煤层气车载钻机动力头的研制及应用

为满足地面煤层气抽采孔、电缆孔和矿山地面救援孔的施工需要,研制了一款适用于煤层气车载钻机的多功能动力头。该动力头采用双速液压马达一级齿轮减速驱动主轴回转,结构紧凑、传动效率高、主轴通径大、转速扭矩调节范围广且具有主轴制动功能,可适用于空气潜孔锤、气举反循环和定向钻进等多种钻探工艺。现场试验表明,该动力头能力大,效率高,功能全且易操作,为高效安全钻井施工提供设备保障。     

大直径钻孔用煤矿车载钻机研制及应用

为满足地面电缆孔和矿山地面救援孔等大直径深孔钻进的施工需要,对现有MDY-60型车载钻机结构进行分析研究,针对大直径深孔钻进对车载钻机的功能性要求,设计了大转矩回转器总成、大转矩卸扣装置和大开口孔口装置,最终形成了MDY-60A新型钻机及配套装置,并完成了性能测试及工业性试验。试验结果表明,改型后的钻机转矩大,上、卸扣效率高,孔口大直径钻具通过性好,可适用于空气潜孔锤钻进、气举反循环钻进和定向钻进等多种钻探工艺,为高效安全钻孔施工提供了设备保障。     

旋挖钻机在深厚卵砾石层超深大直径桩的应用

在桥梁超深大直径钻孔灌注桩施工中,国内通常采用大扭矩全液压回转钻机配备滚刀钻头钻进成孔,气举反循环排渣清孔。但对于深厚卵石地层,回转钻机钻进时需要破碎卵石,存在着钻进效率低、施工成本高、钻杆易堵塞、卵石层漏浆易坍塌等不足。本文针对深厚卵石层回转钻机施工中存在的不足,选用旋挖钻机钻孔,利用膨润土泥浆护壁,针对卵石层漏浆采取了可靠堵漏措施,通过气举反循环两次清孔,确保了孔底沉渣厚度,施工效率大幅提高,施工工期大为缩短,节约了施工成本,确保了桩基质量。     

顶板裂隙带以孔代巷定向钻进技术的研究

为了解决回采工作面上隅角瓦斯超限问题,对顶板大直径长钻孔装备及钻进工艺进行详细研究。首先,从大扭矩大推进钻机、双泵大流量高压泥浆泵车、大直径高强度复合定向钻具和大直径高位定向钻进工艺等主要方面研究了顶板大直径长钻孔装备;然后,在具有代表性的双柳煤矿进行裂隙孔现场试验,对顶板大直径长钻孔钻进关键工艺技术进行了分析探讨和总结;最终通过回采工作面上隅角瓦斯抽采情况进行了验证,形成了一套顶板大直径长钻孔钻进工艺方法。     

ZYWL-13000DS大功率定向钻机研制与应用

常规定向钻机主要用于近水平顺煤层钻孔施工,回转转矩一般为3 000~6 000 N·m,一次成孔直径为96 mm。针对常规定向钻机转矩小、成孔直径小、不能完全满足煤层顶板高位定向钻孔的施工要求等问题,研制了适用于大直径高位定向钻孔施工的大功率定向钻机。通过研制大转矩动力头、大起拔力给进机构、高强度外平内墩粗定向钻杆、大流量泥浆泵车,大大提高了定向钻机在大直径高位定向钻孔施工过程中抱钻、卡钻等事故的处理能力,提高了定向钻机的地层适应性。进行了高位大直径定向钻孔试验,在试验过程中,首次尝试了扩孔开分支法,并成功完成分支孔钻进。针对扩孔时无法进入原钻孔的问题,设计了带导向作用的双极扩孔钻头。     

空气潜孔锤与风冷牙轮组合钻进在穿采空区大直径抽水孔中的应用

在穿多层采空区大直径抽水孔施工中,通过引入空气潜孔锤与风冷牙轮组合钻进工艺,解决了常规泥浆回转钻进钻遇多层采空区因孔内漏失无法成孔、空气潜孔锤钻进成孔孔径受限的问题。采用该工艺完成的2个(?)550mm抽水井工程均穿越4层采空区,(?)350 mm潜孔锤冲击钻进平均钻速3.31 m/h,(?)550 mm风冷牙轮扩孔钻进平均钻速2.27 m/h,在复杂地层中保持了较高的钻进效率,取得了明显的应用效果。介绍了该工艺在大同矿区(?)550mm大直径抽水井工程中的应用实例,经过实践验证了工艺的可行性,可为类似钻孔的施工提供参考。     

