超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术应用研究

为了解决工作面上隅角瓦斯超限问题,提出了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术,阐述了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术原理。以五阳煤矿7609工作面排水巷为试验点,通过在7609排水巷和回风巷之间施工超大直径钻孔,然后进行应用效果考察,并对数据进行分析,结果表明:单孔抽采时钻孔间距25 m或者30 m均可满足治理上隅角瓦斯的目的,在抽采负压3 kPa左右时,五阳煤矿超大直径钻孔抽采影响范围可达78 m,能对深部采空区高浓度瓦斯有持续的抽采作用,超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术可有效控制工作面上隅角瓦斯浓度。     

超大直径钻孔治理上隅角瓦斯工艺研究

为了解决超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术在实施过程中工艺不明确、操作程序不规范的问题,采用理论研究与现场试验相结合的研究方法,对超大直径钻孔治理上隅角瓦斯工艺进行研究,得到以钻机转速、进钻速度、运输系统工效为主的钻机操作施工参数,制订了钻孔间距确定、钻孔选址、钻孔施工、护管施工、封孔、连接抽放系统等6步超大直径钻孔施工工艺。现场验证结果表明,该工艺能够适用于井下操作,钻孔终孔高度从平均1.6 m提高到3.0 m,钻孔从开孔到全孔敷设完护管平均耗时由7.6个班次降到4.7个班次,施工效率提高了61%。     

大直径钻孔“以孔代巷”上隅角瓦斯治理技术研究

为解决综采工作面上隅角瓦斯积聚超限的问题,提出了超大直径钻孔技术来治理采空区上隅角瓦斯超限问题,阐述了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术原理。以曹家山矿80103工作面为工程背景,采用大直径钻孔瓦斯抽采技术对采空区上隅角瓦斯进行抽采,并利用数值模拟软件对不同抽采负压及钻孔直径下钻孔瓦斯流量进行分析,确定最佳抽采负压为-30kPa,最佳钻孔直径为130mm。确定施工参数后对大直径钻孔抽采瓦斯抽放进行工业化试验发现,当使用大直径钻孔进行上隅角瓦斯抽采时,上隅角瓦斯浓度维持在0.2%,抽放效果较佳。并对其抽采效果进行验证,为矿井地质条件相类似工作面上隅角瓦斯治理提供参考与借鉴。     

超大直径钻孔采空区瓦斯抽采技术研究及应用

为有效解决U型通风工作面回采期间采空区和上隅角瓦斯治理难题,提出利用超大直径钻孔(φ550 mm)替代联络巷埋管抽采采空区瓦斯治理技术,形成了超大直径钻孔“以孔代巷”施工工艺及装备,包括ZDJ10000L型大功率钻机、大直径钻头和钻杆的一次成孔工艺,多截齿旋挖钻头和高强度、高叶片螺旋钻杆的自排渣工艺;首节带有导向头、采用“半包围式”连接、预埋护孔管安装工艺。在王坡煤矿试验表明,上隅角瓦斯浓度控制在0.25%~0.55%,采空区瓦斯抽采纯量提高了46.8%,抽采瓦斯浓度提高了1倍。     

超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术研究

为了解决工作面上隅角瓦斯超限问题,提出了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术,阐述了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术原理,结合现场经验,得出了钻机操作注意事项,形成了超大直径钻孔施工工艺,并对影响钻孔施工的影响因素进行了分析和研究。现场施工结果表明:严格按照操作程序、施工工艺、控制施工影响因素后,钻孔成孔率从40%提高到89%,断钻杆率从60%降低到22.2%,钻孔终孔高度从平均1.6 m提升到3.0 m,极大提高了施工质量。     

超大孔径钻孔在综采工作面上隅角瓦斯治理中应用分析

为降低综采工作面回风上隅角位置瓦斯浓度及瓦斯治理成本,提出采用超大孔径钻孔对上隅角瓦斯进行治理。采用理论分析及现场实测的方式确定超大孔径钻孔间距在20 m时瓦斯治理效果较为显著,同时详细设计了超大孔径钻孔布置参数。现场应用后,上隅角瓦斯浓度均在0.6%以内,为采面高效生产创造了良好条件。     

