地下多层空区探测钻探技术及工艺研究

发布时间：2017-12-08 07:27

  本文关键词：地下多层空区探测钻探技术及工艺研究

  更多相关文章： 多层空区探测 贯通式潜孔锤 钻孔式3D激光探测扫描仪 CFD动网格技术 反循环钻头

【摘要】：地下自然形成的溶洞型空区或由于采矿活动形成的采空区,对人类的安全生产和正常生活秩序造成危害,对地下空区进行探测以了解空区的详细位置和空区形态,并根据探测获取的情况采取相应的处理措施是有效避免空区塌陷产生次生灾害的重要手段。目前主要采用物探手段进行空区探测,由于地下不同地质体均可能在地球物理数据上产生相似的效果,因此其解释结果具有不确定性,导致采用物探方法进行空区探测的精度极低,尤其是在重力方向上垂直分布多层空区的情况。采用钻探方法结合钻孔式3D激光探测扫描仪能够精确获取下覆空区的位置和空区形态,是目前矿山空区探测的主要应用手段。但传统正循环钻进是依赖于孔壁形成排渣通道的钻进工艺,采用普通正循环钻探方法只能对单层空区进行探测,而我国大量矿山由于早期乱挖盗采等存留有大量不明地下多层采空区,成为我国矿山安全生产,尤其是实现整合后采用露天开采矿山安全生产的主要制约因素之一。贯通式潜孔锤反循环钻进技术兼具冲击回转钻进的高钻效优点,同时具有反循环排渣不受地层影响的优势,已在各类钻井勘探行业得到广泛应用,由于其排渣不依赖于钻孔壁与钻具形成的环空,因此将其应用于多层空区钻探能够克服传统钻探方法在钻遇第一层空区后继续钻进无法排渣的难题,同时由于贯通式潜孔锤反循环钻进所用钻具系统中心通道能够提供直达下覆空区的畅通通道,为安全起下钻孔式3D激光探测扫描仪提供保障,采用贯通式潜孔锤反循环钻进技术结合钻孔式3D激光探测扫描仪进行地下多层空区探测的工艺方法是解决矿山多层空区探测难题的有效技术手段。论文以太钢岚县袁家村铁矿多层空区探测项目为依托,采用贯通式潜孔锤反循环钻进技术结合钻孔式3D激光探测扫描仪开展了地下多层空区探测用钻探技术及工艺方法的研究,为地下多层空区探测尤其是露天矿山下伏不明空区精准探测提供解决方案。论文的主要研究内容包括:一、针对袁家村铁矿地层条件和地下多层空区分布特点及现场钻机、钻孔式3D激光探测扫描仪等的特点,专门设计了允许钻孔式3D激光探测扫描仪从钻具中心下入空区内的大通孔直径贯通式潜孔锤、反循环钻头、双壁钻杆,针对现场钻机的特点配套设计了适用于反循环钻进的大直径中心通孔主轴的钻机动力头,以及其它配套钻探辅助工具,并开展了多层空区探测野外试验工作,根据野外试验情况制定了贯通式潜孔锤反循环钻进技术结合钻孔式3D激光探测扫描仪对多层空区探测的工艺方法。二、论文采用计算流体力学结合动网格技术初步对风动潜孔锤性能开展了三维数值模拟计算研究工作,初步实现采用有限元计算方法对风动潜孔锤的性能进行预测,该方法可用于对风动潜孔锤进行辅助设计和优化设计。三、论文对袁家村铁矿山地下多层空区探测的现场试验中由于孔内钻渣屑等排出不及时造成卡、埋钻等问题,提出采用拉瓦尔喷管式内喷孔结构的反循环钻头替代现有普通直圆孔型的内喷孔反循环钻头以提高钻头的反循环能力,并通过数值模拟方法和室内试验研究对拉瓦尔喷管式内喷孔反循环钻头的孔底局部流场特征和反循环抽吸能力进行了大量的研究工作,试验结果表明,采用拉瓦尔喷管式内喷孔反循环钻头能够大幅提高钻头的反循环能力。论文的主要创新点有:(1)首次提出采用贯通式潜孔锤反循环钻进技术结合钻孔式3D激光探测扫描仪对地下多层空区进行探测的工艺方法,试验证明该方法能够对地下多层空区进行精确的探测。(2)首次采用计算流体力学结合动网格技术实现对风动潜孔锤进行三维有限元数值模拟,该方法的实现对风动潜孔锤的计算机辅助设计提供了一种解决方案,能大幅提高风动潜孔锤设计的效率并降低设计成本。(3)论文提出采用拉瓦尔喷管式内喷孔结构的反循环钻头以提高钻头的反循环能力,数值模拟方法和室内试验研究均表明,该结构能够有效提高反循环钻头的抽吸能力。目前,随着我国矿山资源整合力度的加强和采用先进露天开采技术的推广,矿山下伏不明采空区对矿山安全生产的影响较为突出,进一步加强对矿山采空区尤其是下覆多层采空区探测技术的研究尤为重要。本文针对采用钻探方法进行空区探测,提出了采用贯通式潜孔锤反循环钻进技术结合钻孔式3D激光探测扫描仪对地下多层空区进行探测的工艺方法,实践表明,该钻探工艺方法能够有效解决矿山多层空区的探测问题,是一种具有推广意义的矿山多层空区探测技术。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P634.5

