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基于离散元法的圆台形PDC切削齿磨损特性研究
1
作者 罗晨旭 高君毫 +5 位作者 王登科 向航宇 卢多 谢刚 刘宗文 薛永 《煤炭技术》 2025年第5期208-211,共4页
PDC(聚晶金刚石复合片)钻头破岩过程中切削齿磨损是影响其使用寿命和破岩能力的关键因素。针对一种新型圆台形切削齿刀具,开展其在破岩过程中磨损特性研究。基于离散元法,结合相对磨损模型和Archard磨损模型,对圆台形切削齿磨损进行数... PDC(聚晶金刚石复合片)钻头破岩过程中切削齿磨损是影响其使用寿命和破岩能力的关键因素。针对一种新型圆台形切削齿刀具,开展其在破岩过程中磨损特性研究。基于离散元法,结合相对磨损模型和Archard磨损模型,对圆台形切削齿磨损进行数值模拟,分析了切削齿钻头转速、牵引速度和切入岩壁夹角等因素对切削齿磨损特性的影响规律。结果表明:切削齿表面磨损是以切向转动摩擦为主,法向切削为辅;切削齿表面磨损主要发生在侧端面,越靠近下侧端面,磨损越明显。随着钻头转速减小和牵引速度的增加,切削齿的磨损程度增大;切入岩壁夹角的变化对切削齿表面磨损影响程度较小。研究结果可对切削齿的优化设计、维护及使用寿命评估提供重要参考。 展开更多
关键词 PDC钻头 单齿切削 EDEM Archard磨损模型 破岩过程
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井下救援模块化大直径水平跟管钻机的研制
2
作者 凡东 倪晓阳 +4 位作者 穆树元 邹祖杰 文国军 李影平 鲁飞飞 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期236-246,共11页
【目的】针对矿山巷道及隧道塌方事故救援中面临的狭窄空间作业难题,研制一种具备快速响应能力的模块化水平跟管救援钻机系统,以提升复杂环境下的救援效率与安全性。【方法】采用模块化设计理念,通过紧凑化布局优化动力头、给进装置及... 【目的】针对矿山巷道及隧道塌方事故救援中面临的狭窄空间作业难题,研制一种具备快速响应能力的模块化水平跟管救援钻机系统,以提升复杂环境下的救援效率与安全性。【方法】采用模块化设计理念,通过紧凑化布局优化动力头、给进装置及动力系统等核心部件。运用多体动力学仿真对辅助作业车进行倾覆校核,确保其在复杂工况下的稳定性;基于离散元(DEM)−多体动力学(MBD)耦合仿真方法,优化超薄折叠式钻渣带式输送机的结构,显著提升输送效率与空间适应性。结合层次分析法(AHP)与逼近理想点排序法(TOPSIS),构建钻场安全风险评估模型,并集成自回归移动平均(ARMA)和指数平滑算法开发智能预警软件平台,实现了钻场安全态势的动态评估与风险预判。通过钻机静态加载检测、陕西商洛工程试验和云南玉溪集成演练验证钻机性能。【结果和结论】研发的模块化、遥控式大直径跟管救援钻机,最大模块尺寸控制在4000 mm×1700 mm×1450 mm,可在受限空间3 h内完成快速组装;研制的关键部件包括双回转动力头、独立驱动式给进装置、上开口变径夹持扶正系统及遥控单轨吊装系统等,结合电液双控负载敏感液压控制与防爆遥控技术,适配多级跟管钻具,形成集“钻、排、运、护”于一体的救援装备;静态加载检测显示,套管最大转矩达255 kN·m,外管最大推进力达1600 kN;在陕西商洛、云南玉溪分别开展了工程试验和集成演练,完成了3口水平钻孔,最大孔长61.5 m,逃生通道直径570 mm,验证了钻机性能及多级跟管钻进工艺适应性。“钻、排、运、护”一体化井下钻孔救援装备显著提升了狭窄巷道环境下的适应性及救援效率,为矿山及隧道应急救援提供了装备支撑。 展开更多
关键词 矿山灾害 钻孔救援 跟管钻机 模块化设计 双回转动力头 水平大直径钻孔 多级跟管钻进工艺
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高效钻孔救援技术及装备
3
作者 姚宁平 邹祖杰 +4 位作者 张忠海 赵继云 郝世俊 凡东 窦斌 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期217-235,共19页
