掩护巷道掘进超前探测平行作业技术研究

陕北多数煤矿存在井下采空区老窑水、顶板奥灰水等水害治理,采用普通探放水钻孔存在钻孔距离短、精度低极易造成探测盲区等技术难题。螺杆马达结合随钻测量系统的定向长距离钻进技术是近几年来在煤矿瓦斯抽采领域发展起来的新技术,具有施工钻孔距离长、定向精度高、实时控制钻孔轨迹、分支孔绕过掘进工作面进行探放水等优点,已广泛用于煤矿井下瓦斯抽采、地质异常体探测等。重点介绍利用定向钻进技术施工长距离探放水孔,达到掘进与探放水平行作业目的,缩短工作面准备时间,提高煤矿开采经济效益。     

随钻测量技术与钻孔轨迹控制技术的研究

山西左权宏远煤业有限公司现开采煤层为15~#煤层,属于高瓦斯突出的煤层。该矿井水文地质类型为中等。普通钻机预抽采瓦斯和探放水钻孔施工,往往会出现钻孔偏差大、串孔出现、瓦斯抽采和探放水效果受影响等问题。为克服这样的问题,采用了钻孔轨迹控制技术,在钻孔施工的同时,采集钻孔轨迹数据;钻孔施工完毕后,将钻孔数据供给技术人员分析总结,不断优化钻孔设计参数,从而给钻孔设计、施工提供了必要的数据支持,在钻孔的现场施工进行调节与控制,为矿井防突、探放水工作提供了安全保证,并为类似矿井打钻提供理论和技术指导。     

Excel在煤矿钻孔设计中的应用

在煤矿,井下各类钻孔施工是一项很常见、很重要的工作,主要包括放水孔、防灭火钻孔、煤层注水钻孔、瓦斯抽放钻孔、地质钻孔、探放水钻孔及其他用途的钻孔的施工。钻孔的施工要素主要有方位、倾角、孔深、孔径,其中方位、倾角及孔深要根据开孔点、终孔点的坐标、标高进行计算。     

高位定向长钻孔瓦斯抽采技术应用

采用ZYWL-6000DS定向钻机在山东唐口矿施工顶板高位定向长距离钻孔,最大孔深达到了555m。根据“O形圈”理论,通过对比分析不同布孔高度定向长距离钻孔的瓦斯抽采数据及效果,得出布置定向钻孔的最佳高度。对比分析了高位定向长钻孔和顶板穿层普通钻孔的瓦斯抽采效果,证明定向长距离钻孔的抽采效率更高、经济效益更好。随着工作面回采推进,高位定向长钻孔对降低采空区和上隅角瓦斯发挥了一定的作用。定向钻进技术具有在唐口矿区进一步推广应用的价值,可以提高瓦斯治理和探放水效率,促进煤矿安全生产。     

水平定向孔探放煤层顶板砂岩水技术及其应用

提出了水平定向钻进技术探放顶板砂岩水的治理方案,将随钻测量定向钻进与常规回转钻进技术结合,实现了顶板含水层的有效探查和疏放。利用其技术在色连二矿施工了4个探放水孔,实际应用情况表明:水平定向孔技术能够提高钻孔探放水范围和精度,满足矿区煤层顶板探放水的要求。     

截流抽采顶板煤层越层瓦斯高位钻孔技术研究

利用顶板裂隙"O"形圈及关键层理论,计算选取了抽放钻孔终孔位置,有针对性地设计、调整了瓦斯抽放钻孔的施工参数,确定了每组边缘高位钻孔与巷道的夹角、钻孔孔深及钻孔倾角。通过施工高位钻孔,实现了对M8煤层越流瓦斯截流的高效抽放,保证了高位钻孔稳定抽放瓦斯纯量达到8.23 m3/min。     

