煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展

煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域。经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺。结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高。     

煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展

煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域。经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺。结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高。     

区域瓦斯超前治理大功率定向钻进装备与技术

针对当前超长走向工作面区域瓦斯超前防治需求,以及常规定向钻孔孔深浅、效率低、覆盖面积不足的问题,提出采用先进的国产大功率定向钻进装备及技术进行区域瓦斯治理定向长钻孔施工。形成基于ZDY12000LD定向钻机、BLY390/12泵车、随钻测量系统及复合定向钻进工艺的完整配套装备及技术。通过现场试验表明,完成6个定向长钻孔主孔及7个主分支孔,最大孔深达1 521 m,孔径达到φ120 mm,平均成孔周期8.85 d,平均进尺211.6 m/d,相较于常规定向装备钻进速度增加30%以上,显著提高顺层定向长钻孔钻进效率,对加强煤矿区域瓦斯超前治理具有重要意义。     

薄煤层井下定向钻进技术试验研究

基于朱家店煤矿4号煤煤层薄、小构造较发育的现状,为了解0402工作面进风巷顶板的含水情况,根据朱家店煤矿超前探放水钻孔施工要求,沿掘进方向利用中煤科工集团西安研究院研制生产的ZDY6000LD钻机和配套钻具及井下随钻测量系统,通过钻孔主孔和分支孔的方式进行井下定向钻进试验,试验结果表明:薄煤层井下定向钻进技术上可行,ZDY6000LD定向钻机在该矿岩层中能很好的施工600 m以内定向钻孔,为大直径长钻孔区域瓦斯抽采钻孔的施工奠定试验基础。     

煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备现状及展望

煤矿井下近水平定向钻孔可实现超前、区域、精准灾害防治与瓦斯抽采利用,在煤矿地质保障中发挥着重要作用。系统介绍了国内外煤矿井下随钻测量定向钻进技术发展历程与应用现状,对国内定向钻进装备中的钻机、泥浆泵车、防爆型随钻测量系统、包括中心通缆钻杆、螺杆马达和钻头在内的配套钻具、包括滑动定向钻进和复合定向钻进在内的定向钻进工艺技术与套铣打捞工艺技术等关键技术和装备进行了简要分析和总结,对小体积防爆型随钻测量系统中的有线随钻测量系统、泥浆脉冲无线随钻测量系统、电磁波无线随钻测量系统和地质导向随钻测量系统的功能特点及适用性作了阐述,针对解决提高复杂顶板岩层中定向钻进成孔率、超深孔钻进施工能力和地层适应性等难题,介绍了该成套技术与装备在保德煤矿、龙王沟煤矿和顾桥煤矿进行顺煤层超深定向钻孔和复杂顶板高位定向钻孔的典型现场应用案例。基于成套技术与装备发展现状和现场应用,展望了煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备的发展方向和趋势,指出装备的自动化、信息化和智能化将成为技术攻关的方向与现场重点需求,高效快速钻进的旋转导向钻进系统和大直径定向钻孔将得到现场实践验证。     

煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术与装备

在介绍国内外煤矿井下近水平定向钻进技术发展的基础上,分析和总结了定向钻机、随钻测量系统、配套钻具及定向钻进工艺的主要特点、适用范围和工艺方法.现场应用验证了煤矿井下近水平定向钻进技术在施工中具有钻进效率高、钻孔轨迹控制精度高(水平位移小于孔深的0.5％,上下位移小于孔深的0.1％)和施工可操作性强的特点.基于技术发展和现场应用现状,对煤矿井下近水平定向钻进技术与装备的发展趋势进行了展望.     

煤矿井下2570m顺煤层超深定向孔高效成孔关键技术

针对现有定向钻进技术装备不能满足超长工作面瓦斯大区域治理对井下顺煤层定向钻孔深度要求的问题,提出利用泥浆脉冲无线随钻测量系统替代有线随钻测量系统进行钻进参数测量,避免了有线随钻测量系统信号传输受通缆钻杆影响的问题;基于近水平钻孔回转钻进的"岩屑楔"理论,通过优化螺杆钻具结构及调整钻进工艺参数实现复合钻进状态下钻孔增、降、稳倾角调节,进一步提高了复合钻进进尺比例,使钻进系统压力明显降低。结合保德煤矿生产需要施工完成主孔深度2 570 m、孔径120mm的顺煤层超长定向钻孔,钻孔平均日进尺达到200 m以上,通过对该超深孔施工关键装备适应性分析可知:钻进装备稳定可靠,无线随钻测量系统信号在超深钻孔中传输稳定,复合钻进倾角控制效果良好,系统压力参数下降明显,说明该套技术装备能满足煤矿井下2 500 m顺煤层超深定向钻孔的施工要求。研究成果可为顺煤层超深定向钻孔施工和超长工作面瓦斯超前治理提供重要借鉴。     