超大直径钻孔“以孔代巷”治理上隅角瓦斯技术

为了控制上隅角瓦斯,同时降低工程投入,提出了超大直径钻孔"以孔代巷"的方法控制上隅角瓦斯理论。通过在西曲矿19201工作面回采期间的现场试验发现,超大直径钻孔通过低负压大流量抽采可以有效控制上隅角瓦斯浓度,当抽采量达到2 m~3/min时,可将上隅角瓦斯浓度控制在0.5%以下,钻孔的有效范围为相对工作面距离10～45 m,优化钻孔间距为35 m。此外,相对于传统方法,超大直径钻孔在控制上隅角瓦斯时,具有经济性和时效性等优势。     

超大直径钻孔采空区瓦斯抽采技术研究

为了降低U型通风采煤工作面上隅角瓦斯浓度,弥补高抽巷层位布置不合理造成的抽采量的不足,节省前期采用Y型通风进行沿空留巷的施工成本,提出了超大直径钻孔(550 mm)采空区瓦斯抽采技术。基于理论分析和现场分析试验,发现超大直径钻孔间距定为15 m或者20 m时抽采效果较为理想。现场应用实践表明:大直径钻孔抽采采空区瓦斯与普通采空区埋管抽采相比,抽采纯量提高了54.9%,抽采瓦斯体积分数提高了1.33倍。和沿空留巷"偏Y型通风"治理瓦斯相比,可使得回风流中的平均瓦斯体积分数降低12.7%,大幅节省了人员的投入。U型通风采煤工作面上隅角的瓦斯浓度得到有效控制,有效取代了上隅角埋管和沿空留巷,大幅提高了煤矿的生产效益。     

马堡煤矿大直径顶板走向长钻孔瓦斯抽采技术研究

通过对马堡煤矿8204综采工作面瓦斯涌出规律的研究,为有效治理邻近层瓦斯,采用大直径顶板走向长钻孔代替传统的高抽巷的瓦斯抽采工艺,同时针对2种瓦斯抽采工艺的治理效果和经济技术效益进行分析研究,得出马堡煤矿大直径顶板走向长钻孔瓦斯抽采工艺具有更好的适应性,并得出顶板走向长钻孔瓦斯抽采与顶板周期来压的关系。     

大直径钻孔以孔代巷瓦斯治理技术应用研究

针对白芨沟煤矿特厚煤层分层开采瓦斯涌出治理问题,以0102103工作面为例,在瓦斯总体治理方案制定基础上,提出了基于小煤柱沿空留巷的大倾角、大直径钻孔全程下套管护孔的采空区瓦斯抽采工艺方案。通过先施工导向孔后逐级扩孔,并利用φ500 mm自制钻头最终完成钻孔施工,全程下放套管护孔,以大直径钻孔取代瓦斯治理联络巷,有效解决了布置瓦斯治理联络巷施工难度大、支护及后期维护困难等问题,提高了钻孔的利用效率。工作面回采期间,回风隅角瓦斯浓度0.28%~0.42%,回风流瓦斯浓度0.22%~0.34%,瓦斯治理取得了较好效果。     

大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术研究

针对高瓦斯厚煤层高强度开采条件下“三进两回”型通风系统回风隅角瓦斯治理的难题,通过对矿井回采工作面通风方式进行优化,使工作面形成偏“Y”型的通风方式,并与大直径水平钻孔施工工艺相结合,提出了大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术,应用于保德煤矿综采放顶煤回采工作面的采空区瓦斯抽采。结果表明:偏“Y”型通风方式可减少工作面巷道掘进工程量,缩短准备周期,为瓦斯抽采创造了良好的时空条件;大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术的应用效果明显,可连续、高效实施采空区的密闭抽采,有效控制采空区瓦斯涌出强度;大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术能够实现对抽采负压的有效控制,有利于进一步提高采空区瓦斯抽采效果,并且其抽采支管可回收,可降低矿井瓦斯治理的成本。     

煤矿用钻杆疲劳寿命试验系统的研究与设计

为了满足目前煤矿井下瓦斯抽采、探放水以及地质探测等钻孔施工大孔深、大直径的需要,施工工艺对钻具使用寿命与质量提出更高的要求,其最大工作扭矩已经超过20000 Nm,现有煤矿井下钻杆质量与疲劳寿命缺乏有效的检验检测手段,钻具没有报废标准,导致煤矿井下钻孔施工事故频发。基于钻杆质量检测与钻具疲劳寿命研究需要,研制了一种煤矿用大扭矩钻杆疲劳寿命试验系统,最大扭矩达25000 Nm,可模拟矿用钻杆在施工条件下的扭矩、推进力、径向位移等载荷与约束,为钻具质量检测和疲劳寿命研究提供一种方法。     

