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煤-气交叉开采区天然气井防碰撞预警技术研究

王文 杨昆 何云 王斌 高斐 潘叶信

王文, 杨昆, 何云, 王斌, 高斐, 潘叶信. 煤-气交叉开采区天然气井防碰撞预警技术研究[J]. 矿业科学学报, 2022, 7(4): 490-497. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.04.011
引用本文: 王文, 杨昆, 何云, 王斌, 高斐, 潘叶信. 煤-气交叉开采区天然气井防碰撞预警技术研究[J]. 矿业科学学报, 2022, 7(4): 490-497. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.04.011
Wang Wen, Yang Kun, He Yun, Wang Bin, Gao Fei, Pan Yexin. A study on collision warning of gas wells in coal-gas cross mining area[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2022, 7(4): 490-497. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.04.011
Citation: Wang Wen, Yang Kun, He Yun, Wang Bin, Gao Fei, Pan Yexin. A study on collision warning of gas wells in coal-gas cross mining area[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2022, 7(4): 490-497. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.04.011

煤-气交叉开采区天然气井防碰撞预警技术研究

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.04.011
基金项目: 

国家自然科学基金 51604093

河南省高校科技创新团队及科技攻关 22IRTSTHN005

河南省高校科技创新团队及科技攻关 212102310603

河南省高校科技创新团队及科技攻关 172107000016

详细信息
    作者简介:

    王文(1983—),男,河南永城人,博士,副教授,博士生导师,主要从事煤矿动力灾害、煤与天然气协同共采等方面的教学与科研工作。Tel:0391-3987973;E-mail:wangwen2006@hpu.edu.cn

  • 中图分类号: TD76

A study on collision warning of gas wells in coal-gas cross mining area

  • 摘要: 伴随着多种矿产资源协同交叉开采逐渐常态化,天然气井安全形势日渐严峻。以鄂尔多斯盆地煤-气交叉开采为研究对象,提出了基于振动波监测的防碰撞预警技术方法,防止掘进机与天然气井碰撞事故的发生。通过钢管敲击振动试验及煤矿井下掘进振动试验,研究振动波在钢管及煤岩中的衰减规律,并根据振动衰减规律推导出掘进机到天然气井距离计算公式。研究结果表明:振动波在钢管和煤岩中传播衰减系数不同,但衰减规律基本相同,均符合指数衰减规律,振动波先急速衰减,随后缓慢衰减。为实现地面监测井下掘进机到天然气井的距离、防止碰撞、预测预警提供参考。
  • 图  1  鄂尔多斯盆地地质赋存层位

    Figure  1.  Geological focal points of the Ordos Basin

    图  2  防碰撞监测原理示意图

    E1—地面监测到的振幅均方根值,m/s2E2—掘进机产生的振幅均方根值,m/s2E3—振动能量沿煤层传到天然气井处的振幅均方根值,m/s2α1—振动在天然气井中的衰减系数,m-1α2—振动在煤层中的衰减系数,m-1L—煤层到监测点的垂直距离,m;X—掘进机到天然气井的水平距离,m

    Figure  2.  Diagram of anti-collision monitoring principle

    图  3  钢管敲击振动试验示意图

    Figure  3.  Diagram of the steel pipe percussion vibration test

    图  4  井下掘进振动试验传感器布置示意图

    Figure  4.  Diagram of underground excavation vibration test sensor arrangement

    图  5  钢管振动试验1各测点时域波形

    Figure  5.  Time domain waveforms at each measurement point of steel pipe vibration test 1

    图  6  钢管振动1~4组均方根归一化指数拟合曲线

    Figure  6.  Fitted graphs of the root mean square normalised index for steel pipe vibration groups 1~4

    图  7  井下掘进振动试验2各测点时域波形

    Figure  7.  Time domain waveforms at each measurement point of the underground excavation vibration test 2

    图  8  井下掘进振动1~4组均方根归一化指数拟合

    Figure  8.  Fitted graphs of the root mean square normalised index for underground excavation vibration groups 1~4

    表  1  煤矿试验传感器布置及距振源距离

    Table  1.   Coal mine test sensor arrangement and distance from vibration source

    传感器 距贯通点距离/m 距掘进机距离/m
    1 0 20
    2 20 32.58
    3 50 59.78
    4 80 88.72
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    表  2  钢管振动波有效值及归一化

    Table  2.   RMS values and normalisation of steel pipe vibration waves

    试验1 距离/m 0 10 20 30 40
    1组 绝对值/(m·s-2) 1.480 78 0.757 73 0.125 25 0.118 14 0.107 16
    归一化 1 0.511 71 0.084 58 0.079 78 0.072 37
    2组 绝对值/(m·s-2) 8.038 94 3.333 96 0.388 08 0.328 30 0.275 38
    归一化 1 0.414 73 0.048 28 0.040 84 0.034 26
    3组 绝对值/(m·s-2) 8.885 66 3.835 72 0.932 96 0.422 38 0.376 32
    归一化 1 0.431 68 0.105 00 0.047 54 0.042 35
    4组 绝对值/(m·s-2) 3.218 32 1.446 48 0.149 94 0.123 48 0.125 44
    归一化 1 0.449 45 0.046 58 0.038 36 0.038 97
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    表  3  井下掘进振动波有效值及有效值归一化

    Table  3.   The effective value of underground excavation vibration wave and its normalization

    试验2 距离/m 20 32.58 59.78 88.72
    1组 绝对值/(m·s-2) 0.017 15 0.012 84 0.004 31 0.001 96
    归一化 1 0.748 69 0.251 31 0.114 29
    2组 绝对值/(m·s-2) 0.006 96 0.004 61 0.001 96 0.001 18
    归一化 1 0.662 36 0.281 61 0.169 54
    3组 绝对值/(m·s-2) 0.007 55 0.005 29 0.002 45 0.001 27
    归一化 1 0.700 66 0.324 50 0.168 21
    4组 绝对值/(m·s-2) 0.013 43 0.008 82 0.002 55 0.002 17
    归一化 1 0.656 74 0.189 87 0.161 58
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-09
  • 修回日期:  2021-11-26
  • 刊出日期:  2022-08-30

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