井下瓦斯抽采孔筛管完孔悬挂装置力学分析与优化设计

针对目前煤矿井下瓦斯抽采孔筛管完孔悬挂装置在大倾角度钻孔应用时悬挂可靠性差、弹卡室部分强度较低等问题,通过建立力学模型、优化计算以及有限元分析等手段,研究了悬挂装置卡爪长度、张开角度与钻孔孔径、卡爪楔入孔壁分力的关系,分析了弹卡室、卡爪销孔等受力关键部位在筛管下入以及轴向悬挂载荷情况下的应力分布。研究结果表明,在综合施工工艺、悬挂装置结构及钻孔孔径的基础上,卡爪长度97 mm时悬挂性能较好。悬挂装置卡爪收纳槽端部和销孔处是应力集中区,在动载或轴向力增加的情况下会相继达到屈服极限。     

高位定向长钻孔水力输送对接筛管护孔技术研究

保障高位定向长钻孔在工作面回采过程中的稳定抽采是实现“以孔代巷”的前提,而采用筛管完孔是维持钻孔稳定的有效护孔措施。为了实现高位定向长钻孔全孔段筛管护孔的工程应用,开发了钻孔内水力输送分组筛管自主对接完孔工艺技术,配套研制了?95 mm筛管悬挂装置、?95 mm玻璃钢筛管、?100 mm封堵短节、?140 mm钻头通水堵头以及?95 mm分组筛管对接装置,并在皖北矿区两个煤矿的不同工作面顶板高位钻孔进行了水力输送分组筛管完孔现场试验。试验结果表明：玻璃钢筛管质量轻推送阻力小,可在倾角17°～26°的钻孔内人工连接长100 m?95 mm玻璃钢分组筛管,分组筛管输送过程中水压为1.0～1.5 MPa,输送到位时水压降为0.5 MPa以下,在泵量200～390 L/min下,分组筛管水力平均输送速度可达150～260 m/min,试验期间分组筛管输送到位时泵压变化明显,前后两组筛管对接可靠,可有效实现到位报信,成功实现?153 mm高位定向钻孔内?95 mm筛管的全孔段护孔,2个钻孔的筛管水力输送试验深度分别达到501、522 m,工作面回采120 d累计抽采瓦斯纯量分别为139 945、...     

松软煤层顺层孔筛管护孔工艺及装备应用

针对寺家庄矿瓦斯抽采钻孔成孔深度浅、护孔效果差的问题,基于空气螺旋钻进工艺和筛管护孔工艺原理,完成了地层适用设备选型、钻具结构及施工工艺优化,并进行了现场试验。试验结果表明:使用该套设备施工,钻孔平均深度145 m,成孔深度较之前提高了30%,最大孔深180 m。试验护孔筛管下入率83.7%,孔底固定用悬挂装置轴向拖拽距离2~3 m,135 d后筛管有效护孔率达89%,筛管护孔工艺保障了筛管下入深度和护孔效果。加强型三翼可开闭式钻头平均穿岩51 m,钻头结构稳定,有效提高钻孔穿岩深度;相同孔深钻孔有效煤孔段(即煤岩比)与瓦斯抽采效果无相关性,钻孔深度及筛管有效护孔率是影响瓦斯抽采的主要因素。     

在复杂地层钻进物探震源孔系列钻头的研制与应用

在密山一带打物探震源孔 ,钻遇地层为胶泥、沙土、风化岩、青石板及河流石等。为此研制了一系列新式钻头 ,包括 98mm二翼刮刀钻头、 98mm三牙轮钻头、 98mm刮刀式PDC钻头及 1 1 8mm砾石流沙炮眼防卡钻头 ,前 2种钻头现场共应用 930口井 ,创造了极好的经济效益和社会效益。     