采空区瓦斯抽采高位钻孔施工技术及发展趋势

为了解决采用专用巷道和埋管法抽采工作面采空区瓦斯存在的施工成本高、效率低等问题,基于顶板高位钻孔抽采采空区和上隅角瓦斯抽采技术原理,提出由预抽钻孔和高位钻孔构建的煤与瓦斯共采体系,分析了现有回转钻进技术和滑动定向钻进技术施工高位钻孔的优点和不足,介绍了最新开发的复合定向及大直径回转扩孔钻进技术方法与试验应用情况,高位定向钻孔成孔深度达到1 026 m,成孔直径达到153 mm;同时针对当前高位定向钻孔存在的一次成孔直径小、二次回转扩孔速度慢、裸孔完孔易堵塞瓦斯抽采通道等问题,提出大直径一次成孔技术、复合扩孔钻进技术和筛管完孔技术的发展趋势,以进一步提高高位定向钻孔的一次成孔直径、钻进效率、钻孔深度和钻孔利用时间,降低施工风险,提高高位钻孔经济性和瓦斯抽采效果。     

特殊工艺技术在瓦斯压力测试钻孔施工中的实践

针对瓦斯压力测试钻孔施工过程中出现塌孔埋钻、钻孔缩径快及无法排出孔内岩粉积水等问题,通过改进钻探施工工艺,采用泥浆钻进、多次高压注浆加固、扫孔、预留沉淀段及使用提水器等施工工艺,顺利完成瓦斯压力测试钻孔的施工和压力测试装置的安装。     

孜拉山1888 m无垂深超长水平孔钻进关键技术

西藏昌都孜拉山隧道勘察水平孔设计深度1500 m,实际完钻深度1888.88 m。钻进过程中强风化破碎带地层孔壁易坍塌,硬岩地层超长水平孔钻孔轨迹控制难度大,绳索取心岩心管和打捞器推送困难,提下钻阻力大、回转扭矩大、钻具磨损严重,局部地层涌水、冲洗液漏失频发,严重影响成孔质量、施工效率和施工成本。分析了无垂深水平孔钻进过程中破碎地层孔壁失稳、钻孔轨迹偏移、钻进扭矩大、钻具磨损严重等问题产生的原因,给出了实钻过程中的解决方案和处理措施,顺利完成钻孔施工任务,积累了无垂深水平孔绳索取心钻进复杂问题处理措施和经验。     

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。     

FGC－15型大直径单头潜孔锤钻具系统研制

大直径单头潜孔锤与三通道气水龙头、主动钻杆、王通道钻杆、加重导正器等配套，可实现大直径潜孔锤碎岩钻进、泵吸反循环排渣、泥浆护壁、压气闭路循环等相结合的先进钻进工艺，是解决大直径硬质基岩及卵砾石钻进的有效机具。文中介绍了钻具研制过程及设计内容。     

大直径大功率定向钻机的研制

目前瓦斯抽采钻孔工艺向大直径、长钻孔、定向钻孔施工发展。针对现有定向钻孔技术及装备形成的钻孔直径较小、需进行二次扩孔、施工工艺与配套钻具复杂,基于大直径长钻孔定向施工工艺的发展,研制了一种适合大中型矿井进行大直径长钻孔施工的定向钻孔装备,其单位质量输出功率大、成孔能力强、结构紧凑,适合大中型煤矿的大直径长钻孔瓦斯抽采钻孔施工。     

基于ABAQUS的救援车载钻机动力头设计与优化

从地面施工大口径救援孔是井工矿发生矿难进行应急救援的重要手段。以救援车载钻机执行机构中的核心部件动力头为研究对象,针对车载钻机动力头主机回转扭矩与提升力较大、可靠性要求高的特点,设计了由回转器、旋转头以及拖板三大主要部件组成的动力头,旋转头可相对回转器独立旋转,满足钻机起下钻要求。设计完成后,采用数值模拟软件ABAQUS按照实际工况对钻机关键部件进行了有限元分析,并根据分析结果对部件结构进行了有针对性的优化,优化后的结果满足使用需求。     

