高转速复合排渣钻进技术在松软突出煤层中的应用

针对松软突出煤层钻孔施工中钻孔深度浅、成孔率低的难题,分析并总结了松软突出煤层钻孔施工的几种工艺方法及存在问题,提出高转速压风—螺旋复合排渣技术。阐述了该工艺技术原理并分析确定了高转速复合排渣钻进工艺参数。现场实践表明,采用高转速钻机并配套Φ95/60. 3mm插接密封式螺旋钻杆及Φ98mm胎体弧角PDC钻头的钻具组合进行施工,成孔率提高到70. 6%,钻孔深度也显著提高,为松软突出煤层钻孔施工提供参考。     

碎软煤层多层深孔钻进技术与装备

碎软厚煤层大采高工作面瓦斯治理时,采用多层钻孔才能覆盖整个采高,同时还须保证足够的钻孔深度,才能满足瓦斯抽采的需要。针对碎软煤层多层深孔施工对钻进装备的要求,研制了ZDY10000L大功率多层孔钻机,配套了宽翼片螺旋钻杆和优化了外平钻杆加三棱钻杆的组合式钻杆及配套压风排站钻进工艺。在赵庄煤矿1308工作面现场试验表明:钻机组合变幅机构开孔高度范围可达1.5~3.0 m,满足多层钻孔施工需要;钻机的自动升降装置提高了多层孔施工效率和安全性;采用该套技术与装备施工的瓦斯抽采孔平均孔深大于100 m,成孔率大于85%。     

长平矿软硬复合煤体高效钻进技术研究

为解决长平矿煤层钻进成孔深度较浅的问题,进行了软硬复合煤体高效钻进技术研究。结合软硬复合煤层特点,提出运用中高速宽叶片高螺旋复合钻进技术进行钻孔施工的工艺。在研究螺旋钻具排渣机理的基础上,设计制造了Φ110/63.5 mm螺旋钻杆+Φ120 mm三翼合金钻头和Φ95/60.3 mm螺旋钻杆+Φ110 mm三翼刮刀PDC钻头2种不同的钻具组合;改进了ZDY6000LR钻机的高转速动力头;使用ZDY3000LG、ZDY6000LR钻机与设计制造的钻具组合进行钻孔施工,完成3期现场工业性试验,形成了以中高转速螺旋机械排渣为主、风力排粉为辅的螺旋复合钻进技术,使得长平矿孔深大于150 m的煤层钻孔达到了52%,进一步提高了长平矿软硬复合煤体顺层钻孔效率。     

低螺旋钻杆在局部松软煤层顺层瓦斯钻孔施工中的应用

针对松软煤层钻孔施工成孔率低、钻孔施工深度浅等技术问题,以寺河二号井为例,分析光圆钻杆和低螺旋钻杆在井下施工中的优缺点。通过对松软煤层中两种钻杆的钻进特性分析,同时进行两种钻杆排渣原理研究并进行现场实践分析,得出使用低螺旋钻杆钻进的优点,为后续松软煤层钻孔施工提供参考。     

碎软煤层钻进钻杆槽体结构优化与工程应用

高瓦斯碎软煤层具有煤体强度低、瓦斯含量高等特征,钻进过程中钻孔变形量大、易失稳破坏形成塌孔,导致钻孔深度浅、钻进效率低,进而影响了瓦斯抽采效率。为了提升刻槽钻杆在碎软煤层的应用效果,考虑螺旋槽体头数、螺距、槽深与槽宽等关键参数,采用EDEM与Fluent气固相间耦合的数值计算方法,构建刻槽钻杆钻进排渣模型,对比分析了刻槽钻杆的结构参数对排渣性能的影响。结果表明,增加螺旋槽体的头数,有利于增大排渣空间,提升钻杆的排渣效果;对于Ф50 mm的小直径刻槽钻杆,钻杆表面螺旋槽体设计为三头结构,相比单头和双头槽体,其排渣性能有明显提升;三螺旋刻槽钻杆螺距设计为252 mm、槽深为2.5 mm、槽宽为16 mm时,钻杆的排渣效果最优。通过现场工业性试验,钻进效果与煤矿使用的圆钻杆进行对比,三螺旋刻槽钻杆钻进深度提高11.5%,钻进效率提高35.4%,成孔率达到100%,在钻孔施工的过程中断钻、卡钻等打钻事故均未发生。     

高地应力煤层卸压防突钻孔施工技术与应用

针对我国煤矿面临的冲击地压灾害,提出高地应力煤层大直径卸压防突钻孔技术。分析高地应力煤层钻孔的卸压防突机理。对比现有煤层钻孔施工技术,选择适合高地应力煤层的空气钻进工艺,确定供风方式,给出风量、风压等参数的计算方法,研制具有辅助排渣功能的高强度大通径宽翼片螺旋钻杆。在高地应力矿区进行了现场试验,对比了井下管路系统压风与移动式空压机压风的排渣效果。形成适合高地应力煤层卸压防突钻孔施工的中风压大通径宽翼片螺旋钻杆空气钻进工艺。     

