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金刚石层倒角参数对PDC切削齿性能的影响规律

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金刚石与磨料磨具工程 2024年第4期44卷 470-475页

作者：张素慧王传留李耿煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安710077

聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)切削齿的综合性能受金刚石层倒角参数的影响较大,特别是其抗冲击性能,但影响规律不明。为探究金刚石层倒角参数对PDC切削齿性能的影响规律,优化PDC切削齿结构并提高PDC钻头的钻... 详细信息

聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)切削齿的综合性能受金刚石层倒角参数的影响较大,特别是其抗冲击性能,但影响规律不明。为探究金刚石层倒角参数对PDC切削齿性能的影响规律,优化PDC切削齿结构并提高PDC钻头的钻进效率,采用目前应用较广的平面型和微弧型PDC切削齿,分别制作0.2、0.3、0.4、0.5 mm 4种倒角尺寸和15°、30°、45°3种倒角角度的PDC,得出不同金刚石层倒角参数的PDC切削齿受热后的耐磨性和抗冲击韧性,并对其钻进效率和破损形式进行分析。结果表明:倒角尺寸对PDC耐磨性和抗冲击韧性的影响存在的临界值约为0.3 mm,当倒角尺寸≤0.3 mm时,PDC的磨耗比大、抗冲击韧性低、破损形式多为崩刃;反之倒角尺寸>0.3 mm时,PDC的磨耗比降低、抗冲击韧性提升近1倍,累计吸收功可达1 000 J以上,且破损形式多为脱层。倒角角度对PDC耐磨性和抗冲击韧性的影响基本为线性关系,即倒角角度越小,磨耗比越大,抗冲击韧性越低。

关键词： PDC切削齿金刚石层倒角参数综合性能破损形式

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厚硬岩层结构调控低损开采方法及机理研究

采矿与岩层控制工程学报 2024年第3期6卷 30-42页

作者：张玉军肖杰李嘉伟李友伟煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性... 详细信息

为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性破断的厚硬基本顶分别呈现小块度破坏杂乱堆积和大块度破断整齐堆积;受采动结构特征影响,直接顶岩层采动破坏产生的体积膨胀显著大于厚硬基本顶。根据模拟得到的采动岩层破坏堆积特征构建了厚硬基本顶条件下采动覆岩下沉计算模型。根据采动作用下随采随垮直接顶岩层采动破坏膨胀量显著大于周期性破断厚硬基本顶的规律,提出对厚硬基本顶进行采前大规模水力压裂并借助采动超前支承压力进一步破坏厚硬基本顶,降低厚硬基本顶采动破坏块度,使其随采随垮、杂乱堆积并充分充填采空区以控制上覆岩层下沉破坏,实现低损开采。采用数值模拟验证了压裂弱化厚硬岩层调控其采动结构,增大采动破坏岩层体积膨胀量,降低上覆岩层下沉的有效性。提出的厚硬岩层结构调控低损开采方法可为煤矿绿色高效开采提供一定的参考。

关键词：低损开采岩层控制水力压裂覆岩结构调控采动岩层膨胀

柿庄南区块煤储层地应力和破裂压力特征及其耦合关系

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煤矿安全 2024年第4期55卷 11-18页

作者：牛然刘度霍中刚李忠城张亚飞邓志宇河南省煤炭地质勘察研究总院河南郑州450052 煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 中联煤层气有限责任公司北京100015

以柿庄南区块112口煤层气井为研究对象,采用水力压裂法计算煤储层地应力,获取了研究区地应力及破裂压力展布特征,分别建立了破裂压力与水平主应力、有效应力之间的相关模型,揭示了该区块3号煤储层地应力与破裂压力之间的耦合关系,并剖... 详细信息