筛管护孔工艺及装备在神华宁煤集团的应用

神华宁煤集团金能煤业分公司和乌兰煤矿被鉴定为煤与瓦斯突出矿井,一直以来利用钻孔瓦斯抽采预防和治理瓦斯灾害。在钻进过程中,经常发生因孔壁坍塌、瓦斯突出而造成的抱钻、埋钻事故,以及塌孔后因抽采通道堵塞而导致钻孔瓦斯抽采利用率低。大通孔螺旋钻杆能有效解决钻进过程中的抱钻、埋钻事故,联合一字铰接钻头和悬挂装置实施筛管护孔工艺技术可解决钻孔瓦斯抽采利用率低的问题。在现场应用过程中,使用人工和筛管助推器2种方式下放筛管,共完成工程量3 845 m,其中筛管助推器的效率是人工下放方式的3倍,表明筛管护孔工艺技术及装备适合在松软煤层矿区推广应用。     

松软煤层穿层定向长钻孔钻进工艺研究

针对赵庄煤业现施工的底抽巷穿层钻孔有效抽采长度短现状,探索开展穿层定向长钻孔施工工艺实践,进一步提高穿层钻孔的有效抽采长度。为此,使用现有4500钻机配套螺旋槽通缆钻杆、螺杆马达及随钻测量系统等装备,先后在3318、2312、1319三条底抽巷进行穿层定向长钻孔施工及护孔工艺试验,累计施工钻孔78个,总进尺11205m。优化得到:在定向钻进过程中,针对软煤塌孔区域,需更换使用三棱钻杆+?113mm钻头进行旋转扩孔;定向长钻孔施工完成后,配套中空钻杆+开闭式钻头进行全孔段下筛管护孔,保证抽采通道畅通。实践表明,穿层定向钻孔最长孔深达到150m,单孔煤层段孔深最长达到120m,穿层定向长钻孔煤矸比提高至1∶0.51,百米钻孔流量提高1.35～2.5倍。穿层钻孔的抽采长度和抽采效率的提高为松软煤层工作面减少底抽巷布置数量提供了技术参考。     

三翼式可开闭钻头在穿层钻孔施工中的应用

随着钻杆内快速下筛管工艺技术的推广应用,穿层钻孔施工过程中也存在目标煤层松软塌孔问题,普通可开闭式钻头在穿层钻孔岩石段施工时存在钻头寿命短、钻进效率较低的问题;针对该问题设计研发了一种新型三翼可开闭式PDC钻头,并在淮南矿业集团朱集东煤矿进行了现场应用,2只试验钻头平均寿命为436.4 m,寿命提高36.3%;钻头在岩石段施工,钻进效率为16~18m/h,钻进效率提高约40%,试验钻头解决了现有问题,试验效果良好。     

煤矿下护孔筛管成套设备改进

针对井下复杂地层瓦斯抽采孔钻进技术的不足,对下护孔筛管成套设备进行了研究。首先改进了内芯可脱式PDC钻头的设计,达到了筛管通过性要求;设计加工的40 mm规格的丝扣式筛管,从钻杆内孔人工下入顺畅连接可靠性好,拧卸方便;研制的孔底固管装置有效的解决了提钻时筛管被带出现象,保证安设筛管牢靠,组装方便灵活;与传统提钻下筛管技术相比,具有明显的工艺先进性,下管效率提高了2倍以上,平均下管深度达到钻孔深度的91%以上,而且从抽采效果上也表明,使用该技术后工作面瓦斯抽采浓度平均提高10%~20%。     