双动力排粉钻进技术在卸压钻孔施工中的应用

基于冲击地压煤层施工大直径钻孔的卸压原理和成孔难点,提出冲击地压煤层大直径卸压钻孔成孔的关键在于高效排渣和快速成孔。借鉴松软突出煤层本煤层钻孔成孔经验,提出水介质宽翼片螺旋钻进双动力排粉方法,并在河南常村矿、陕西正通高家堡矿进行了现场应用试验。通过对比发现,该方法较普遍采用的大螺旋钻进方法施工效率提高近50%,孔深增加一倍以上,更适合在冲击地压煤层中施工直径大于150mm的卸压钻孔。     

松软煤层新型螺旋钻杆研制及应用

为解决现有钻杆在松软煤层钻进中事故频发、钻孔深度浅、成孔率低等难题,基于松软煤层钻进及现有配套设备特点,从排渣性能、护孔能力、加工工艺等方面对钻杆结构进行研究,研制出一种带弓形螺旋槽的新型螺旋钻杆。现场工业性试验中,新型螺旋钻杆替换同尺寸常规螺旋钻杆后,增加了松软煤层钻孔深度,成孔率为90%,且钻进过程中无钻杆断裂、掉钻事故发生。结果表明,新型螺旋钻杆结构设计合理,设备兼容性好,整体力学性能稳定,有利于提高井壁稳定性和排渣效率,降低卡钻、塌孔、掉钻等事故发生率。     

松软煤层中风压空气钻进技术与装备

松软煤层中施工顺层瓦斯抽采长钻孔的难度大,现有技术、装备在一定程度上还存在成孔深度浅、成孔率低等问题,不能完全满足瓦斯高效抽采的需要。为此,开发了井下中风压空气钻进工艺技术:包括压缩空气与螺旋钻杆复合排渣工艺、多级除尘技术、筛管护孔工艺技术等。应用结果表明:在同等施工条件下,采用中风压空气钻进技术与装备后,平均成孔深度普遍提高1倍左右,钻进效率提高35%左右,成孔率提高到了70%左右,为松软煤层瓦斯抽采钻孔施工提供了可靠的技术与装备保障。     

深槽宽叶片螺旋钻进技术在松软煤层中的应用

为解决晋城矿区松软煤层钻进中出现的钻屑排不出、返渣量大、成孔率低等异常情况,提出深槽宽叶片螺旋钻进技术,设计出了相应的钻具组合,并通过现场实验验证其适用性。研究结果表明,深槽宽叶片结构的Φ95mm/60.3mm螺旋钻杆对长平矿软硬互层的煤体结构适应性较强,在成孔率方面优于Φ110mm/63.5mm螺旋钻杆;深槽宽叶片螺旋钻进技术在解决松软煤层高效钻进问题方面具有较大优势。     

刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的合理参数研究

为充分发挥刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的优势,分析了刻槽钻杆螺旋槽宽度、深度、螺距的变化对排渣效果的影响情况。建立Φ50刻槽钻杆煤层钻孔三维模型,对不同参数的刻槽钻杆在钻孔内的排渣情况进行数值模拟。研究结果表明:螺旋槽宽度为12 mm,深度为1.1 mm,螺距为 76 mm ,排渣效果最优;通过突出煤层钻进工业性试验,钻进深度平均提高36.2%,钻进效率提高41.5%,且刻槽钻杆表面温差较小。     

顶板复杂岩层无线随钻测量复合定向钻进技术

针对以往顶板复杂岩层中施工定向钻孔时存在钻进效率低、排渣效果差、易发生钻孔事故的不足,开发了基于螺旋钻杆的无线随钻测量复合定向钻进技术,选配了适用钻进装备;在淮南顾桥矿进行了现场试验,试验最大钻孔深度530 m,累计钻孔进尺1 673 m,成孔率达到100%,排渣效果提高2倍以上。试验结果表明:泥浆脉冲无线随钻测量系统工作性能稳定、测量数据准确,复合定向钻进技术钻进效率高、钻进能力强,螺旋钻杆复合排渣效果好、钻孔清洁度高;有效提高了复杂岩层钻孔成孔率、成孔效率和钻进安全性。     

一种高强棱状钻杆在软煤层钻进中的研究与应用

针对豫西"三软"煤层中本煤层抽采钻孔施工深度浅、成孔率低、钻进困难的现状,分析了矿井常用钻具在松软煤层中钻进困难的原因,通过对原有钻具结构进行优化,研制了一种高强度棱状钻杆,并从该类型钻杆设计的理论基础、材质选择及传递的扭矩校核进行了探讨和计算,提高钻具的力学强度。同时在软煤层钻进中进行试验,通过在现场中的实际应用,进一步提高了钻进深度,成孔效率明显提高。     