【目的】我国矿山开采逐步向深部发展,每年全国矿山巷道和隧道掘进量近20000 km,矿山(隧道)事故时有发生,危害国家财产和人民生命安全,针对矿山(隧道)事故应急救援重大需求,钻孔救援作为一种有效的救援途径被广泛提及和使用。【方法】... 【目的】我国矿山开采逐步向深部发展,每年全国矿山巷道和隧道掘进量近20000 km,矿山(隧道)事故时有发生,危害国家财产和人民生命安全,针对矿山(隧道)事故应急救援重大需求,钻孔救援作为一种有效的救援途径被广泛提及和使用。【方法】开展了地面井下救援钻孔高效安全施工技术与装备研究,以地面及井下(隧道)救援钻孔安全高效构建为目标,以“地面救援装备−搜救孔/救援孔成孔技术−工程演练”“井下救援装备−水平救援孔成孔技术−工程演练”为主线,突破了救援深孔高效钻进与快速成孔技术难题,研制了具有自适应钻进功能的大功率地面救援车载钻机及快速换杆装置,开发了地面搜救孔“三段式”一趟钻、救援孔气液双循环高效钻进技术及配套钻具,研制了套管焊接机器人等,可满足搜救孔、救援孔高效成孔需求;攻克了混杂坍塌体高效碎岩及随钻护孔技术难题,研发了井下模块化大直径跟管钻进装备、多功能作业车、带式输送机、救援作业舱及钻场防护系统等,满足水平救援通道快速构建需求。【结果和结论】形成了地面车载钻机及井下跟管钻机2套钻孔救援集成装备、地面垂直救援孔及井下水平大直径救援孔高效成孔技术2套救援施工技术,构成了井上下联合钻孔救援技术与装备体系。地面及井下钻孔救援技术装备分别在山西武乡、江苏徐州、陕西商洛、云南玉溪等地进行了系统联调、工程试验及集成演练,验证了装备的可靠性、技术适用性和安全性,可为我国矿山灾害救援提供技术和装备支撑。 展开更多
关键词 矿山灾害 地面救援钻孔 车载钻机 自适应控制 井下水平救援钻孔 多级跟管钻进 金属探测及破拆 水平救生舱
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水浸作用下磁铁矿石动态破碎特征及损伤机理
4
作者 甘德清 于泽皞 +1 位作者 刘志义 孙海宽 《材料导报》 北大核心 2025年第13期66-75,共10页
为探究富水环境中磁铁矿石受地下水侵蚀后的动态损伤特性及破碎特征,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同浸水时长的磁铁矿石开展冲击破碎试验,选取四种不同应变率的试验结果,分析磁铁矿石在不同试验参数下的力学特性以及破碎... 为探究富水环境中磁铁矿石受地下水侵蚀后的动态损伤特性及破碎特征,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同浸水时长的磁铁矿石开展冲击破碎试验,选取四种不同应变率的试验结果,分析磁铁矿石在不同试验参数下的力学特性以及破碎特征,引入应变率与浸水时长两个因素,建立磁铁矿石在不同应变率和浸水时长条件下的统计损伤本构模型,结合损伤曲线分析了浸水磁铁矿石全过程的损伤机理。结果表明:磁铁矿石动态峰值应力、弹性模量、峰值应变随应变率增加而增加;随浸水时长增加,矿石的峰值应变增加,峰值应力与弹性模量降低;应变率增加与浸水处理会改变矿石峰后阶段的应力跌落状态。浸水处理会促进磁铁矿石破碎,增加矿石单位体积吸收能,降低矿石破碎能耗,提高能量利用率。修正损伤本构模型的理论曲线与实测曲线在峰前阶段的吻合度较高,建立的损伤曲线表征了磁铁矿石全过程的损伤机理,磁铁矿石峰前阶段的损伤差异以水应力损伤为主导。磁铁矿石的水应力损伤与荷载损伤共同影响着磁铁矿石的破碎效果,水应力损伤可等效于部分荷载损伤,二者符合一定的比例关系,矿石的破碎效果较好。本工作的结果对富水矿体的安全生产以及磁铁矿石的破碎具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 磁铁矿石 浸水时长 SHPB冲击试验 应变率 动态破碎特征 损伤机理
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落锤作用下磁铁矿石冲击破碎特征的能比效应
5
作者 甘德清 于泽皞 +1 位作者 刘志义 孙海宽 《金属矿山》 北大核心 2025年第2期48-55,共8页
为了确定利于磁铁矿石破碎的加载能量,确保破碎粒度达标的同时提高有效能量占比,从而提高矿山破碎作业中的能量利用率。通过改变落锤冲击高度,探究了不同冲击能比下磁铁矿石的强度特征、破碎能量变化规律以及破碎粒度分布特点。研究表明... 为了确定利于磁铁矿石破碎的加载能量,确保破碎粒度达标的同时提高有效能量占比,从而提高矿山破碎作业中的能量利用率。通过改变落锤冲击高度,探究了不同冲击能比下磁铁矿石的强度特征、破碎能量变化规律以及破碎粒度分布特点。研究表明:磁铁矿石的冲击力时程曲线分为冲击力急速提升、平稳作用、回落、回升与震荡四个阶段,平稳作用阶段持续时间最长,可达9~10 ms,试件所受冲击强度随冲击能比增加线性升高;随冲击能比增加,磁铁矿石吸能效率先增后减,再增再减,存在吸能效率较高的能比范围,矿石吸收能、吸收能密度均呈线性趋势增加,使得矿石起裂时的裂纹由单一张拉裂纹转为拉伸剪切交织裂纹,破碎方式也由拉伸破坏逐渐转向压缩剪切破坏,磁铁矿石的破碎程度逐渐加剧;冲击能比增加降低了破碎产品的大块率,使得破碎产品粒度更加均匀,粒度分形维数线性增加,碎块平均粒径呈指数趋势减小,破碎产品细度t_(10)以缓—急—缓的趋势增加。研究结果对优化矿山破碎机械参数、提高磁铁矿石破碎效率具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 磁铁矿石 冲击能比 强度变化 能量特性 破碎特征
