煤矿井下水平定向钻进钻具组合的选择与优化

 煤矿井下近水平定向钻进技术在解决采煤瓦斯、掘进涌水以及地质异常体等方面,为煤矿的高效开采起到直接的促进作用。本文分析了煤矿井下近水平定向钻进的主要影响因素,阐述了稳定组合钻具和螺杆钻具的性能和应用状况,在对这两种定向钻进常用的钻具组合优缺点进行分析对比的基础上,提出井下定向钻进的最佳组合和发展趋势。可作为煤矿井下采用定向钻进技术,优选钻具组合提供依据。     

直径73 mm弯外管螺杆钻具近水平定向钻进试验

为了确定弯外管螺杆钻具在煤矿井下近水平定向钻进的效果,在对()73 mm弯外管螺杆钻具的结构特征和现场试验的基本状况进行分析的基础上,通过对试验数据归纳研究,得出弯外管螺杆钻具近水平定向钻进轨迹为一条不规则的螺旋曲线、在煤层轨迹变化比顶板岩层快、钻孔降斜趋势比增斜趋势明显、反扭矩力导致工具面向角有左偏趋势、复合钻进钻孔轨迹下斜较快等定向效果,为煤矿井下定向钻进使用和选配螺杆钻具提供参考依据.     

煤矿井下定向钻进螺杆钻具力学分析

单弯螺杆钻具是实现煤矿井下近水平定向钻进的重要工具之一。文章采用纵横弯曲法对煤矿井下单弯螺杆钻具进行受力和变形分析,阐述了变斜力和变方位力与钻压、第一跨梁长度、钻孔曲率、结构弯角及工具面向角等因素的关系。此外,通过对螺杆钻具的扭矩、轴向荷载和离心力的分析,有助于全面了解螺杆钻具的工作状况,对正确使用和维护钻具、保证定向钻进施工的顺利进行具有重要意义。     

煤矿用螺杆钻具试验台研制

试验台的建立具有模拟螺杆钻具实际工况并完成对螺杆钻具的工作性能进行检测的功能。为煤矿用小直径螺杆钻具的生产、应用技术的发展提供了必要的检测手段,从而为进一步促进我国煤矿井下定向钻进技术、钻进装备的技术水平提升奠定了基础。     

硬岩定向钻进螺杆钻具性能分析及应用

螺杆钻具是煤矿井下定向钻进的主要孔内动力钻具。针对在硬质岩层定向钻进中的工艺匹配和工艺参数优化问题,以某型螺杆钻具为例,分析了螺杆钻具的理论特性和测试工作特性。从硬岩钻进的特点出发,讨论了岩石荷载与钻速的关系,给出了螺杆钻具在硬岩中钻进的工艺参数设计方法。通过在淮南某矿的应用,阐明了工艺参数优化的过程,总结出了螺杆钻具在实际工作状态下给进力和压降的关系。     

矿用小直径等壁厚螺杆马达的研究与应用

针对煤矿井下直径73mm规格定向钻具组合孔底回转切削动力小、岩层滑动定向钻进效率低的难题,对矿用小直径等壁厚螺杆马达进行了研究。综合分析等壁厚螺杆马达技术发展与煤矿井下近水平定向钻进工况特点,研制了矿用Φ73mm等壁厚螺杆马达,并与常规螺杆马达进行了性能对比测试,在煤矿井下底板岩层定向孔中进行了实钻应用。结果表明:矿用小直径等壁厚螺杆马达的额定扭矩较同规格常规螺杆马达可提高1倍左右,相同岩层条件下,滑动定向钻进的机械效率可提高30%以上。小直径等壁厚螺杆马达为提高煤矿井下岩层孔滑动定向钻进效率提供了新的手段。     

煤矿用带扶正器螺杆钻具造斜规律试验研究

为了得到煤矿井下定向钻进用带扶正器螺杆钻具的造斜规律,在同一地层中试验了常规带衬垫螺杆钻具和相同弯角下的带ф114 mm扶正器螺杆钻具造斜效果。试验结果表明:在相同工具面向角时,带扶正器马达比带衬垫马达降倾角造斜强度小、增倾角造斜强度大、增减方位造斜强度小;带扶正器螺杆钻具连续增方位时方位角存在突变现象,复合钻进时具备自增斜功能。     