采空区顶板超长定向高位钻孔瓦斯抽采技术研究

针对成庄矿综采工作面采空区瓦斯涌出量大的问题,以千米钻机深孔钻进技术和配套装备为依托,应用试验了采空区顶板超长定向高位钻孔瓦斯抽采技术;通过研究确定采空区"三带"分布范围及瓦斯富集区,设计了合理的采空区顶板超长定向高位钻孔布置参数。试验考察结果表明,超长定向高位钻孔瓦斯抽采技术具有钻孔施工工程量小、定位好、抽采稳定、抽采率提高的优点,取得了显著抽采效果。     

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。     

煤矿井下分段水力压裂梳状定向长钻孔钻进技术研究

随钻测量梳状定向钻进技术目前主要应用于煤矿瓦斯防治、地质异常体探测和探放水等领域。但该技术还未与水力压裂增透强化抽采技术相结合应用于煤层瓦斯防治领域,由于水力压裂增透强化抽采技术对钻孔特殊要求,相应钻探装备、钻孔设计和钻进成孔工艺均需要进行研究突破。本次研究成果融合了井下梳状定向长钻孔瓦斯抽采技术及水力压裂增透强化抽采技术的优点,形成了一套适合分段水力压裂梳状定向钻孔施工设备及工艺流程,能够满足对松软煤层瓦斯远距离与区域增透技术的需求,解决松软煤层透气性差、瓦斯抽采孔成孔性差、抽采距离短、抽采区域小等难题。     

大直径钻孔“以孔代巷”上隅角瓦斯治理参数优化及应用

为解决回采工作面上隅角瓦斯超限问题,提出大直径钻孔"以孔代巷"上隅角瓦斯抽采技术,应用数值模拟方法,对大直径钻孔参数进行了优化,确定了最优孔径、孔距和终孔位置。大直径钻孔"以孔代巷"上隅角瓦斯抽采技术在西曲矿18401工作面现场应用效果表明:大直径钻孔间距为5 m、孔径为350mm及钻孔终孔位置至顶板距离为0.3m时,上隅角瓦斯浓度降至最低,抽采效果最佳;与施工高抽巷抽采进行瓦斯抽采相比,大直径钻孔"以孔代巷"上隅角瓦斯抽采技术施工难度低速度快,成本降低85.79%;工作面回采过程中,上隅角瓦斯浓度均保持在0.2%以下,有效解决了采煤工作面上隅角瓦斯易于集聚的难题,保障了工作面的安全生产。     

中深孔分体履带式定向钻机的研制

中深孔分体履带式定向钻机是一款全新研制的,主要应用于瓦斯抽采、探放水及顶底板注浆等钻孔施工的钻进装备。介绍了钻机的主要研制过程,包括整体布局、关键结构和液压系统。井下工业性试验表明,该钻机能适于井下中深孔钻孔施工,具有性能可靠,结构新颖,施工范围广,操作灵活方便的特点。     

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。     

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。     

7113工作面探放顶板砂岩水钻孔技术分析

提前分析并疏放7113工作面顶板砂岩水,可降低工作面在回采期间的顶板出水量和出水强度。7113工作面探放顶板砂岩水钻孔累计施工24个单孔,放水总量18172m3;探放水钻孔进一步查明了该区7煤顶板出水水源,在分析钻孔出水特征的基础上,通过两个阶段工程量和放水量对比,分析了探放水钻孔的放水效果。     

唐口煤矿高位定向钻孔工艺的优化及应用

基于采空区顶板竖"三带"理论和"O"形圈理论,并结合矿井实际情况,确定了唐口煤矿高位定向钻孔轨迹设计参数。针对开孔煤层段和泥岩段的钻进情况,对高位定向钻孔工艺进行优化设计,提出将套管下入顶板以及采用螺旋定向钻杆用于泥岩段的方案。通过对高位定向钻孔工艺进行优化设计,可保证高位定向钻孔在泥岩段顺利爬升至设计高度,提高了瓦斯抽采效果。后期瓦斯抽采数据表明,高位钻孔轨迹参数选择合理,经过优化的高位定向钻孔工艺充分发挥了高位定向钻孔钻孔成本低、瓦斯抽采效果理想的优势。并针对现有的施工情况,提出终孔直径对抽采效果影响的研究思路。     