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基于改进U-Net模型的露天矿钻孔裂隙识别研究
6
作者 宋纹瑶 张梅 +3 位作者 郭连军 邓丁 高崇 赵鑫 《矿冶工程》 北大核心 2025年第4期47-51,57,共6页
为提高钻孔图像裂隙识别精度,提出了一种露天矿钻孔裂隙识别方法,利用智能钻孔摄像技术获取露天矿钻孔图像,并运用随机裁剪和图像翻转进行数据增广,同时采用中值滤波降噪和图像灰度化,去除噪点及减少计算量。在U-Net模型中利用空间注意... 为提高钻孔图像裂隙识别精度,提出了一种露天矿钻孔裂隙识别方法,利用智能钻孔摄像技术获取露天矿钻孔图像,并运用随机裁剪和图像翻转进行数据增广,同时采用中值滤波降噪和图像灰度化,去除噪点及减少计算量。在U-Net模型中利用空间注意力和通道注意力机制改进钻孔裂隙语义分割模型,形成AU-Net模型,以强化图像全局和局部信息的特征提取能力。实验结果表明:AU-Net模型相较于U-Net模型在钻孔图像裂隙识别数据集上可以取得更低的损失、更高的精度,均交并比提高了4.38百分点,达到82.34%,图像分割效果更好。 展开更多
关键词 钻孔成像 裂隙识别 U-Net网络 注意力机制 裂隙提取 机器学习 语义分割 图像识别
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矿山救援钻孔中井涌井漏事故预警预测 被引量：5
7
作者 陈卫明 王家文 +3 位作者 凡东 郝世俊 赵江鹏 邱雨 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期144-152,共9页
为解决矿山应急救援钻孔作业过程中井涌井漏事故预警预测困难等问题,建立了基于机器学习的钻进过程井涌井漏事故预警预测模型。首先对井涌井漏事故发生初期时的钻进参数进行事故表征参数分析;其次对事故表征参数进行数据清洗处理,在此... 为解决矿山应急救援钻孔作业过程中井涌井漏事故预警预测困难等问题,建立了基于机器学习的钻进过程井涌井漏事故预警预测模型。首先对井涌井漏事故发生初期时的钻进参数进行事故表征参数分析;其次对事故表征参数进行数据清洗处理,在此基础上,通过XGBoost事故诊断预警模型对井涌井漏事故进行早期诊断识别;随后建立PSO-LSTM事故发展预测模型,对事故发生后的孔底压力参数发展趋势进行预测,提前掌握钻进事故发展状态;最后通过实际钻进数据对预警预测模型的有效性进行验证。结果表明:XGBoost事故诊断预警模型能根据总池体积、立管压力、出入口流量差和动力头负荷这4种钻进参数的异常变化,快速准确诊断钻进过程中的井涌井漏事故;PSO-LSTM事故发展状态预测模型能充分学习孔底压力参数发展规律,综合EMAP、EMA、ERMS、R2这4项误差评价指标,PSO-LSTM模型相较于BP、RNN、SVM模型的预测性能最佳,能准确预测事故发生之后的孔底压力发展趋势,提前掌握井涌井漏事故的严重程度和发展态势。研究结果丰富了钻进过程井涌井漏事故预警预测方法,提高了矿山事故地面救援的可靠性,对矿山应急救援钻孔作业过程中事故控制有着借鉴与指导作用。 展开更多
关键词 矿山救援 钻进过程 预警预测 XGBoost PSO-LSTM 机器学习 井涌井漏
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基于直接透巷工艺的煤矿地面管道井成井技术研究与应用
8
作者 栗子剑 张晶 +3 位作者 赵江鹏 李健 车路 肖富刚 《钻探工程》 2025年第4期89-95,共7页