螺杆钻具组合三维力学特性分析及应用

用螺杆钻具组合实施煤矿工程孔定向钻进时,钻头侧向力是其主要力学特性。建立了适用于上弯式螺杆钻具组合和下弯式螺杆钻具组合的三维小挠度静力学分析数学模型,并对影响上弯式螺杆钻具侧向力的主要参数(钻压、顶角、弯接头角度、装置角等)作了定量分析;对比分析了上弯式和下弯式螺杆钻具组合的造斜能力。分析所得的螺杆钻具组合主要力学特性结果,对煤矿工程孔定向钻进设计和施工具有一定的参考价值和指导意义。     

套铣打捞技术在矿井钻具断裂事故中的应用

随着煤矿井下定向钻进技术的推广,由塌孔引起的卡钻、埋钻等孔内事故也逐渐增多。对煤矿井下卡钻、埋钻等造成的钻具断裂事故的处理,目前使用较多的方法是套铣处理和公锥打捞。基于套铣打捞钻具的工艺原理,结合晋煤集团成庄矿53074和53072 2个钻场的事故情况,对事故原因进行了分析,介绍了整个套铣打捞的全部过程,均实现了螺杆钻具的成功打捞。     

空气螺杆钻具在碎软煤层定向钻进中的应用分析

空气螺杆钻具作为关键的欠平衡钻井工具在油气钻井中得到广泛应用。针对煤矿井下碎软煤层高效成孔的钻进难题,提出引入空气螺杆钻具破解碎软煤层定向钻孔施工难题。结合贵州省青龙煤矿实际生产需要,采用空气螺杆钻具施工完成7个主孔、2个主分支孔,孔深300m以上,钻孔成孔率达到89%,累计进尺3929m,钻孔轨迹可控、煤层钻遇率高、钻进速度快、排渣效率高、孔口除尘效果好,单孔最大瓦斯抽采纯量为2.5m3/min、浓度达到67.5%,单孔最大瓦斯抽采量达到3500m3/d,取得了良好效果。研究结果可为煤矿碎软煤层瓦斯抽采与治理提供借鉴。     

郑州煤矿区井下水文观测孔施工技术

郑州地区煤矿水文观测孔以前均在地面施工,由于施工和维护成本较高,近年来逐渐推广在井下施工。2013年国家煤矿安全监察局将《高压水探放技术与装备》列入《水害防治关键技术与装备研究课题》。随着井下钻探技术和装备日趋成熟,特别是井下专用探放水钻机、孔口防喷装置、松软破碎地层跟管钻进技术、硬岩层高效定向钻进技术等方面的难题相继被攻克,煤矿井下钻探已实现了安全型作业。针对井下钻探施工的特殊性,主要从水文观测孔施工难点和解决方法进行了详细阐述,包括设备选型、钻孔定位、破碎地层潜孔锤跟管钻进、固井和井控防喷以及成孔后酸化洗井等方面。     

煤矿井下定向钻进新技术

通过调查煤矿井下现有定向钻进的技术现状以及石油钻井领域的一些新技术,论述了煤矿井下定向钻进的新技术和发展趋势,包括测量钻头位置的随钻测量系统、提供钻头动力的孔底马达以及全新的旋转导向钻进系统等先进技术。其中,随钻测量系统的关键技术是在保证钻杆强度的前提下钻杆本体的密封以及钻杆内永久电缆联接处的密封;孔底马达重点要解决定子和轴承的寿命问题。随钻测量系统与孔底马达在国内煤矿已有初步应用,但仍需发展完善;旋转导向系统在煤矿井下的应用将是一个主要的发展方向。     

ZDY12000全液压煤矿用履带式坑道钻机研制

本文介绍了ZDY12000全液压煤矿用履带车牵引式坑道钻机.从坑道钻机的适用性出发,提出了履带车牵引钻机组合的新思路.     