以柿庄南区块112口煤层气井为研究对象,采用水力压裂法计算煤储层地应力,获取了研究区地应力及破裂压力展布特征,分别建立了破裂压力与水平主应力、有效应力之间的相关模型,揭示了该区块3号煤储层地应力与破裂压力之间的耦合关系,并剖析了地应力对破裂压力的影响。研究结果表明:柿庄南区块3号煤储层整体为中等至高应力区,地应力场类型在垂向上发生转换,埋深400~640 m区域以逆断层应力场型为主,640~810 m区域以走滑断层应力场型为主,810 m以深区域以正断层应力场型为主;侧压系数一般为0.38~1.99,埋深600 m以浅区域,绝大多数大于1,埋深600~800 m区域,侧压系数为0.52~1.93,埋深800 m以深区域,侧压系数均小于1;该区块破裂压力为12.89~36.10 MPa,破裂压力梯度为1.47~6.09 MPa/hm,破裂压力与埋深呈现反“S”形变化,810 m以浅破裂压力离散性较大,整体与埋深呈现负相关,810 m以深破裂压力与埋深呈现正相关;该区块最大水平主应力、最小水平主应力及其各自应力梯度与煤储层破裂压力在一定程度上呈现正相关,但相关性不强;同一埋深条件下,破裂压力随着水平主应力的变化而变化,但最小水平主应力对破裂压力的影响明显大于最大水平主应力;煤储层破裂压力与水平主应力差呈反“N”形变化,与有效应力呈正相关;在水平应力差为2~4MPa时,破裂压力随应力差的增大而减小;在水平应力差为4~8 MPa时,破裂压力随应力差的增大而增大;当水平应力差高于8 MPa时,破裂压力随应力差的增大而减小。

关键词：柿庄南区块煤储层水力压裂地应力破裂压力有效应力

基于岭回归改进规范变量分析的微震事件实时判识

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工矿自动化 2024年第3期50卷 92-98页

作者：程健石林松骆意周天白杨凌凯煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学研究总院有限公司矿山大数据研究院北京100013 天地科技股份有限公司北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

微震事件判识是煤矿微震监测的基础。现有的微震监测技术大多基于单物理量变化规律而开发,在处理含有大量噪声和干扰信号的煤矿微震数据时易产生误判情况。针对该问题,基于岭回归算法改进规范变量分析(CVA)的损失函数,实现稀疏化建模,... 详细信息

微震事件判识是煤矿微震监测的基础。现有的微震监测技术大多基于单物理量变化规律而开发,在处理含有大量噪声和干扰信号的煤矿微震数据时易产生误判情况。针对该问题,基于岭回归算法改进规范变量分析(CVA)的损失函数,实现稀疏化建模,以提升模型泛化能力。采用岭回归改进CVA对多通道煤矿微震监测数据进行融合分析,进而实时判识复杂微震监测数据状态。采用模拟数据和实际煤矿微震监测数据对岭回归改进CVA进行实验验证。在基于模拟数据的实验中,随着噪声方差由5×10^(−6)增大至5×10^(−2),岭回归改进CVA的判识准确率较CVA提升了0.6%~5.4%,误报率和漏报率之和较CVA下降4.8%~17.3%。在基于实际微震监测数据的实验中,岭回归改进CVA对20个通道的微震监测数据融合分析结果能够反映出微震信号处于波动状态,验证了该方法具备微震事件实时判识能力,平均判识准确率为97.14%,较CVA高2.39%,误报率与漏报率之和为31.06%,较CVA降低0.07%,错误率为2.86%,较CVA降低2.4%。

关键词：微震监测微震事件判识多通道融合分析规范变量分析稀疏化建模

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美国能源可持续利用现状及对中国的启示

科技导报 2024年第4期42卷 6-20页

作者：胡健 Wu Sheng 邓西里孙海涛崔景伟赵路正煤炭科学研究总院北京100013 Power Environmental Energy Research Institute 美国加利福尼亚州917223 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 中国煤炭科工集团煤炭规划总院北京100120

世界能源利用进入“清洁、低碳、可再生”的可持续发展新航道。美国在全力确保清洁能源制造和全球领先地位,保障和实现国家能源安全稳定供给中努力形成能源可持续利用结构。能源结构转型已使美国温室气体排放总量达峰后持续走低,并下降... 详细信息