金华山煤矿大口径瓦斯抽排孔施工技术

为了减少煤矿瓦斯的危害以及对其综合利用,国家鼓励并大力支持大口径瓦斯抽排孔项目的建设。陕西铜川金华山煤矿一口大口径瓦斯抽排孔,孔径850 mm,终孔深度401.6 m。从钻进方法、钻具级配、钻进技术参数、冲洗液、圆孔、溜孔、井底护管安装固结、充填循环泥浆、下管、固管、透孔放水等方面详细地介绍了大口径瓦斯抽排孔小径透巷后的特殊施工工艺和相关的技术措施。     

井下大功率定向钻进装备在复杂地层中的应用

为了提高大直径定向钻孔在复杂地层中的施工效率,通过对大阳煤矿3404回采工作面顶板大直径定向钻孔施工的分析,结合垮落带、裂隙带经验公式,给出了确定布孔层位的方法,提出了分层分支孔法设计钻孔的方法。试验结果表明,分层分支孔减少了下向孔段的长度,排渣效果好,钻孔施工效率提高了10%。     

定向导孔全角变化率对大直径反井钻具扫孔影响研究

定向反井钻井施工时,首先使用定向钻机钻进先导孔并实现钻孔轨迹控制,随后使用反井钻机扫孔扩大先导孔。但由于先导孔存在偏斜,导孔轨迹的全角变化率会对大直径钻具的扫孔产生较大影响。通过弯曲应力理论分析,建立先导孔轨迹全角变化率与大直径反井钻具之间的关系|通过先导孔偏斜实测数据分析,建立先导孔轨迹模型|通过定向反井钻井工业性试验,研究导孔全角变化率对大直径反井钻具扫孔的影响程度。结果表明：该方法能够准确预测钻具扫孔时的状态,为保证大直径深井反井法施工过程中的钻具安全顺利扫孔提供理论与技术支撑。     

梧桐庄矿新增大口径3号排水孔施工技术

介绍了梧桐庄矿大口径排水孔钻探成井、固井施工技术。该孔设计孔深646 m,终孔直径520 mm,落点坐标水平位移≯5 m,下入重达90余吨的Φ426 mm套管646 m,水泥固井。由于钻孔直径大,垂直度要求高,施工难度大,预防钻孔超斜、确保顺利安全下入Φ426 mm套管并固井是关键。通过采用小口径先导孔钻进再扩孔成井的施工方法,并采取合理的钻具组合和泥浆,制定有效的防斜技术和下套管措施等,顺利完成了施工任务,施工质量满足设计要求。     

梧桐庄矿大直径排水孔工程钻探施工技术

介绍了梧桐庄矿区孔深646 m、终孔直径526 mm两口排水孔的钻探施工技术.该2口排水孔深度大,孔径大,垂直度要求高,地层软硬互层变化较大,易缩径,穿层钻进时易形成孔斜,施工难度大,通过采用先用小径钻进、后扩孔的施工方法,并采取合理的钻具组合和泥浆,制定有效的防斜技术措施等,顺利完成排水孔施工,施工质量满足设计要求.     

基于扭矩的安全钻进控制

扭矩是钻进过程中的一个重要参数,扭矩太小时破岩效率低而影响机械钻速,扭矩太大又可能会引发钻具事故,因此需要针对不同的钻具组合,探讨井口处钻柱及钻头扭矩计算方法。本文针对提供扭矩的顶驱或者电动钻机,阐述了钻柱井口扭矩值的计算。根据底部钻具组合中是否带螺杆钻具,提出了钻头处扭矩的计算方法。研究结果得出,在电机电压和负载电阻一定的条件下,井口钻柱的扭矩随其转速变化,一旦转速确定,则扭矩就确定。如果底部钻具组合中不带螺杆,则整个钻柱的扭矩值从井口到钻头向下逐渐递减;如果底部钻具组合中带有螺杆,则钻头扭矩就是此压力降下螺杆的输出扭矩值。螺杆的输出扭矩值与其负载压力降大小成正比,钻井液排量一定的情况下,一旦螺杆的负载压力降确定,其输出扭矩值确定。只要井口与钻头处扭矩差值不超过整个钻柱任意一处的抗扭强度,钻柱就不会发生因扭矩导致的事故。研究结果表明,本文提出的方法为科学选择顶驱或转盘转速及电机功率,合理匹配钻头和螺杆钻具等方面提供了理论指导。