复杂煤岩层复合强排渣定向钻进工艺及应用

针对复杂煤岩层顶板高位孔定向钻进技术难题,提出复合强排渣定向钻进工艺,设计了以泥浆脉冲随钻测量系统与三棱螺旋钻杆为核心的强排渣定向钻具组合,分析了三棱螺旋钻杆强排渣技术原理,形成了复合强排渣定向钻进成套装备。在王坡煤矿3314采煤工作面进行了应用研究,结果表明：在以泥岩为代表的复杂顶板岩层中,完成顶板高位定向钻孔6个,成孔率达到100%,最大钻孔深度500m,日平均进尺不低于70m,累计定向钻孔进尺2325m,钻孔成孔效率与成孔率较常规定向钻进工艺大幅提升。为利用顶板高位定向长钻孔代替高抽巷进行工作面及采空区瓦斯抽采治理、保障采煤工作面的安全高效生产提供了技术支撑。     

松软含硫化铁结核煤层成孔问题研究

针对松软含硫化铁结核煤层在顺层钻孔施工存在的塌孔、卡钻、成孔深度浅等问题,提出深槽螺旋复合钻进技术,开发出相应钻具组合,并通过在实践中的不断试验,对钻具进行了优化改进。研究结果表明,在松软含硫化铁结核地层中钻进,原来一直认为硫化铁结核是影响钻进成孔的决定性因素的这一观点存在认识上的误区,真正起决定性作用的是硫化铁结核影响下的孔壁的稳定性;深槽宽翼片螺旋复合钻进技术在松软含硫化铁结核煤层中成孔率高,有其独特优势。     

宽翼片螺旋钻杆在松软破碎煤层的应用研究

松软破碎煤层瓦斯抽采钻孔存在易塌孔、孔深浅、成孔难等问题,根据煤层瓦斯地质条件,选取合适的螺旋钻进工艺能很好地解决这一难题。分析了宽翼片螺旋钻杆的结构特点和施工工艺,结合螺旋钻具的排粉原理,推荐在松软破碎煤层中采用风水联动雾化排粉工艺和孔内全程下筛管工艺,对于解决松软煤层钻孔施工难题有着很好的借鉴意义。     

平煤十矿本煤层深孔施工装备及工艺研究应用

为解决本煤层打钻施工过程中,钻杆发热、瓦斯涌出形成喷孔、卡钻和成孔率低等问题,研发CMS1-1200/30 J新型煤矿用液压深孔钻车,其由主机液压系统、履带行走部、工作机构、机架、泵站和钻具等6部分组成,通过在钻孔设计、新型钻具和打钻工艺的研究试验表明,使用螺旋钻杆避免了钻杆壁与同一处煤粉长期摩擦而起热,减少了钻孔口产尘量,有效孔径大,完全实现由钻杆旋转的自排粉的功能,平均孔深83.5 m,提高了突出煤层中钻孔施工深度,成孔率在65%以上,提高煤层瓦斯释放和抽放效果,消除松软煤层瓦斯突出,实现安全生产。     

三翼式可开闭钻头在穿层钻孔施工中的应用

随着钻杆内快速下筛管工艺技术的推广应用,穿层钻孔施工过程中也存在目标煤层松软塌孔问题,普通可开闭式钻头在穿层钻孔岩石段施工时存在钻头寿命短、钻进效率较低的问题;针对该问题设计研发了一种新型三翼可开闭式PDC钻头,并在淮南矿业集团朱集东煤矿进行了现场应用,2只试验钻头平均寿命为436.4 m,寿命提高36.3%;钻头在岩石段施工,钻进效率为16~18m/h,钻进效率提高约40%,试验钻头解决了现有问题,试验效果良好。     

松软煤层三翼螺旋钻头结构设计及有限元分析

与螺旋钻杆匹配的螺旋钻头选择是松软煤层钻进成孔的重要环节。通过松软煤层螺旋钻进用三翼螺旋钻头的结构设计原则,对钻头结构进行仿真设计,并对钻头翼片进行理论强度校核,应用ANSYS软件对钻头翼片进行有限元分析,得出钻头翼片应力的分布情况,为三翼螺旋钻头的进一步优化设计及合理改进提供了理论依据。     

整体式三棱螺旋钻杆的研制及其应用

低透气性松软突出煤层钻孔施工一直是国内没有很好解决的难题,就目前的现场应用来看,三棱钻杆因其特殊的结构及钻进方式,在松软煤层施工瓦斯抽放孔时取得了一定的效果,但在极不稳定的软煤层中钻进,三棱钻杆容易扭断,易发生掉钻事故。为此,结合三棱钻杆、螺旋钻杆及宽叶片钻杆的优点,研制了在松软煤层钻孔施工中更具有优势的三棱螺旋钻杆,并通过现场试验验证了钻杆的使用效果。