦斯治理的有效技术手段,其钻进深度普遍达到200 m以上,最大钻孔深度达607 m,且可有效控制钻孔轨迹在目标煤层中延伸,煤层钻遇率达90%以上。(2)现场试验表明,气动定向钻进成孔效果好、施工效率高,最大效率达到3 594 m/(台·月),有力推动气动定向钻进技术从小规模试验到大规模的工业化推广应用。结合此成套技术与装备的应用现状和煤矿安全高效生产对钻探技术装备的发展需求,提出煤矿井下气动定向钻进技术与装备的拓展应用方向以及向自动化、智能化和集约化方向发展的现实需求和必然趋势。

关键词：碎软煤层气动定向钻进钻探装备钻进工艺瓦斯抽采

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丙烯酰胺改性粉煤灰聚合增韧注浆材料研究

煤田地质与勘探 2024年第5期52卷 98-106页

作者：张跃宏王晓东王海武博强姬中奎朱世彬韩乐冯龙飞中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

煤矿采煤工作面顶板烧变岩涌(失)水高效治理需要具有压缩韧性优良的注浆加固材料。硅酸盐水泥基注浆材料成本低,已在煤矿注浆加固中广泛应用,但存在硬化浆体变形韧性较差的问题。采用丙烯酰胺(AM)原位聚合增韧的方法,研究丙烯酰胺、交... 详细信息

煤矿采煤工作面顶板烧变岩涌(失)水高效治理需要具有压缩韧性优良的注浆加固材料。硅酸盐水泥基注浆材料成本低,已在煤矿注浆加固中广泛应用,但存在硬化浆体变形韧性较差的问题。采用丙烯酰胺(AM)原位聚合增韧的方法,研究丙烯酰胺、交联剂、引发剂的掺量和水灰比对粉煤灰基注浆材料的凝结时间、溶胀性、抗压强度、韧性指数的影响,并采用SEM观测硬化浆体的微观结构。结果表明,丙烯酰胺可以在粉煤灰浆液中原位聚合生成聚丙烯酰胺(PAM)凝胶;当AM掺量为25.0%,交联剂掺量为0.75%,引发剂掺量为2.25%,水灰比为0.575时,材料抗压变形率大于60%,溶胀比达到113.43,韧性指数达到257.92%;通过SEM观测发现,注浆材料硬化浆体形成以粉煤灰颗粒为刚性骨架、聚丙烯酰胺凝胶为柔性网络的无机有机镶嵌网络结构,硬化浆体的压缩应力-应变曲线的变形率普遍大于40%,具有显著的塑性变形特征;工程实验结果显示最大抗折韧性变形率可达到25.86%。该注浆材料具有优异的韧性、流动性及较好的遇水膨胀性,可用于煤矿顶板渗漏水治理。

关键词：注浆材料烧变岩顶板治理粉煤灰丙烯酰胺韧性优化