为了解决煤矿区地面管道井采用“掘巷找井”方式连通巷道与井眼存在的辅助工作量大、成本高,井下切割地面井管道动火作业存在安全隐患等问题,创新提出了地面管道井直接透巷解决方案。通过分析安全透巷过程影响因素,采用优化后的二开透... 为了解决煤矿区地面管道井采用“掘巷找井”方式连通巷道与井眼存在的辅助工作量大、成本高,井下切割地面井管道动火作业存在安全隐患等问题,创新提出了地面管道井直接透巷解决方案。通过分析安全透巷过程影响因素,采用优化后的二开透巷井身结构,研究了透巷状态下技术方案,形成了地面管道井直接透巷新型透巷成井技术,变“巷找孔”为“孔找巷”。根据不同工况,提出二开一次成井和二开二次成井两种工艺,解决不同井眼尺寸一次成井的问题,避免井下二次开挖。该技术在淮北矿区排水管道井的现场试验及推广应用表明,二开结构管道透巷井工艺技术安全可靠、节约成本、有效减少煤矿井下辅助工作量,研究成果可对不同矿区地面管道井实施提供重要参考依据。 展开更多
关键词 地面管道井 直接透巷 钻井工艺 固井工艺 人工井底
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射流参数对双孔液态CO_(2)相变冲击岩石裂纹扩展的影响
9
作者 于建新 王云蒙 +1 位作者 王金星 陈晨 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2024年第2期98-109,158,共13页
液态CO_(2)相变作用时的射流形状与冲击方向影响着破岩效果。基于自行构建的试验系统,结合LS-DYNA数值模拟,研究了双孔液态CO_(2)在不同气流释放方向组合下的岩石裂纹扩展规律。结果表明:双孔X方向相背冲击时,岩石裂纹并不能在两孔之间... 液态CO_(2)相变作用时的射流形状与冲击方向影响着破岩效果。基于自行构建的试验系统,结合LS-DYNA数值模拟,研究了双孔液态CO_(2)在不同气流释放方向组合下的岩石裂纹扩展规律。结果表明:双孔X方向相背冲击时,岩石裂纹并不能在两孔之间扩展贯通。双孔X方向相对冲击时,两孔之间形成贯穿裂纹。双孔Y方向同向冲击时,裂纹沿初始冲击方向扩展,并在孔周围扩展形成多条裂纹。数值模拟结果表明:在不同释放口组合冲击作用下,X方向相对冲击时裂纹在两孔之间形成贯穿,初始裂纹继续扩展贯穿至前后侧面。X方向相背冲击下的试样裂隙主要向预留孔四周扩展。Y方向同向冲击下试样内部裂隙沿初始气流冲击方向的反方向扩展,并未形成贯穿裂纹。从裂纹定向扩展效果而言,双孔X方向相对冲击效果最好,Y方向同向冲击次之,X方向相背冲击最差。从顶面主裂纹扩展数量而言,X方向相背冲击最多,Y方向同向冲击次之,X方向相对冲击最少。研究结果可为CO_(2)冲击致裂技术应用提供指导。 展开更多
关键词 液态CO_(2) 相变冲击 裂纹扩展 损伤分析 数值模拟
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不规则矿石颗粒冲击破碎能耗规律
10
作者 高锋 郭君 +2 位作者 甘德清 许佳宁 邵静静 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第10期215-223,共9页
为揭示不规则矿石颗粒冲击破碎能耗规律,采用自主改进的落锤冲击试验机,对6种不同性质的铁矿石开展单颗粒冲击破碎试验,分析不规则铁矿石破碎的分形特征,以及碎块平均粒度、分形维数和单位吸收能的尺寸效应,建立不规则单颗粒矿石冲击破... 为揭示不规则矿石颗粒冲击破碎能耗规律,采用自主改进的落锤冲击试验机,对6种不同性质的铁矿石开展单颗粒冲击破碎试验,分析不规则铁矿石破碎的分形特征,以及碎块平均粒度、分形维数和单位吸收能的尺寸效应,建立不规则单颗粒矿石冲击破碎的能耗模型。结果表明,在相同的冲击条件下,碎块平均粒度、分形维数、单位吸收能与等球直径均呈幂函数关系,随着颗粒等球直径的增大,碎块平均粒度逐渐增大,分形维数与单位吸收能逐渐降低;单位吸收能与碎块平均粒度呈幂函数增大的变化关系,单位吸收能对数与分形维数呈线性增长的关系;通过不规则单颗粒矿石破碎试验的方法,建立了不规则颗粒单位破碎能关于初始尺寸、碎块平均粒度与分形维数的关系模型,平均相关系数为0.789,较好地描述了矿石破碎能耗规律。 展开更多
关键词 矿石破碎 落锤冲击 不规则颗粒 尺寸效应 能耗模型
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基于水平井的径向井开采页岩油产能模拟和参数分析 被引量：4
11
作者 戴佳成 李根生 +2 位作者 孙耀耀 李敬彬 王天宇 《石油科学通报》 CAS 2024年第4期604-616,共13页
