钻孔定向钻探技术探讨

山东肥城查庄矿输料孔需要钻穿深度380 m处的一条巷道,进入深度420 m处的巷道。按常规钻进,应将钻孔位置放在两条水平投影重叠部分的中心点对应的地面位置,但由于地面位障碍物的限制,无法施工直孔。为达到钻孔目的,采用定向钻探技术施工定向孔。经过定向孔设计,选择导斜工具、导斜钻头、测斜及定向仪器、导斜参数计算、定向钻进工艺实施、稳斜钻进等钻探工艺的落实,钻孔按照设计在深度380 m处钻入上部巷道,并在深度420 m处进入下部巷道,准确进入靶区,达到施工目的。     

定向钻进技术在马兰煤矿巷道掘进的应用

定向钻进技术可用于煤矿井下深孔顺层钻进,为解决工作面瓦斯和巷道掘进瓦斯预抽问题,马兰矿区采用ZDY12000LD型定向钻机及其配套设备,施工长距离本煤层钻孔。在18506底抽巷钻场累计施工1个定向钻孔,2个分支孔,总进尺1263m其中主孔孔深810m,1~#分支孔深606m,2~#分支孔深252m,岩层单班最大进尺42m钻孔施工满足设计的要求,主孔为目前西山矿务局最深钻孔。施工过程中采用"定向+复合"钻进技术先后克服泥岩地层易缩径卡钻、动压影响破碎易塌孔、窜孔不返水不返渣等问题,为马兰矿施工高位定向长钻孔奠定了技术基础。     

ZDY4000LD(A)型中深孔定向钻进装备在成庄矿的应用

针对整体布局式定向钻进装备在中小型巷道施工定向钻孔存在的问题,结合此类矿井煤层气抽放钻孔存在钻孔深度较浅和抽采率较低等难题,提出了采用分体布局形式的ZDY4000LD(A)中深孔定向钻进装备进行钻孔轨迹精确可控的瓦斯抽放钻孔施工方式。在晋煤集团成庄煤矿进行了现场试验,2个试验区域共完成6个定向瓦斯抽采钻孔施工,单孔最深孔深450 m,分支总数45个,累计进尺3 639 m,试验总进尺14 280 m。现场试验验证了ZDY4000LD(A)中深孔定向钻进装备性能可靠,能力适中,工艺适应性强,搬迁灵活的特点,对于提高中深孔定向钻进综合施工效率具有显著作用。     

定向钻进技术在底板水害超前探查中的应用#br# #br#

为保障顾北煤矿底板巷道安全、高效掘进,需施工钻孔对巷道两帮一定范围内的底板灰岩进行超前探查。以TD2-1和TD2-2定向钻孔为例,根据钻遇地质条件,分析并优化了超前探查定向钻孔施工工艺技术,并以同一区域常规前探孔作为比较对象,对采用定向钻进技术进行超前水害探查的施工效果进行比较分析。结果表明,为掩护600m巷道掘进,相较于常规前探孔,定向钻孔工程量和辅助掘进工程量减少约4/5,探查钻孔施工工期减少约2/3,有效探查进尺占比提高2.7～3倍,达到92%以上,降本增效显著,证明了采用定向钻进技术进行底板水害超前探查的可行性和优越性。     

定向钻进技术在底板水害超前探查中的应用

为保障顾北煤矿底板巷道安全、高效掘进,需施工钻孔对巷道两帮一定范围内的底板灰岩进行超前探查。以TD2-1和TD2-2定向钻孔为例,根据钻遇地质条件,分析并优化了超前探查定向钻孔施工工艺技术,并以同一区域常规前探孔作为比较对象,对采用定向钻进技术进行超前水害探查的施工效果进行比较分析。结果表明,为掩护600m巷道掘进,相较于常规前探孔,定向钻孔工程量和辅助掘进工程量减少约4/5,探查钻孔施工工期减少约2/3,有效探查进尺占比提高2.7～3倍,达到92%以上,降本增效显著,证明了采用定向钻进技术进行底板水害超前探查的可行性和优越性。     

煤矿岩石巷道中深孔聚能爆破新技术研究

针对煤矿岩石巷道掘进中"循环进尺"和"巷道成型"两个关键问题进行研究。以超前探孔做为直眼掏槽的中间空孔,实现"一孔双用",采用稳定组合钻具定向保直钻进三次成孔工艺,单孔三圈桶形直眼掏槽方式,在孔长60 m、孔径193 mm条件下,中深孔爆破循环进度可达到2.4 m。对普通光爆与聚能爆破机理进行分析,确定聚能被筒定向断裂方式,被筒内管为乳化药卷,外侧被敷两侧开缝的PVC管,通过聚能缝的导压作用实现巷道周边双向聚能定向断裂。工业试验表明,中深孔聚能爆破新技术能够实现巷道成型质量好、循环进尺高。该成套技术是岩巷钻爆法施工的一次革新,可在我国煤矿岩巷钻爆法施工中推广使用。     