顺层瓦斯抽采钻孔全程下筛管技术和装置的研究与应用

针对顺层长钻孔深孔"留不住、封不严、抽采效率低"的问题,采用理论分析和现场试验的方法,研究顺层瓦斯抽采钻孔全程下筛管强化抽采技术。通过建立煤岩瓦斯气—固耦合模型,模拟分析了筛管长度、抽采负压、筛管直径对顺层钻孔瓦斯抽采效果的影响,表明:抽采负压(13～40kPa)和筛管直径(32～50mm)对瓦斯抽采效果影响较小;筛管长度是提高瓦斯抽采效果的关键因素,全程下管120m时,筛管长度100m的钻孔比筛管长度40m的钻孔瓦斯抽采效果提高3倍。通过改进了钻头"一"字型横梁的连接与固定方式、配合无焊接整根大通径钻杆、封孔管孔底悬挂装置,实现"钻多深下多深";全程下筛管后,单孔平均浓度可提高29%以上,有效抽采期可提高1. 9倍。     

碎软煤层筛管护孔技术在乌兰煤矿的应用

针对乌兰煤矿穿层钻孔完孔后孔壁易坍塌而堵塞瓦斯抽采通道,造成瓦斯抽采效率降低的问题,提出了一种碎软煤层筛管护孔技术。在分析乌兰煤矿地质概况的基础上,介绍了筛管护孔技术的技术原理和配套装备,选用了合理的筛管护孔钻具组合,制定了筛管护孔试验流程,在乌兰煤矿1080瓦斯治理巷进行了应用试验。试验结果表明,筛管下入器下筛管速度是人工下筛管速度的2~3倍;下入筛管试验钻场相比不下入筛管钻场瓦斯抽采纯量提高14.3%。碎软煤层筛管护孔技术筛管下入效率高,护孔效果显著,满足碎软煤层护孔的技术要求。     

松软煤层瓦斯抽采孔PVC管护壁技术应用研究

针对晋城煤业集团赵庄煤业矿区地质构造复杂、煤层松软及透气性差,瓦斯抽采孔由于煤层松软引起孔壁稳定性差,成孔提钻后,短时间内孔壁坍塌,导致瓦斯抽采通道堵塞,抽采率低,抽采效果差的问题。利用在钻孔施工完成后不提钻杆,先在钻杆内部下入抽采筛管进行护壁,提钻后形成瓦斯抽采通道,应用结果表明:该技术与传统提钻后下套管工艺相比,下管效率大幅提高,下管深度达到孔深的98%以上,有利于提高瓦斯抽采效率,对煤矿安全具有重要意义。     

抽采负压沿顺层钻孔分布规律及应用研究

为了掌握顺层长钻孔内负压分布规律,更好地指导顺层钻孔关键参数的确定及抽采技术应用,建立了钻孔周围煤体内瓦斯流动模型,并对钻孔内瓦斯流动模型进行耦合,得到顺层钻孔内负压分布计算公式。理论分析了传统抽采、加长抽采管抽采和下放筛管抽采3种工艺钻孔内负压分布状态及抽采效果,并在重庆能投渝阳煤矿N3702工作面进行现场试验验证,结果表明:采用理论计算公式对实测数据进行拟合,拟合度接近1,百米钻孔压损计算值与实测值偏差仅为3.97%,计算模型能满足工程实践的精度要求;3种抽采工艺效果对比显示,传统抽采工艺压损大、易漏气,在成孔条件较好的硬煤层中宜采用加长抽采管工艺,而在成孔条件不好的软煤层中宜采用下放筛管工艺。     

顶板定向长钻孔全孔下筛管技术的应用

为解决李雅庄煤矿复杂地质条件顶板定向长距离钻孔塌孔严重、瓦斯抽采浓度低且流量小的问题，根据煤层顶板高位定向长钻孔施工工艺及瓦斯抽采原理，开展了复杂地质条件的顶板定向长距离钻孔全孔下筛管护孔技术研究，形成了“成孔-退钻-小直径通孔-大直径扩孔-退钻-孔内下筛管-退钻”一体化全孔段下筛管技术，介绍了相关技术装备，开展了工程实践。在李雅庄煤矿典型复杂地质条件顶板的现场应用表明：该技术能实现复杂地质条件下全孔段快速下筛管，筛管下放深度达459 m，平均瓦斯抽采浓度和抽采纯量，分别提高5倍和10倍左右。     

