软煤层螺旋钻进工艺参数的配置探讨

通过对松软煤层钻进特性分析,得出松软煤层钻进工艺配套螺旋钻杆的参数配置,将液压钻机结合螺旋钻杆钻进工艺的能效发挥到最佳状态,为松软煤层钻进提供参考。     

合金结构钢三棱钻杆焊接工艺研究

钻机在煤矿井下钻孔松软煤层过程中,手工焊接的合金结构钢三棱钻杆频繁发生焊缝断裂,丢失钻杆,延误工期。通过理论计算和实验对比,分析查找产生问题的原因。结合三棱钻杆的结构特点、生产条件和使用要求,重新设计了焊接工艺,严格操作要求,新焊接的三棱钻杆经过质量检验和工业性试验,质量可靠。     

碎软煤层多层深孔钻进技术与装备

碎软厚煤层大采高工作面瓦斯治理时,采用多层钻孔才能覆盖整个采高,同时还须保证足够的钻孔深度,才能满足瓦斯抽采的需要。针对碎软煤层多层深孔施工对钻进装备的要求,研制了ZDY10000L大功率多层孔钻机,配套了宽翼片螺旋钻杆和优化了外平钻杆加三棱钻杆的组合式钻杆及配套压风排站钻进工艺。在赵庄煤矿1308工作面现场试验表明:钻机组合变幅机构开孔高度范围可达1.5~3.0 m,满足多层钻孔施工需要;钻机的自动升降装置提高了多层孔施工效率和安全性;采用该套技术与装备施工的瓦斯抽采孔平均孔深大于100 m,成孔率大于85%。     

三棱凹槽螺旋钻杆在余吾煤业的应用

余吾煤业南五采区属于松软煤层,在使用麻花钻杆施工过程中,经常出现夹钻、塌孔情况,导致钻孔深度远小于设计孔深。为此,引进三棱凹槽螺旋钻杆用于改善打钻困难问题,三棱凹槽螺旋钻杆具有顺畅的排渣通道和较强的排渣能力,同时利用"二次破煤"特点,能够有效减小煤渣颗粒的粒径,大大降低钻孔发生夹钻概率。通过分析三棱凹槽螺旋钻杆施工钻孔成孔深度、煤渣形态及抽采效果,得出三棱凹槽螺旋钻杆能够有效解决余吾煤业松软煤层打钻困难的问题。     

三棱钻杆在中软煤层顺层瓦斯抽排钻孔的应用

为了解决传统钻杆在中软煤层或煤与瓦斯突出煤层顺层钻孔时的卡钻、埋钻、排渣效率低、瓦斯突出严重、机械化程度不高等问题,采用了使钻杆形成3个半圆形的间隙,扩大排出煤粉和瓦斯的通道,随着钻杆边的搅动,钻渣被压力风悬浮起来,同时在风量、风速的作用下向孔口传输运移,据此研制了新型三棱钻杆,根据丁集矿的大量试验,对已应用的三棱钻杆的不足之处进行了改进,结果表明,三棱钻杆在中软煤层顺层抽排瓦斯钻孔施工中能够高效成孔。     

钻杆类型对松软煤层顺层钻孔排渣的影响

针对松软煤层顺层钻孔压风排渣困难的问题,通过现场试验分析2种钻孔施工中风压和风量的变化规律,确定了最小风压及其计算方法。结果表明:由于钻杆结构的不同,相同风压下,三棱钻杆比圆钻杆更容易排渣,在相同深度下圆钻杆的最小供风压力比三棱钻杆大;2种类型钻杆在施工过程中随深度增加风量均呈现下降的趋势,而圆钻杆下降的趋势的绝对量比三棱钻杆大;随着施工深度的增加,2种钻杆钻屑量均呈增加的趋势,在同一深度三棱钻杆明显比圆钻杆钻屑量要大;圆钻杆与孔壁的排渣空间要小于三棱钻杆,在钻进速度相同的情况下,煤屑在三棱钻杆钻孔中的阻塞几率要小于圆钻杆,三棱钻杆更容易将钻屑顺利地排出,而且还有利于瓦斯的排放。     