煤矿井下泥浆脉冲无线随钻测量定向钻进技术

提出了煤矿井下泥浆脉冲无线随钻测量定向钻进技术,介绍了技术原理,分析了泥浆脉冲无线随钻测量、双动力复合定向钻进和双动力复合排渣3项关键技术,集成了泥浆脉冲无线随钻测量系统和高强度钻杆在内关键配套装备。试验结果表明:顺利完成了孔深3 353 m超长定向钻孔施工,终孔时最大泥浆泵压力仅为额定压力的43.8%;在破碎的复杂顶板中完成5个高位定向钻孔,最大成孔深度540 m,总进尺1 653 m,使用泥浆脉冲无线随钻测量系统累积测量551次,其中误码4次,综合误码率仅为0.72%,系统有效工作时间在20 d以上。     

煤矿井下定向钻进技术与装备动画制作

结合新型千米定向钻机随钻测量系统和定向钻进工艺方法,利用动画视频软件,模拟成套技术与装备在煤矿井下进行瓦斯抽放钻孔施工的主要工作流程和功能动作,力求使相关人员建立起定向钻进成套技术与装备在实际应用过程中的完整直观印象。     

ZDY6000L钻机定向化改造技术实践

为了解决寺河矿现有定向钻机数量不足问题,通过在ZDY6000L钻机上增加主轴抱紧装置和完善液压系统、配套矿用泥浆脉冲无线随钻测量系统、选配钻具,使其具备了定向钻进功能。在寺河矿进行现场试验应用,实现寺河矿400m以上区域递进式本煤层瓦斯抽采钻孔施工的定向钻进技术与装备的改造升级,提高施工效率和施工能力。     

顺煤层随钻测量定向钻进技术在金泰煤矿的应用研究

针对金泰煤矿待掘区域普通钻孔瓦斯治理存在的钻孔深度浅、轨迹不可控和抽采效率低等问题,基于煤矿井下随钻测量定向钻进技术,集成了有线随钻测量技术、双动力复合钻进技术和缓升倾角探顶技术等关键技术,配套了定向钻机、液动螺杆马达、随钻测量装置、中心通缆钻杆和定向钻头等装备,提出了顺煤层随钻测量定向钻进技术。在金泰煤矿10605运输顺槽开展了现场试验,共施工9个顺煤层定向钻孔,最大进尺232 m/d,最大孔深552 m;单孔抽采瓦斯浓度最高可达96%,单孔抽采瓦斯纯量最大可达0.66 m³/min,分别为普通钻孔6倍和20倍;主管路瓦斯抽采浓度提高到50%以上,抽采纯量提高到4 m³/min以上。应用顺煤层随钻测量定向钻进技术显著提高了本煤层瓦斯抽采效果,达到了超前掩护巷道掘进的目的,可为矿井瓦斯治理提供一种新的技术途径。     

ZDY6000LD(B)型履带式全液压钻机的研发

为满足煤矿井下瓦斯长距离抽采孔及底板注浆孔和穿层孔等多种施工方案对钻机的新要求,在分析了国外钻机的不足的基础上,通过将整套设备分为钻车和泥浆泵车两部分的整体解决方案,设计了ZDY6000LD(B)履带式全液压定向钻机,钻车和泵车可独立行走,同时钻车主机可大角度调整倾角。现场应用表明,ZDY6000LD(B)履带式全液压定向钻机狭窄巷道的适用性强、操作便捷且钻进效率高,是一款多用途煤矿井下钻孔施工设备。     