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 侯传彬;王茂森;计胜利;陈家旺;;贯通式潜孔锤新技术在矿山勘探中的应用试验[J];世界地质;2006年03期

2 刘建林;殷琨;朴金石;;贯通式潜孔锤在露天矿山地下采空区探查中的应用[J];化工矿物与加工;2009年02期

3 祁宏军;;贯通式潜孔锤反循环气体钻井系统压力分布模型[J];煤田地质与勘探;2013年04期

4 关晓琳;殷琨;朱丽红;孟祥瑞;范黎明;;贯通式潜孔锤反循环钻头的结构优化[J];探矿工程(岩土钻掘工程);2011年02期

5 蒋荣庆，殷琨，王茂森;气动贯通式潜孔锤反循环连续取心（样）钻具系统研制及使用效果[J];地质与勘探;1996年03期

6 陈家旺;殷琨;王安;;贯通式潜孔锤在岩溶地层反循环水文水井钻进试验研究[J];施工技术;2007年01期

7 全志刚;;贯通式潜孔锤在新疆白干湖钨锡矿区钻探施工的应用效果[J];探矿工程(岩土钻掘工程);2008年01期

8 刘军;王春毅;何亚青;杨建敏;;贯通式潜孔锤反循环钻进技术在探矿中的应用[J];采矿技术;2007年02期

9 博坤;殷琨;王茂森;;贯通式潜孔锤反循环钻进技术在矿区勘探中的应用研究[J];金属矿山;2009年03期

10 刘铁银;;贯通式潜孔锤反循环连续取芯钻探技术[J];黑龙江水利科技;2008年06期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 李刚;殷琨;彭枧明;;贯通式潜孔锤反循环钻头有限元分析及优化[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年

2 陈震;周合清;刘保德;;贯通式潜孔锤反循环连续取芯钻进技术应用[A];河南地球科学通报2011年卷（下册）[C];2011年

3 刘廷政;郑喜彦;;大直径贯通式潜孔锤局部气举反循环钻进工艺研究[A];中国水利学会地基与基础工程专业委员会第十一次全国学术技术研讨会论文集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 罗永江;地下多层空区探测钻探技术及工艺研究[D];吉林大学;2016年

2 刘建林;气体钻井用贯通式潜孔锤关键技术研究[D];吉林大学;2009年

3 任红;贯通式潜孔锤反循环连续取心钻进取心机理研究[D];吉林大学;2008年

4 朴金石;贯通式潜孔锤钻进过程优化研究[D];吉林大学;2010年

5 蔺刚;提高贯通式潜孔锤反循环连续取心长度的钻进方法研究[D];吉林大学;2008年

6 博坤;贯通式潜孔锤反循环钻进技术钻具优化及应用研究[D];吉林大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 谢含华;贯通式潜孔锤反循环连续取心钻进提高岩心长度技术研究[D];吉林大学;2007年

2 博坤;贯通式潜孔锤反循环钻进技术试验及钻头流场分析[D];吉林大学;2006年

3 于航;复杂条件下贯通式潜孔锤钻头优化及试验研究[D];吉林大学;2013年

4 朱田野;贯通式潜孔锤反循环连续取心钻进完整流场CFD分析[D];吉林大学;2008年

，

本文编号：1265556