巷道掘进期间富水区域探查定向钻进技术及围岩改造技术应用

充分利用煤矿井下定向钻进工艺技术的优点,在煤矿井下工作面巷道掘进期间超前施工定向钻孔,对巷道掘进区域煤层顶板含水层富水异常区进行探查和注浆治理,形成长距离掩护式定向钻孔探放水及巷道围岩改造技术。对定向钻孔成孔工艺技术、探放水孔封孔工艺技术、注浆孔注浆工艺技术和施工方法进行了介绍,并成功地在麦垛山煤矿进行了现场应用,取得良好的效果。     

ZYWL-6000DS型定向钻机在采空区水治理中的应用

为了探放7301工作面采空区内积水,消除水害威胁,防止7303工作面材料巷道掘进期间发生透水事故,采用定向钻进技术施工2个钻孔。定向钻孔按预期设计轨迹进行钻进,精确探测了采空区积水位置,并进行了分层位有序放水,其中1#孔钻进至积水区水位中部,透水后出水量约120 m ^3/h;2#孔钻进至积水区水位底部,透水后出水量约100 m^ 3/h,有效解决了采空区水灾害。     

亭南煤矿工作面定向长钻孔“区域预抽+卸压防冲”可行性分析北大核心

针对亭南煤矿在402工作面回采前利用普通钻机施工卸压钻孔过程中存在钻孔施工成本高、施工周期长、钻孔偏斜造成该区域抽采钻孔漏风、抽采负压减小、同时多道工序施工之间相互干扰影响巷道掘进效率等问题,通过数值模拟,利用定向钻机采用φ120 mm的定向长钻孔抽采工作面回采区域内瓦斯,采用φ150 mm的定向长钻孔对工作面回采巷道迎头和巷帮进行大直径钻孔卸压,对比分析了定向长钻孔超前迎头500 m与卸压孔超前迎头30 m施工后,超前迎头应力峰值位置、应力集中区分布范围、应力降低区分布范围、塑性区分布范围等的分布特征。结果表明:定向长钻孔卸压后的应力峰值基本分布于距巷帮2.5 m左右,且高应力集中区主要分布在距巷帮2~5 m范围,在此范围内补打定向长钻孔卸压后,应力峰值向煤体深部转移,应力集中范围减小,卸压范围增大,具有更好的卸压效果。     

厚煤层顶板定向钻孔技术研究与应用

保德煤矿三盘区深部大巷延伸为全煤巷道,区域煤层厚度7.4m以上,巷道沿煤层底板掘进,巷道高度3.8m。通过在三盘区深部大巷延伸区域沿8#煤层顶板施工下行定向长钻孔对掘进区域进行超前预抽,大幅降低了掘进区域瓦斯压力和瓦斯含量;巷道掘进形成自由空间从而产生微裂松动区,进而增加了围岩的透气性,在巷道掘进期间顶板煤层定向钻孔作为煤层顶板高抽孔抽放,降低了掘进工作面瓦斯涌出量并解决了巷道层流问题。通过采取厚煤层顶板定向钻孔技术,掘进工作面瓦斯问题得到了合理解决。     

矾山磷矿切割井中深孔一次成井爆破技术

矿山中一次爆破成井技术,施工速度快,人工成本低,施工环境安全,成井效率高。在矾山磷矿437m、449m、461m分段施工6条切割井,结合巷道围岩层状结构的状况,设计了爆破孔与空孔相结合的爆破方案,并根据巷道爆破危害控制要求,对炸药量进行了验证。爆破效果显示,该方案具有成井速度快,施工安全高效等优点。     

井下定向钻进技术在矿井老窑水治理中的应用

针对神华宁夏煤业集团公司石炭井焦煤分公司一号井老窑水对二号井安全开采造成的安全隐患问题,通过分析一号井与二号井的边界关系、水力联系,以及现场地质、施工条件,应用具有先进定向功能的井下定向钻进技术,自二号井向一号井上组煤回风上山实施了7个长距离定向钻孔,4个钻孔施工至巷道内且成孔后单孔初始涌水量达到80~130 m3/h,水头压力达到1.8 MPa,疏放水190d后一号井老窑水水头高度下降了6 m。最后针对钻孔与巷道贯通时采空区内淤泥瞬间涌出,造成卡钻、水头压力高导致钻孔施工安全隐患等问题,提出具体的技术解决方案。     

龙羊峡水电站左岸坝肩尾工超深定向排水孔施工控制技术

龙羊峡水电站左岸坝肩尾工4个孔径130 mm、孔深80 m超深倾斜定向排水孔工程,从坝肩EL2610全部钻通至EL2530排水廊道(2 m×2.5 m)理论设计终孔点。采用瑞典Atlas-A32型潜孔钻机施工。针对该钻机钻具偏垂度3%的困难(同时也验证了其偏垂度3%的科学性),从技术参数控制和施工工艺控制上克服了潜孔钻施工超深定向孔偏垂度过大的技术"瓶颈",总结出了瑞典进口Atlas系列潜孔钻机冲击回转钻具施工超深定向孔的技术成果,为国内不同行业同系列Atlas系列钻机施工超深定向孔提供了参考依据。     