中国页岩油资源储量丰富,潜力巨大。实现页岩油资源的高效开发对于保障国家能源安全,加快行业战略转型具有重要意义。本文提出了一种结合水平井和径向水射流钻井的技术,以高效开采页岩油资源。该技术通过在水平井周围钻进一个或多个径... 中国页岩油资源储量丰富,潜力巨大。实现页岩油资源的高效开发对于保障国家能源安全,加快行业战略转型具有重要意义。本文提出了一种结合水平井和径向水射流钻井的技术,以高效开采页岩油资源。该技术通过在水平井周围钻进一个或多个径向分布的钻孔,穿透井邻污染区,增加与储层的接触面积,并建立高导流通道以提高生产和注入性能。本文创建了一个考虑地层损伤的耦合流动模型,可以对由水平井和径向射流钻井开发的页岩油生产性进行预测,该模型使用双精细网格,能够描述页岩油储层的压力响应,并分析径向井长度、直径、起始角度、侧向数量、钻井位置和簇数对生产性的影响。文章进一步比较了在相同条件下,由径向射流钻井或水力压裂开发的储层的生产性。结果表明:径向井可显著减小水平井附近流体渗流阻力,增加储层有效泄流面积;径向井长度、分支数、簇数和直径的增加可提升页岩油累产油量;径向井的簇数增加,虽然泄流区域扩大,有利于提升产油量,但是井间的干扰随着簇数的增加而增强,使得累计产油量的增加趋势逐渐减弱;径向井起始角度受渗透率各向异性和重力影响,应以穿透垂向储层为目标;当径向井长度较大时,打开位置对产量影响不大;等簇数下四分支长30 m径向井累产油量略大于水力裂缝缝高15 m时累产油量,其与缝高15 m水力裂缝结合时,累产油量略大于水力裂缝缝高25 m时累产油量。研究发现,该开发模式不仅可以作为水力压裂技术的有效替代或补充,还能以更高效、成本更低的方式实现页岩油的高效开采。研究成果表明“水平井+径向井”页岩油开发模式具有一定的可行性,为页岩油资源高效开采提供了一种高效低成本的新方法。 展开更多
关键词 页岩油 水平井 径向井 产能模拟 水力压裂
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基于ALE-FEM耦合算法的磨料水射流破岩数值模拟及其机理分析 被引量：2
12
作者 徐鹏 盛茂 +1 位作者 田守嶒 王天宇 《石油科学通报》 CAS 2024年第4期627-636,共10页
磨料水射流在钻井提速、深穿透射孔和压裂增产等方面应用效果显著,深入认识磨料水射流破岩机理是提升其应用效果的关键之一。本文基于任意拉格朗日—欧拉耦合有限单元算法,提出了独立封装有限元网格描述磨料的方法,将水射流单元设定网... 磨料水射流在钻井提速、深穿透射孔和压裂增产等方面应用效果显著,深入认识磨料水射流破岩机理是提升其应用效果的关键之一。本文基于任意拉格朗日—欧拉耦合有限单元算法,提出了独立封装有限元网格描述磨料的方法,将水射流单元设定网格随物质的运动而变化以实现流体流动特性,速度设置给物质;将磨料单元设定网格不随物质的运动而变化以实现固体颗粒特性,速度设置给网格。综合考虑岩石的动态冲击损伤作用以及水射流和磨料的协作,建立了可表征水射流流动和岩石损伤破坏的多相多物理场耦合过程的磨料水射流破岩模型,模型聚焦磨料颗粒和水射流对岩石微秒级的冲击破坏。采用2套网格捕捉磨料和水射流的协同破岩作用,得到了岩石破碎体积、岩石损伤场、水射流压力场、水射流和磨料对岩石破碎的能量贡献率等关键参数的时空演化特征。结果表明,磨料水射流破岩过程磨料起主导作用,水射流起辅助作用。分析得到磨料水射流中磨料—水射流协同破岩机理认识,磨料撞击岩石使岩石局部产生的高程度损伤降低了水射流破岩的难度,此外磨料冲击破碎岩石使得水射流和岩石之间产生新界面,促使水射流的冲击压力升高,提高了水射流的破岩能力,因此磨料水射流中的水相比于纯水射流具有更高的射流打击力和能量利用率,磨料冲击预损伤岩石叠加水射流聚集增压的磨料—水射流协同作用破岩是磨料水射流破岩效率和能量利用率高于纯水射流数倍的重要机理之一。研究结果对优化磨料水射流破岩参数提供了理论模型和设计依据。 展开更多
关键词 磨料水射流 数值模拟 ALE-FEM 破岩机理
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基于1DCNN-BiLSTM-CBAM的煤巷顶板岩层地质特征随钻智能识别方法 被引量：1
13
作者 雷志勇 王家文 +2 位作者 凡东 鲁飞飞 陈卫明 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期192-199,共8页