定向长钻孔在小沟煤矿探放水中的应用

煤矿水灾是煤矿建设和生产的主要灾害之一,施工探放水钻孔是解决水害的重要手段。传统探放水钻孔受钻孔深度浅、轨迹无法控制、钻场位置等条件限制,导致钻孔探查范围及精度有限,因此探放水定向长钻孔工艺的研究应用对解决煤矿水害问题具有重要意义。项目利用定向钻孔工艺在小沟煤矿成功施工1个采空区探放水钻孔,最大主孔孔深达714 m,并开分支孔分别从煤层、煤层顶板、煤层底板钻入采空区,单孔出水量达140 m3/h。实际应用情况表明:当老采空区位置不明时,从煤层顶板钻入采空区,疏放水效果最佳,且钻孔风险最小。     

大直径顶板高位定向钻孔在复杂地层钻进工艺的应用分析

定向长距离大直径钻孔瓦斯抽采技术是治理工作面瓦斯隐患的一项新技术,但在施工大直径顶板高位定向钻孔时,会遇到破碎地层和缩颈泥岩,再加之施工煤层顶板时钻孔返渣较多,经常会遇到塌孔、卡钻事故,影响了大直径顶板高位定向钻孔的瓦斯抽采效果。通过在刘庄煤矿进行试验,研究大直径顶板高位定向钻孔在复杂地层钻进的事故原因,通过采用注浆加固技术稳固孔壁和复合钻进工艺,有效解决了问题。     

大直径定向钻孔高效成孔钻进技术应用

为了提高寺河煤矿工作面上隅角和回风瓦斯的治理效果,根据工作面顶板覆岩地质特征及开采条件,在煤层上覆顶板岩层内施工顶板高位大直径定向钻孔,依据经验公式确定了顶板大直径高位定向钻孔布置层位。针对顶板硬岩大直径定向钻孔施工过程中先导定向钻孔钻进及分级扩孔效率低的问题,将冲击螺杆马达、扭力冲击器与双级双速扩孔钻具分别应用于定向先导孔与扩孔施工,以提高顶板高位大直径定向钻孔整体施工效率。应用效果表明：冲击螺杆马达成孔技术与扭力冲击旋转扩孔技术提速效果显著,最高钻进速率分别为13.6m/h和11.1m/h,最终形成的200mm大直径高位定向长钻孔保证了钻孔轨迹在煤层顶板裂隙带内有效延伸,实现了对采动卸压瓦斯的持续稳定抽采,取得了良好的瓦斯抽采和治理效果,平均单孔瓦斯抽采量达到3.36m/min,单孔瓦斯瞬时最大抽采量可达26.0m/min。     

急倾斜煤层采空区瓦斯抽采钻孔参数研究

介绍了急倾斜煤层采空区上方"三带"的分布特点,对抽采钻孔的流量、浓度进行调研和分析,最终确定了顶板走向钻孔的终孔层位、钻场间距以及钻孔施工的角度、方位、长度等参数,从而进行最有效的瓦斯抽采。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术

钻孔抽采瓦斯是煤矿生产治理瓦斯灾害的根本措施,我国煤矿每年瓦斯治理的钻孔工程量已超过1亿5000万m,对煤矿安全生产具有不可替代的作用。瓦斯抽采从钻孔层位、抽采目的考虑,主要可分为顶板高位钻孔、沿煤层钻孔和穿层钻孔,对于不同类型的钻孔,可以使用不同型号的钻机和成孔工艺。本文在论述煤矿井下瓦斯抽采钻孔布孔方式、施工技术的基础上,对未来的新技术发展趋势作了展望。