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。     

定向钻进技术与装备在顶板大直径长钻孔中的应用

针对目前综采工作面顶板钻孔成孔深度浅、钻进效率低、有效孔段少等问题,提出了采用ZDY6000LD(B)履带钻机、YHD2-1000(A)高精随钻测量系统等定向钻进装备进行顶板走向大直径定向长钻孔的成孔技术,以提高顶板长钻孔成孔精度、孔深及孔径,改善采空区瓦斯抽采效果。在某矿井进行了现场试验,完成4个顶板大直径定向长钻孔,单孔最深孔深633 m,钻孔孔径达φ133 mm,试验总进尺2 439 m,平均孔深609 m,有效抽采孔段保持在528～573 m,占总孔深的89%～92%,对于提高钻孔抽采利用率具有显著效果。     

ZDY15000LD大功率定向钻机研制

为了满足煤矿区超长工作面长距离高效区域瓦斯抽采、水害防治和隐蔽致灾因素探查需要,采用模块化的设计思路,开发了具备1 500 m钻进能力的ZDY15000LD大功率定向钻进装备。对大功率定向钻机的总体布局设计、双马达大扭矩回转器、给进装置、调角装置,具有保护功能的液压系统等关键技术进行研究,并对钻机进行了负载性能测试,性能参数达到设计要求。在兰花集团东峰煤矿和淮南矿业潘三矿进行了工业性试验,验证了钻机的技术性能,试验结果表明,大功率定向钻机钻进能力和事故处理能力强,保障了煤矿井下安全高效开采。     

水平定向钻进技术在胡底煤矿地质构造勘探中的应用

定向钻孔技术可以精确控制钻孔轨迹,可满足胡底煤矿对探明地质构造的要求。该矿采用ZDY6000LD型钻机施工4个近水平定向钻孔,精确探明主运、辅运石门的煤层走向,为抽掘采衔接提供了依据。介绍了胡底煤矿地质构造勘探定向孔的设计依据及钻进工艺。     

煤层底板超前注浆加固定向钻孔钻进技术

为提高煤矿井下煤层底板钻孔注浆加固效果,提出了采用井下随钻测量定向钻进技术施工底板注浆加固钻孔的工艺方法,对套管钻进、回转造斜钻进、定向造斜钻进及透孔钻进工艺技术及配套钻具进行了系统研究,设计了钻进工艺流程。赵固一矿现场试验结果表明,定向钻孔能实现煤层底板的超前治理,且单孔注浆量大幅提高,底板加固效果显著。     

煤矿井下近水平定向钻进中的随钻测量技术

随钻测量是煤矿井下近水平定向钻进中的关键技术之一.本文介绍了我国煤矿井下近水平定向钻进技术的发展概况及随钻测量系统的原理与构成,并对煤矿井下的定向钻进随钻测量技术的发展、应用进行了讨论和展望.     

顶板高位定向钻孔无线随钻测量定向钻进技术及应用

针对顶板高位定向钻孔钻进速度慢、钻孔直径小、扩孔效率低、钻具损坏严重等问题,提出了采用泥浆脉冲随钻测量定向钻进技术施工顶板高位定向钻孔的技术方案,开发了泥浆脉冲无线传输技术、复合定向钻进技术、孔口动力二次回转扩孔技术等关键钻进技术,研制选配了定向钻机、矿用泥浆脉冲随钻测量系统、泥浆泵、四级螺杆马达、高强度高韧性钻杆、定向钻头等关键钻进装备,形成了成套技术与装备,在晋城寺河煤矿5304工作面进行了现场试验,完成顶板高位定向钻孔12个,最大孔深480 m,总进尺4 929 m,成孔率达到91.7%,机械钻速提高30%以上,显著提高顶板高位定向钻孔施工效果。     

ZDY23000LDK电液控制大功率定向钻机研制与应用

根据大功率定向钻机的市场需求和煤矿智能化的发展要求，提出了基于防爆电液控制技术的煤矿井下智能化大功率定向钻进装备解决方案。重点解决紧凑布局、关键部件设计、自动装卸钻杆、防爆电液控制等问题。研制了ZDY23000LDK智能化定向钻机，实现了施工过程的远距离遥控、自动装卸钻杆、参数监测等功能，提高了钻进装备的智能化水平，减轻了工人劳动强度，为“以孔代巷”大直径定向钻孔高效施工提供了装备保障。