ZYWL-4500D低开孔全方位定向钻机设计

针对国内一些煤矿巷道断面小、通过能力差的现状,研制了ZYWL-4500D型低开孔全方位定向钻机,该机设计有全方位调姿机构,并集成了泥浆泵系统,能够不移机实现巷道全断面与工作面的定向钻孔施工。能够实现狭窄巷道中本煤层低位定向钻孔或狭窄底抽巷中任意倾角的定向钻孔施工,应用前景极为广阔。     

煤矿井下小型多方位定向钻机的设计

针对现有定向钻机不能实现在狭窄巷道多方位、大倾角施工钻孔,难以适应中小煤矿小巷道断面定向钻孔施工的技术要求,基于中小型煤矿狭窄巷道的运输、施工条件,设计了一种适合狭窄巷道的小型多方位定向钻机,钻进深度达500 m,外形尺寸3 340 mm×1 150 mm×1 650 mm,能够较好地满足小巷道断面对定向钻进设备的技术要求,实现在巷道内多方位、大倾角定向钻孔的施工。     

煤矿井下精确定向探放水技术

针对传统煤矿井顶板、采空区的探放水孔距离短、精度低易造成探测盲区等难题,以煤矿井下螺杆马达造斜定向钻技术为基础,开展定向探放水孔开孔及孔口装置安装、定向探放水钻钻进、终孔排水等技术研究,形成了一套煤矿井下精确定向探放水施工方法,可精确控制长定向钻孔轨迹的命中探测区域、一孔多分支孔增加探测区域,实现对采空区积水、富水层中水有效排放。利用其技术在宁煤石炭井顺利施工采空区放水孔7个,共排水300万m3,在中煤母杜柴登矿施工富水层探水孔3个,最大孔深708 m,实例表明本技术可以施工钻孔深度700 m以上的探放水孔,提高钻孔探放水范围和精度,有效保障煤矿生产安全。     

复杂顶板高位定向长钻孔钻完孔技术

针对亭南煤矿顶板高位定向钻孔施工存在的开孔段地层破碎、定向孔段泥岩缩颈、两级扩孔效率低和瓦斯抽采通道易堵塞等问题,提出了复杂顶板高位定向长钻孔钻完孔技术;集成了大直径套管护孔、缩颈地层扩孔、双级双速一次扩孔和钢筛管完孔等关键技术,配套了大功率定向钻机、泥浆泵车、随钻测量装置、液动螺杆钻具和双级双速扩孔螺杆钻具等钻进装备。在亭南煤矿3410工作面钻场进行了现场应用,顺利施工了2个顶板高位定向钻孔,成孔深度分别为511、610 m,孔径?200 mm,单班扩孔进尺在60 m以上,全孔下入?89 mm护孔钢筛管,钻进过程安全高效,为复杂顶板高位定向钻孔施工提供了一种新的技术途径。     

ZYWL-6000D型定向钻机钻孔施工试验

为了提高煤矿井下瓦斯抽采钻孔的施工深度和瓦斯抽采效果,研制出国内大多数煤矿适用的ZYWL-6000D型定向钻机装备,对其技术原理进行说明并给出了主要技术参数。利用此钻机在寺河煤矿进行定向钻进试验,期间共施工完成主孔10个,其中主孔深度超过1 000 m的钻孔4个,最深孔达1 017 m,侧钻开分支孔56个,最深分支孔240 m,钻孔累计总进尺达11 000余m,有效地检验了ZYWL-6000D定向钻机整套装备的性能。     

煤层顶板高位定向钻孔施工技术与发展趋势

基于采空区顶板竖"三带"与横"三区"理论,分析了顶板高位定向长钻孔技术瓦斯抽采基本原理与优势,总结归纳了"定向先导孔+扩孔"施工工艺的技术特点,介绍了施工装备系统组成。利用该成孔技术与装备在陕西彬长集团文家坡煤矿4101工作面进行了现场试验,完成顶板高位定向长钻孔2个,累计钻孔进尺1 221 m,单孔主孔深度超过480 m。同时,针对现有顶板高位定向钻孔施工技术存在的问题,提出引入液动冲击辅助碎岩扩孔钻进技术与大直径孔定向钻进技术,进一步增大钻孔终孔直径,提升钻孔施工效率,保证钻孔施工安全。     

定向钻进技术在张集煤矿掩护巷道掘进探放水中的应用

定向钻进技术是煤矿井下深孔顺层钻进的有效手段。张集煤矿为了保证巷道掘进安全,引进该技术进行设计运输巷底部灰岩顺层探放水钻孔施工,保护范围覆盖设计巷道左侧和右侧40 m,设计钻孔3个。通过现场应用,完成1#钻孔孔深518 m,1-1#钻孔孔深483 m,2#钻孔孔深558 m,未见地层出水,成功实现了掩护巷道掘进探放水目的,并总结出"钻进岩性变化、地质资料判断、钻进方向指导、地质资料修正"探索式循环渐进钻进方法、"定向+复合"控层钻进方法和硬质岩层低速磨削开分支技巧等实践经验。张集煤矿使用顺层定向长钻孔替代了普通探放水钻孔,成为该矿掩护巷道掘进探放水钻孔施工的新技术。