【目的】煤巷顶板事故多发生于原生裂隙发育带和岩层破碎带等潜在垮落区,准确、及时掌握顶板岩层地质特征并优化其支护方案及参数是预防顶板事故的重要途径。目前关于巷道顶板岩层地质特征识别方法的相关研究存在识别速度慢、效率低、... 【目的】煤巷顶板事故多发生于原生裂隙发育带和岩层破碎带等潜在垮落区,准确、及时掌握顶板岩层地质特征并优化其支护方案及参数是预防顶板事故的重要途径。目前关于巷道顶板岩层地质特征识别方法的相关研究存在识别速度慢、效率低、成本高等问题,难以满足煤矿安全、高效和智能化开采的需求。【方法】提出了一种基于1DCNN(一维卷积神经网络)、BiLSTM(双向长短期记忆网络)和CBAM(卷积块注意力模块)相结合的神经网络模型,建立了随钻振动加速度信号与顶板岩层地质特征的对应关系,通过钻进试验,采集完整岩石、破碎岩石和含裂隙岩石样本的随钻振动加速度信号数据,并将此信号作为训练样本,在此基础上建立了不同岩石样本与其随钻振动信号之间的对应关系,并采用准确率、精确率、召回率和F1值4项分类指标评估各模型的性能。【结果和结论】研究表明:(1)建立的1DCNN-BiLSTM-CBAM模型实现了端到端的岩层地质特征智能识别,简化识别流程,提高识别效率。(2) SVM(支持向量机)、1DCNN、BiLSTM以及1DCNN-BiLSTM-CBAM模型训练结果表明,1DCNN-BiLSTM-CBAM模型的平均准确率、精确率、召回率和F1值分别达到99.22%、99.26%、99.21%和99.23%,均优于其他对比模型。(3)实验验证该模型在煤巷顶板岩层地质特征的分类识别中是有效的,且具有良好的分类识别性能,能够满足巷道顶板岩层地质特征实时智能的识别要求。研究为识别煤巷潜在垮落区以及制定顶板支护方案提供了有力的技术支持,提供了一种煤矿巷道顶板随钻探测的高效识别方法,对提升煤矿巷道安全保障技术具有重要的借鉴意义。 展开更多
关键词 煤矿事故 深度学习 随钻振动信号 时间序列分类 地质特征识别 煤巷顶板 智能识别
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智能机器人在深井爆破中的应用及发展趋势 被引量：3
14
作者 关开荣 赵文琦 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2024年第12期228-235,共8页
随着浅部矿产资源逐渐枯竭,矿产资源深部开采将会成为一种常态。“高地应力、高井温、高岩溶水压”环境对爆破施工带来了巨大的挑战,深井作业条件愈发艰苦,智能机器人的出现为深井爆破作业提供了新思路,从机器人导航技术、深度学习和通... 随着浅部矿产资源逐渐枯竭,矿产资源深部开采将会成为一种常态。“高地应力、高井温、高岩溶水压”环境对爆破施工带来了巨大的挑战,深井作业条件愈发艰苦,智能机器人的出现为深井爆破作业提供了新思路,从机器人导航技术、深度学习和通信技术3个方面阐述了智能机器人的技术基础,总结了智能机器人在爆破作业中的优势与难点,分析了智能机器人用于爆破事故处理的应用前景,提出了智能机器人未来应对复杂作业环境的重点研究方向与发展趋势:优化结构或提升补偿手段、传感器精度改良、参数的自适应控制、构建链式控制系统。研究可为智能机器人在推进智能爆破和深部矿产资源的安全高效开采中的应用提供优化思路。 展开更多
关键词 深部开采 智能机器人 爆破施工 爆破事故处理
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旋转钻进过程中的破岩能耗特征分析 被引量：1
15
作者 金彤 徐振洋 +2 位作者 王雪松 吴怡璇 郭连军 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2024年第4期228-236,共9页
获取钻进参数进行能耗分析是实现高效钻进的手段。为探究旋转钻进破岩过程中钻进参数与破岩能耗的相关性,通过室内钻进试验研究钻进参数对钻进速度的影响;提出了能时密度指标,并通过数值模拟对旋转破岩过程中的能耗特征进行分析。研究... 获取钻进参数进行能耗分析是实现高效钻进的手段。为探究旋转钻进破岩过程中钻进参数与破岩能耗的相关性,通过室内钻进试验研究钻进参数对钻进速度的影响;提出了能时密度指标,并通过数值模拟对旋转破岩过程中的能耗特征进行分析。研究结果表明:旋转钻进岩石的轴压和转速与钻进速度成正相关,破岩能耗与钻进位移呈线性关系,钻进千枚岩的最佳试验参数为轴压650 N、转速400 r/min;基于钻进比功建立钻进破岩能时密度公式,能时密度随轴压和转速的增加呈先下降后上升的趋势,能时密度集中于0.0069 J/(mm^(3)·s)时能耗最低,钻进效率最优。 展开更多
关键词 旋转钻进 钻进参数 能时密度 破岩能耗 数值模拟
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双臂切缝钻机新型多变幅机构的研制 被引量：2
16
作者 钟自成 《煤炭技术》 CAS 2024年第8期287-290,共4页