高转速复合排渣钻进技术在松软突出煤层中的应用

针对松软突出煤层钻孔施工中钻孔深度浅、成孔率低的难题,分析并总结了松软突出煤层钻孔施工的几种工艺方法及存在问题,提出高转速压风—螺旋复合排渣技术。阐述了该工艺技术原理并分析确定了高转速复合排渣钻进工艺参数。现场实践表明,采用高转速钻机并配套Φ95/60. 3mm插接密封式螺旋钻杆及Φ98mm胎体弧角PDC钻头的钻具组合进行施工,成孔率提高到70. 6%,钻孔深度也显著提高,为松软突出煤层钻孔施工提供参考。     

双管定向钻进技术在祁南矿313工作面的应用

针对祁南矿313工作面碎软煤层中顺煤层长钻孔施工时,煤层倾角大和32#煤碎软的问题,利用双动力头钻机及配套钻具,开展钻杆、套管双管定向钻进工艺研究;通过关键设备选型、钻杆和钻杆钻头、套管和套管钻头钻具选配、风动定向钻进工艺参数优化以及提出钻杆在套管内大直径筛管护孔等方法及试验,有效提高顺煤层钻孔深度,实现顺煤层长钻孔轨迹可控,并提高了地层适应性。     

ZDY2800LG高转速螺旋钻进技术装备应用

分析了松软煤层钻进的难点,提出了采用高转速螺旋钻进技术实现松软煤层快速钻进和高效排渣的解决方案,介绍了针对松软煤层钻进施工研制的ZDY2800LG型高转速履带钻机的结构和功能特点;对该钻机配套插接式螺旋钻杆采用高转速钻进工艺现场工业性试验进行了详细介绍。现场工业性试验验证了该套技术装备在钻孔成孔率、最大孔深、平均孔深、月均进尺和钻进效率等指标方面均有显著提升。     

大通径三棱螺旋钻杆在芦岭矿的应用研究

由于淮北矿业集团芦岭矿地质构造复杂,煤层松软,导致在抽采钻孔钻进过程中钻孔易坍塌、排渣效果不理想、抽采率低等一系列问题。大通径三棱螺旋钻杆是在传统三棱钻杆的基础上增加了螺旋条带,螺旋条带可以形成足够大的流体排渣通道,具有实施流体与机械协同排渣功能,其排渣效果更好,钻进效率更高。     

复杂煤岩层复合强排渣定向钻进工艺及应用

针对复杂煤岩层顶板高位孔定向钻进技术难题,提出复合强排渣定向钻进工艺,设计了以泥浆脉冲随钻测量系统与三棱螺旋钻杆为核心的强排渣定向钻具组合,分析了三棱螺旋钻杆强排渣技术原理,形成了复合强排渣定向钻进成套装备。在王坡煤矿3314采煤工作面进行了应用研究,结果表明：在以泥岩为代表的复杂顶板岩层中,完成顶板高位定向钻孔6个,成孔率达到100%,最大钻孔深度500m,日平均进尺不低于70m,累计定向钻孔进尺2325m,钻孔成孔效率与成孔率较常规定向钻进工艺大幅提升。为利用顶板高位定向长钻孔代替高抽巷进行工作面及采空区瓦斯抽采治理、保障采煤工作面的安全高效生产提供了技术支撑。     

水射流卸压增透堵孔诱因及解堵新方法

在松软煤层中采用水射流割缝、水力冲孔强化瓦斯抽采时,经常出现堵孔、抱钻等现象。为解决此问题,提出破煤、清淤及排渣一体化方法及装置。通过水压控制流道方向,使高压水破煤卸压或清淤排渣。在分析堵孔、抱钻原因关键因素的基础上,基于连续介质模型,对钻孔内钻杆进行受力分析,研究抱钻力学机制,得出了发生抱钻时,钻机扭矩与堵孔长度、钻孔参数的力学关系式。在分析钻孔内水射流流场的基础上,研究了射流清淤排渣临界参数,得出清淤喷嘴临界安装位置;并研制出破煤、清淤及排渣一体化装置和工艺。现场试验应用结果表明该方法能有效消除水射流卸压增透过程中出现的堵孔、抱钻现象。     

刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的合理参数研究

为充分发挥刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的优势,分析了刻槽钻杆螺旋槽宽度、深度、螺距的变化对排渣效果的影响情况。建立Φ50刻槽钻杆煤层钻孔三维模型,对不同参数的刻槽钻杆在钻孔内的排渣情况进行数值模拟。研究结果表明:螺旋槽宽度为12 mm,深度为1.1 mm,螺距为 76 mm ,排渣效果最优;通过突出煤层钻进工业性试验,钻进深度平均提高36.2%,钻进效率提高41.5%,且刻槽钻杆表面温差较小。     