世界能源利用进入“清洁、低碳、可再生”的可持续发展新航道。美国在全力确保清洁能源制造和全球领先地位,保障和实现国家能源安全稳定供给中努力形成能源可持续利用结构。能源结构转型已使美国温室气体排放总量达峰后持续走低,并下降至2000年以前水平,电力行业和交通行业碳排放震荡下降,美国可持续能源发电成本较世界其他国家偏低。美国能源可持续利用水平的提升得益于一系列政策法规、财政投资及经济市场等多方面措施的保障。美国政府的碳减排措施及各州政府的节能准则保障能源利用效率的提升;政府推动能源转型,促进清洁能源投资,并进一步推动清洁能源和能源税收减免;通过加大天然气领域的投资,促进交通领域电气化转型,以及修订车辆燃油经济性标准等措施推动可持续能源市场繁荣。美国能源的可持续利用现状显示,“能源利用过程的清洁化、能源利用类型的低碳化、能源获取方式的可再生化”为主导的能源转型方向将成为实现能源利用可持续性的发展趋势,全球可持续能源技术创新成为关键技术进步和竞争的阵地,国际能源转型过程中出现的多种困境显示,全球可持续能源利用的重要领域合作基础众多而广泛。美国与中国能源结构和能源转型中面临的形势与挑战相似,也有不同。中国能源转型将面临重要多重技术无人区,应从战略角度充分认识能源转型的长期性、复杂性和艰巨性,深入加强中国能源绿色低碳化转型的基础性、原创性、颠覆性技术的研究,推动中国能源绿色低碳安全转型。

关键词：能源化石能源可再生能源能源战略

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冲击载荷下砂质泥岩破碎分形特征

中国安全生产科学技术 2024年第6期20卷 133-139页

作者：孙卓越吴拥政周鹏赫中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

为研究砂质泥岩在冲击载荷下的破碎分形特征,采用霍普金森压杆试验装置,对砂质泥岩试样开展冲击压缩试验,探究其在5级冲击气压和2种长径比下的应力-应变曲线特征和破坏形态,并引入分形维数量化破碎程度和破碎块度分布,分析分形维数与加... 详细信息

为研究砂质泥岩在冲击载荷下的破碎分形特征,采用霍普金森压杆试验装置,对砂质泥岩试样开展冲击压缩试验,探究其在5级冲击气压和2种长径比下的应力-应变曲线特征和破坏形态,并引入分形维数量化破碎程度和破碎块度分布,分析分形维数与加载值、强度值和能量值的关系。研究结果表明:冲击载荷下砂质泥岩破坏演化主要分为裂隙压实段、以弹性变形为主的弹-塑性稳定段、以塑性变形为主的塑-弹性非稳定段、宏观破坏段4个阶段,对于冲击前长度20 mm砂质泥岩试样,在裂隙压实段试样被压缩至19.86 mm,压缩量为0.7%;冲击载荷下砂质泥岩试样呈劈裂破坏,且破碎块度分布具有较好分形规律,长径比0.4和0.8试样的分形维数与应变率、动态抗压强度、破碎耗能密度均呈正相关;相同冲击气压下,长径比0.4试样对应变率和动态抗压强度的敏感性较长径比0.8更强;当破碎耗能密度相同时,长径比0.4试样较长径比0.8的分形维数更大。研究结果可为砂质泥岩顶底板巷道的防冲治理提供一定理论参考。

关键词：岩石动力学分离式霍普金森压杆(SHPB) 分形维数应变率破碎形态

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煤系水平井定向射孔压裂裂缝扩展机制

煤田地质与勘探 2024年第4期52卷 68-75页

作者：庞涛姜在炳惠江涛贾秉义煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 青海油田公司第五采油厂青海海西817000

复杂含煤地层顶板水平井射孔压裂是增加煤层透气性、提升瓦斯抽采效率的关键,而地层结构和射孔位置影响裂缝扩展形态。考虑地层结构特征及射孔位置,建立压裂工程地质模型;基于有限元方法构建数值模型,研究射孔位置、地层条件、垂向应力... 详细信息

复杂含煤地层顶板水平井射孔压裂是增加煤层透气性、提升瓦斯抽采效率的关键,而地层结构和射孔位置影响裂缝扩展形态。考虑地层结构特征及射孔位置,建立压裂工程地质模型;基于有限元方法构建数值模型,研究射孔位置、地层条件、垂向应力与水平应力差对裂缝扩展的影响,并进行工程验证,提出施工建议。结果表明:射孔孔眼位置存在全部位于煤层中、全部位于顶板岩层中和部分位于顶板部分位于煤层3种情况。孔眼位于煤层中,裂缝受到界面的“阻隔”作用,对煤层改造有利;孔眼位于顶板,当顶板层理发育,垂向应力与最小水平主应力差大于2MPa时裂缝能够穿越层理和界面进入煤层,而顶板完整时,应力差大于-2MPa裂缝即可在孔眼诱导作用下进入煤层,顶板层理和界面对裂缝垂向扩展具有“阻挡”作用,结构完整地层有利于裂缝的垂向穿层扩展;孔眼部分进入煤层,对裂缝起裂、扩展产生明显诱导作用,形成沿界面的水平缝和进入煤层的垂直缝,无论顶板是否完整,都能形成有效改造裂缝。当射孔孔眼距煤层较远、孔眼与煤层间弱面发育、水平应力大于垂向应力或压裂施工规模不足时,建议采用深穿透射孔、分支孔等能够沟通煤层的工程措施,以保证压裂效果。研究结果在陕西韩城某煤矿的井下分段压裂施工中进行了应用,试验孔瓦斯抽采效果良好,可为类似地质、工程条件下的压裂施工提供借鉴。