基于双臂切缝钻机的工况需求,创新研制出一款满足多方位、大角度施工需求的多变幅机构。通过对双臂切缝钻机多变幅机构的总体结构进行设计,并采用有限元分析软件对关键部件进行动态仿真分析,仿真结果表明关键部件设计合理;另外对双臂切... 基于双臂切缝钻机的工况需求,创新研制出一款满足多方位、大角度施工需求的多变幅机构。通过对双臂切缝钻机多变幅机构的总体结构进行设计,并采用有限元分析软件对关键部件进行动态仿真分析,仿真结果表明关键部件设计合理;另外对双臂切缝钻机进行了型式试验,试验表明性能参数达到了设计要求,并具有良好的多自由度调节性能。研究成果为无煤柱开采方法的关键装备提供了可靠的多变幅机构。 展开更多
关键词 切缝钻机 无煤柱开采 多变幅机构 动态分析
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新型防掉双连接钻杆在定向钻孔施工中的应用
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作者 张朋 王传留 +2 位作者 居培 马少明 李帅康 《煤炭技术》 CAS 2024年第11期285-288,共4页
钻杆是煤矿井下定向钻具组合中不可或缺的一部分,钻杆断裂会造成随钻测量仪器及部分钻具的遗失,给企业带来巨额经济损失。针对钻杆断裂问题,总结了钻杆常见断裂形式及常规解决方法,基于仿生学原理,提出了一种新型防掉钻主副双连接结构,... 钻杆是煤矿井下定向钻具组合中不可或缺的一部分,钻杆断裂会造成随钻测量仪器及部分钻具的遗失,给企业带来巨额经济损失。针对钻杆断裂问题,总结了钻杆常见断裂形式及常规解决方法,基于仿生学原理,提出了一种新型防掉钻主副双连接结构,钻杆主联接螺纹断裂失效之后,副连接筋杆依然使钻杆保持连接状态,以确保钻具及孔内仪器设备能够顺利提出孔外并降低断钻损失。研制了φ89 mm新型双连接结构钻杆,在室内性能测试中显示,连接筋杆抗拉能力达545.5 k N。新型钻杆在淮北某矿进行工业试验时,共施工钻孔12个,总进尺达5 545 m,其中发生过1次螺纹断裂事故。在连接筋杆作用下成功将断裂的钻杆顺利提出孔外。试验结果表明新型钻杆能够满足定向钻进施工需求,并且连接筋杆能够起到断钻防掉钻作用。 展开更多
关键词 定向钻进 钻杆 仿生 双连接结构
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花岗岩高温高压条件下冲击凿岩规律试验研究 被引量：12
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作者 赵金昌 李义 +3 位作者 赵阳升 冯子军 李根威 张源 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期904-909,共6页
利用中国矿业大学的"20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机"、大尺寸(200mm×400mm)花岗岩试样研究了花岗岩在高温高压状态下的冲击凿岩规律。研究结果表明,随着温度升高凿岩速度增大,当温度超过约150℃时,岩石裂隙数量... 利用中国矿业大学的"20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机"、大尺寸(200mm×400mm)花岗岩试样研究了花岗岩在高温高压状态下的冲击凿岩规律。研究结果表明,随着温度升高凿岩速度增大,当温度超过约150℃时,岩石裂隙数量增多,并且呈现出一定的塑性变形特征,不利于冲击能量的充分利用,冲击凿岩适用于钻进较低温度下(不超过150℃左右)的坚硬岩层;在高围压状态,冲击凿岩的单位破岩能耗随着温度升高而降低;在高温高压环境下,在一定钻压和冲击功率范围内,凿岩速度随着钻压或冲击功率的增大而增大,单位破岩能耗随着钻压的增大而减小。 展开更多
关键词 花岗岩 高温高压 冲击凿岩 冲击频率 冲击功率
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PDC钻头岩石可钻性测定与分级新方法研究 被引量：23
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作者 杨迎新 高翔 +2 位作者 陈红 陈军海 陈炼 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期811-819,共9页