钻杆推力法预测冲击地压的实验研究

为准确预测预报矿井冲击地压,采用钻杆推力法来判断煤矿冲击地压危险性。通过建立钻进煤层过程中钻杆的动力学模型,得出钻杆推力与煤体应力的关系,利用自主研制的钻杆推力实验测试系统,在实验室测试了不同煤体应力下推力值的变化规律。实验结果表明:随着钻进深度的增加,推力值呈现先增大然后稳定再逐渐减小的规律;在相同钻机及钻具条件下,在矿井下进行原位钻孔实验,分析实验数据发现,钻杆推力与煤体应力、钻屑量有较好的对应关系,充分证明了利用钻杆推力预测冲击危险性的可行性。研究结果为煤矿冲击地压等动力灾害的预测预报和危险区域的判定提供了一种方法,可作为预测冲击危险性的参考性指标。     

煤矿井下智能钻具管理系统的研究与设计

在井下钻杆生产与使用、智能管理领域,井下操作人员不能及时掌握钻具使用情况、进尺、寿命等关键性信息,对寿命临尽的钻杆不能进行及时淘汰、更换新钻具的提醒。因此提出煤矿井下智能钻具管理系统,该系统可实现钻具的生产信息、生命周期追踪、钻进尺度测量,可适用于井下钻具的智能信息化管理。最后试验验证了该系统具有高可靠性、数据精确等特点,具有广阔的市场应用前景。     

液压马达钻机施工顺层钻孔试验

针对高瓦斯及突出煤层顺层瓦斯抽放钻孔施工困难的问题,寻求一种新的钻孔施工技术。通过对煤矿井下煤层地质条件的分析,对孔底液压马达驱动钻头旋转结合水射流破煤的钻孔技术进行了试验研究。试验表明:该钻孔工艺技术有利于充分利用水力能量,降低钻杆磨损,减少了钻杆折断的概率;新型PDC钻头能更好地与煤层相适应,大幅度地提高了破煤效率,提高了钻进速度。     

矿用钻孔深度声波测量装置设计与应用

针对目前煤矿井下钻孔施工的质量验收,主要依靠退钻时人工数钻杆的方式计量钻孔深度,效率低且人为因素大的问题,通过研究基于钻杆柱中声波反射原理设计了便携式钻孔深度测量装置,利用声波在钻杆柱中的传播的速度和声波在钻杆柱中往返传播一个周期的时间计算出钻孔中钻杆柱的长度,确定钻孔深度。设计的矿用钻孔深度测量装置主要由3部分组成:激震源、探头和主机,关键的数据处理和人机交互等功能通过主机的软硬件实现。在大佛寺煤矿和寺河煤矿进行的现场试验,验证了该装置的测量深度大于200 m,最大误差不超过10 m,能够满足煤矿井下孔深测量的迫切需要。     

中心通缆钻杆及其在煤矿井下定向钻进中的应用

针对煤矿井下定向钻技术对钻杆的随钻测量通讯和强度要求,钻杆采用中心通缆方式,可实时传输钻孔随钻测量信号。采用高强度管材、特种螺纹丝扣结构、摩擦焊技术,可提高钻杆抗拉、压、弯、扭强度。并根据现场使用中存在的问题给出了解决方法。大佛寺煤矿随钻测量应用实例说明中心通缆钻杆满足最大孔深1200 m的随钻测量通讯和钻杆强度要求,朱仙庄梳状孔应用实例说明中心通缆钻杆满足最小弯曲半径54 m定向孔施工,哈沙图煤矿定向钻孔应用实例说明中心通缆钻杆满足急倾斜58°煤层定向孔施工。     

某地下金属矿山生产能力与采矿凿岩作业的关系研究

地下金属矿山生产能力和采矿凿岩作业关系密切相关。为了提高矿山生产能力,进而提高矿山经济效益,对影响矿山生产能力的凿岩作业效率、凿岩作业精度、凿岩作业深度、爆破作业后的爆破效果等相关问题进行研究,分析了矿山在使用YGZ90钻机、QZG80A潜孔钻机、采矿凿岩台车过程中遇到的问题和各自的优缺点,针对不同岩性、不同深度钻孔在凿岩作业过程中各自的作业特点,通过现场试验获取了相关试验数据,对试验数据进行对比分析,得出影响地下矿山采矿生产能力的关键因素主要有爆破方式、生产设备(凿岩设备)、提升运输方式等;提出了解决制约这些因素的方法或加以改进的有效路径,最终得到提升矿山生产能力的有效途径是改进凿岩设备,使矿山生产能力大幅度提升,达到了提高矿山经济效益的目的。