关键词：煤系水平井定向射孔水力压裂裂缝扩展

松软厚煤层区段煤柱剪切滑块运动机理及协同控制技术

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1332-1344页

作者：王方田屈鸿飞张洋刘超郝文华江振鹏中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 永城煤电集团股份有限公司顺和煤矿河南永城476600 煤炭科学研究总院北京100013

松软厚煤层区段煤柱高、煤壁暴露面积大,加之煤质松软、裂隙发育,强采动作用下极易造成煤柱失稳,巷道维护难度极大。以山西伏岩煤业3号煤层开采为工程背景,基于剪切滑块理论,探究采掘扰动下煤柱变形破坏机理,求解煤柱剪切滑块运动范围... 详细信息

松软厚煤层区段煤柱高、煤壁暴露面积大,加之煤质松软、裂隙发育,强采动作用下极易造成煤柱失稳,巷道维护难度极大。以山西伏岩煤业3号煤层开采为工程背景,基于剪切滑块理论,探究采掘扰动下煤柱变形破坏机理,求解煤柱剪切滑块运动范围及应力分布规律,揭示煤柱侧帮剪切滑块运动机理,提出煤柱稳定性协同控制对策并在现场进行工程实践验证。结果表明:①采用极限平衡理论与叠加理论,确定了煤柱剪切滑块运动范围及煤柱垂直应力分布规律,阐明煤柱剪切滑块安全系数分布规律:0~1.26 m深度,煤柱上部安全系数较小;在1.26~3.95 m处,煤柱中线部分大面积安全系数较小,易受顶板来压破坏。②提出了1种以“注浆加固—锚索强化—切顶卸压”为主体的区段煤柱协同控制技术,煤柱侧裂隙较无支护条件及原支护条件分别减少62.89%和46.26%,巷道围岩完整性大幅提高,形成了强承载结构,有效控制了煤柱变形及底臌。③根据松软厚煤层区段煤柱条件,合理确定了协同控制设计参数,并对煤柱防控效果进行试验监测评估。现场试验结果表明,煤柱裂隙得到充分填充,注浆后煤体强度提高63%以上;巷道位移、锚杆索受力、离层等均在可控范围,表明协同控制技术明显提高了煤柱承载力,回采巷道围岩变形得到有效控制,为工作面安全高效开采提供了空间保障。

关键词：松软煤层煤柱剪切滑块协同控制围岩稳定性

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矿用孔中瞬变电磁仪的研制

煤矿安全 2024年第5期55卷 235-242页

作者：向潇桐李宏杰叶锦娇邱浩煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

针对传统矿井瞬变电磁仪易受井下人文干扰因素的影响,设计了一种矿用孔中瞬变电磁仪;仪器的发射部分主要由电桥电路、消隐电路组成;为缩短关断时间,源栅之间的稳压二极管和发射线圈两侧吸收消隐电路构成快速关断电路系统,快速释放射线... 详细信息

针对传统矿井瞬变电磁仪易受井下人文干扰因素的影响,设计了一种矿用孔中瞬变电磁仪;仪器的发射部分主要由电桥电路、消隐电路组成;为缩短关断时间,源栅之间的稳压二极管和发射线圈两侧吸收消隐电路构成快速关断电路系统,快速释放射线圈中的能量,削弱电感效应;接收部分具备全空间信号采集能力,通过自调节二次场信号的增益倍数,使设备动态范围满足需求。试验表明:该仪器具备探查钻孔径向含水异常体的能力,由于装置位于孔中,距探测目标体近,易获得信噪比高的二次场信号,并避免了巷道人文干扰因素的影响,提高了探测精度。

关键词：矿井水害孔中瞬变电磁仪快速关断多通道采集吸收消隐电路 FPGA