PDC钻头作为最重要的油气钻井破岩工具,其岩石可钻性级值是进行钻头个性化设计与选型、优化钻井参数的关键依据,在中硬以上的地层价值尤为重要。然而,我国2000年颁布实施的石油天然气行业标准《岩石可钻性测定及分级方法》却存在明显的... PDC钻头作为最重要的油气钻井破岩工具,其岩石可钻性级值是进行钻头个性化设计与选型、优化钻井参数的关键依据,在中硬以上的地层价值尤为重要。然而,我国2000年颁布实施的石油天然气行业标准《岩石可钻性测定及分级方法》却存在明显的缺陷,对中硬以上的岩石经常出现测试无效、无法获得可钻性级值数据的现象。通过对不同岩性岩石试样的大量微钻头可钻性实验测试,发现标准钻压过低、PDC微钻头结构参数不合理是中硬以上岩石测试无效的主要原因。针对这些问题,首先,研究了微钻头切削齿安装角度对其干涉状态的影响规律,提出了最优的微钻头侧转角,消除了微钻头切削齿与岩石发生干涉的可能性;其次,开展了5种岩石在不同钻压下的微钻头钻岩实验,实验数据表明变压可钻性级值与钻压之间呈线性关系,提出了采用钻压分档测试、当量转化分级或分档独立分级的可钻性测试与分级新方法。该方法既能有效解决中硬以上岩石的可钻性测试问题,又能与过去的软岩测试数据相兼容。主要研究成果已经被2016版行业标准《岩石可钻性测定及分级》所采纳。 展开更多
关键词 岩石可钻性 分级 PDC钻头 钻井
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矿山灾害生命保障救援通道快速安全构建关键技术与装备 被引量：20
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作者 田宏亮 邹祖杰 +5 位作者 郝世俊 曹明 周光华 黄勇 顾海荣 王雷 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1-13,共13页
矿山发生重大灾害事故导致井筒、巷道破坏,人员被困井下时,通过安全、高效地构建救援通道是最有效的救援方式。救援通道包括井下、地面2种形式,井下具备施工条件时,构建穿过坍塌段的大直径救援通道,是最直接的方式;井下不具备施工条件... 矿山发生重大灾害事故导致井筒、巷道破坏,人员被困井下时,通过安全、高效地构建救援通道是最有效的救援方式。救援通道包括井下、地面2种形式,井下具备施工条件时,构建穿过坍塌段的大直径救援通道,是最直接的方式;井下不具备施工条件或易发生次生灾害时,则需先在地面快速、精准钻进小直径搜救孔,确定井下被困人员位置及身体状况,并及时输送给养,再构建大直径救援井,采用专用救援提升装备保障被困人员升井脱困。研究涵盖机械工程、钻井工程、电气工程、软件工程、流体力学、岩土力学、动力学、先进控制技术等多学科多领域,将理论分析、数值模拟、实验研究、型式试验、工程示范相结合,以“救援通道构建装备研制—生命保障通道构建技术开发—大直径救援通道构建技术开发—地面提升救援装备开发—技术与装备集成及工程试验”为主线,开发钻孔救援关键技术与装备。研制了3套应急救援集成装备,ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机最大提升力1200 kN、最大转矩50000 N·m,开发了钻机与配套机具的一体化集中控制系统,单根起下钻效率小于3 min/根;XZJ5240JQZ30型救援提升车开发了多传感器信息融合的通信监测控制系统,提升系统最大救援深度848 m;ZDG1500型井下大直径顶管机直径1630 mm,最大顶推力8541.2 kN。开发了复杂地层生命保障孔快速、精准钻进技术,地面大直径救援井精准、安全、高效钻进及透巷技术,井下大断面救援通道顶管快速施工技术3项矿山应急救援通道构建技术。在宁夏宁煤梅花井矿开展了国内首次生命保障孔及大直径救援井施工、救援提升的集成研究和工程示范,完成井径215.9 mm、井深670.5 m生命保障孔,用时46.83 h,井底水平位移偏移0.27 m,满足72 h黄金救援时间内成孔要求;完成井径830 mm、井深654.1 m救援井,井底水平位移0.19 m,介质溃入井下约7.5 m~3,并在救援井内成功进行了救援提升技术与装备试验。在广东省基础工程集团有限公司碎石场开展了顶管钻进工程模拟坍塌条件下的试验,施工长度102.5 m,日进尺43.92 m,顶进误差0.35 m。相关成果在湖南源江山煤矿、山东栖霞金矿、新疆丰源煤矿等5次矿山灾害应急救援中进行了应用。开发的3项救援通道施工技术及3套救援装备,构成了具有自主知识产权的矿山井上井下联合救援技术与装备体系,可满足600 m深度的矿山应急救援需求,为我国矿山灾害救援提供技术装备支撑。 展开更多
关键词 矿山灾害 应急救援 生命保障孔 大直径救援井 救援车载钻机 提升装备 救援顶管机
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