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。     

大直径扩孔用反循环钻进双壁钻具研制

煤矿井下大直径钻孔扩孔施工时存在钻进效率低、排渣困难、钻具匹配性不佳等问题,而采用集束式潜孔锤反循环钻进技术可较好地解决该问题,为此研制了空气反循环钻进用双壁钻具,重点介绍了双壁钻杆和双通道气水龙头的结构、关键技术参数及性能特点,并进行了现场试验。结果表明,该套钻具结构设计合理,能够满足集束式潜孔锤反循环钻进工艺要求,为后续在煤矿井下推广应用提供了实验依据。     

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。     

煤层大直径钻孔瓦斯治理技术研究与应用

针对王坡煤矿横川埋管工程量大和周期长、回采期间横川密闭墙维护成本高以及上隅角瓦斯超限严重等问题,提出了施工煤层大直径钻孔瓦斯治理技术,研究了钻孔参数设计、钻进、下管、封孔、管路连接、抽采等工艺流程,并在3310工作面进行了试验。结果表明：回采期间上隅角瓦斯控制在0.19%～0.61%,钻孔抽采浓度提高1.2倍,抽采支管平均浓度6.85%,抽采纯量达10.27m/min,工期减少23.53%,用工数减少30.57%,煤层大直径钻孔瓦斯治理技术,工艺简单,成孔速度快、效率高,有效解决了上隅角瓦斯超限问题,对回采期间工作面瓦斯综合治理具有借鉴意义。     

高层位钻孔抽采技术研究与分析

晋城矿区西部和北部属于高瓦斯矿区,瓦斯治理难度大。矿井开采过程中,采空区瓦斯大量涌出严重制约矿井的安全生产。为解决这一技术难题,岳城矿分别对采空区埋管抽放、地面钻井采空区抽放、采区回风巷高位钻孔采空区抽放技术进行了探索应用,取得了显著效果。为进一步提升采空区瓦斯抽放效率,保障综采工作面安全生产,岳城煤矿通过综采工作面高层位采空区抽放技术应用研究收集高层位采空区抽采钻孔抽放参数,分析采空区瓦斯抽放效果并进行高层位采空区抽采钻孔效果评价,获取高层位采空区抽采技术关键指标。     

煤矿井下碎软煤层旋转导向钻进技术

煤矿井下碎软煤层钻孔轨迹的定向可控对提高钻孔成孔率、减少抽采盲区、提高瓦斯抽采效果具有重要意义。旋转导向钻进工艺对于提高排渣效果、降低事故风险、提高钻进效率具有关键作用，因此实现碎软煤层钻孔旋转导向钻进是未来技术发展方向。分析并总结了目前石油钻井领域旋转导向钻进技术的特点和适用范围，结合碎软煤层钻孔特点，提出了基于内管控制的内控式旋转导向钻进技术思路。     

套管钻进技术在煤矿复杂地层中的应用探讨

我国的地质条件和煤层特征差异大,复杂地层中构造煤发育,瓦斯含量高,地应力大,煤层破碎松软,易发生塑性流变。采用套管钻进技术替代传统的常规钻杆进行钻孔瓦斯抽采,可提高工作效率,防止卡钻、塌孔等事故的发生,提高瓦斯抽采的效率,并可以不起钻取出钻头等孔底钻具组合下筛管,解决在井下复杂地层中钻孔瓦斯抽采的难题。介绍了套管强度及孔底组合钻具结构,探讨了套管钻进技术在煤矿复杂地层中的应用前景。     

复杂岩层高位定向长钻孔成孔技术应用研究

为解决高位定向长钻孔大深度、大摩阻、岩层复杂、排渣难等钻进难题,通过定向钻进装备优选、泥浆脉冲随钻测量系统应用、高韧性螺旋钻杆提高钻杆柱强度和有效排渣、定向钻进轨迹设计和控制技术优化、以及复合定向钻进工艺降摩阻等方法,有效提高高位定向长钻孔的钻孔深度,增强了高位定向长钻孔成孔技术的钻具适配性和地层适应性。该技术应用在桃园矿Ⅱ8221高位定向长钻孔施工中,成功实现最大956m的高位钻孔深度记录,后期钻孔瓦斯抽采浓度高、纯量大,有效解决了回采工作面的瓦斯问题,取得了良好的效果,为高位定向长钻孔成孔技术应用研究提供了宝贵经验。