开闭式反循环钻头的结构设计与工作原理

由于煤层松软和破碎的缘故,松软突出煤层瓦斯抽放孔易垮塌,将导致钻孔成孔率低,瓦斯抽放通道易堵塞,影响了瓦斯抽采效率。为解决这些问题,设计了开闭式反循环钻头,并对其结构特点和工作原理进行分析。这种钻头结合了全程筛管下放和反循环钻进2种工艺的优势。通过降低对孔壁的二次破坏,提高了钻孔成孔率和成孔深度;通过全孔段下放筛管,防止孔壁垮塌堵塞瓦斯通道,提高了瓦斯抽放孔的利用率。介绍了该新型钻头的结构设计、工作原理和应用情况。     

基于超大直径钻孔的瓦斯治理技术研究

针对天地王坡煤矿井田地质情况及瓦斯抽采钻孔易塌孔、施工难度大、成本高等技术难题,进行了煤层超大直径钻孔技术装备及瓦斯治理工艺研究。提出了"以孔代川"的瓦斯治理工艺新方法,研制出基于螺旋钻杆与外护管同步钻进技术的超大直径钻孔装置,有效解决了工作面瓦斯超限问题。     

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。     

瓦斯抽采钻孔水射流协同修护技术研究与应用

瓦斯抽采钻孔普遍存在因变形、煤渣积聚及塌孔等导致钻孔堵塞和抽采效果差的问题。通过分析钻孔塌堵失稳机制,得出煤岩体性质、地质构造及多应力耦合条件是造成钻孔失稳的主要因素,进而推断相应堵孔段情形。利用高压水射流解堵作用,提出了水射流疏通-筛管护孔协同修护技术,并研制出轻型气动钻孔修复装备。应用结果表明,该协同修护技术能有效解决瓦斯抽采钻孔塌堵后无法有效抽采的技术难题,试验钻孔修护深度达到50 m,修护完成后单孔抽采瓦斯浓度和瓦斯纯流量比修复前提高0.57~3.67倍和0.99~5.15倍,抽采效果大幅改善,实现了塌堵钻孔的快速便捷修复进而确保了瓦斯流动通道的畅通。     

李雅庄煤矿“U”型通风工作面瓦斯治理技术

针对高瓦斯矿井“U”型通风工作面上隅角瓦斯浓度高、管理难度大的问题，在李雅庄煤矿开展了本煤层抽采优化分析和裂隙带抽采研究。通过改进本煤层钻孔的封孔深度、联孔工艺、管路联接方式等，钻孔抽采浓度由抽采4个月后降低到9%，提高到抽采10个月后维持在19%；通过调整裂隙带钻孔布置方式、优化钻孔布孔层位、采取下筛管护孔等技术，裂隙带钻场最高瓦斯抽采纯流量达13.6 m3/min，平均瓦斯抽采纯流量达8 m3/min，2个钻场综合抽采瓦斯纯流量在13 m3/min以上；工作面取消了高抽巷和高位钻场裂隙带瓦斯抽采，上隅角和回风流平均瓦斯浓度分别控制在0.5%和0.4%以下。     

三软煤层顺层瓦斯预抽钻孔变形规律研究及其控制

为防止三软煤层顺层预抽钻孔塌孔,提高瓦斯预抽效果,需合理确定抽采钻孔封孔方法,全程下筛管施工工艺防止塌孔。通过分析可知:二₁煤层强度低,且埋深大,埋深产生的地应力远远大于煤体强度是导致钻孔塌孔的主要原因。通过数值模拟可知:顺层钻孔呈现径向变形的特征,钻孔直径明显减小。13051工作面本煤层钻孔成孔后,采用“封孔管+封孔筛管+注浆管+专用封孔器”进行封孔,塌孔减少,抽采达标时间缩短了约35 d,残余瓦斯含量为4.69 m³/t,13051工作面瓦斯抽采达标。