安全钻凿瓦斯抽放孔自适应钻机的研究

主要阐述了国内目前常用的普通全液压钻机开孔定位准确性低、自适应能力差、自动防卡钻能力弱和单根钻杆钻进过程自动化程度低等问题。针对普通钻机存在的问题,提出了一种自适应液压钻机的解决方案,实现煤矿井下安全高效钻凿瓦斯抽放孔。     

松软煤层严重喷孔部位钻进工艺

钻孔实施到位是煤矿防突工作的基础。但在湖南袁家矿区松软煤层施钻时,由于喷孔导致钻孔缩颈堵孔卡钻,电煤钻孔深一般只能达到6～7 m,而大功率液压钻则只能达到4～5 m。针对这一问题,研制出拖动式下套方式,采用在严重喷孔区段施钻的套管跟进成孔法。其特点是套管与钻杆同时钻进。以黄牛岭矿业有限公司应用为例,分别阐述(钻进、下套钻进和退钻留套)3道工序操作要点及其应用效果。     

松软煤系地层深孔绳索取心钻探实践

长春市高家窝棚—双泉眼矿区为松软煤系地层,采用绳索取心液动冲击回转钻进方法,选择加大钻孔孔壁与钻杆环状间隙的钻孔结构;经实验选择以粘土、共聚物、植物胶、铵盐、腐植酸钾、磺化沥青、聚丙烯酸钾等材料配制的冲洗液,并加强冲洗液的日常维护管理;配备离心式除泥机;套管丝扣连接处涂抹松香(粘结剂),并用薄钢板焊接补强丝扣连接处,防止套管脱扣等技术措施,成功地完成了2个深孔的钻孔施工,终孔深度分别为1112.45 m(ZK6405孔)和1359.95 m(ZK3201孔),岩心采取率达到100%,煤心样品没有燃烧破坏现象,较好地满足了地质的要求。     

矿用钻孔深度声波测量装置设计与应用

针对目前煤矿井下钻孔施工的质量验收,主要依靠退钻时人工数钻杆的方式计量钻孔深度,效率低且人为因素大的问题,通过研究基于钻杆柱中声波反射原理设计了便携式钻孔深度测量装置,利用声波在钻杆柱中的传播的速度和声波在钻杆柱中往返传播一个周期的时间计算出钻孔中钻杆柱的长度,确定钻孔深度。设计的矿用钻孔深度测量装置主要由3部分组成:激震源、探头和主机,关键的数据处理和人机交互等功能通过主机的软硬件实现。在大佛寺煤矿和寺河煤矿进行的现场试验,验证了该装置的测量深度大于200 m,最大误差不超过10 m,能够满足煤矿井下孔深测量的迫切需要。     

煤矿下斜钻孔用水力冲孔器流体力学分析与结构优化

随钻型水力冲孔器的研制,解决了煤矿井下水力冲孔施工中需要成孔后再下入冲孔器的问题,在上仰穿层钻孔中取得了良好的使用效果。但是在近水平或下斜钻孔中,由于冲孔钻渣重力作用难以随钻井液排出孔口,易造成塌孔、抱钻等孔内事故。文章通过对水力冲孔施工过程及水力冲孔器进行流体力学分析,计算水力冲孔钻具内沿程损失、冲孔器水力换向阀水力压力、排出钻渣需要的冲洗液上返流速等,并通过增加底喷水眼的方法,增大冲孔流量,提高钻井液上返流速,从而解决排渣困难的问题,并根据改进后的水力参数对冲孔器的复位弹簧进行了重新设计。采用改进型水力冲孔器进行了现场试验,试验表明在近水平下斜钻孔中,改进型水力冲孔器换向阀工作稳定,钻渣能够排出孔内,满足了矿方煤层下斜钻孔水力冲孔施工要求。     

大孔径螺旋深孔钻机的设计和应用

大孔径螺旋深孔钻机采用独头钻采的工艺,主机布置在巷道中,利用液压推进装置带动旋转的钻具向煤层钻孔,钻头割煤,螺旋钻杆掏煤,煤直接落在运输机上运出,实现工作面无人安全钻采。     

煤矿智能打钻造穴一体化技术应用

为了进一步提高煤矿安全生产效率,改进防突治理工艺,保障作业人员的身体健康,释放人力资源,研究了煤矿智能打钻造穴一体化技术。以某煤矿具体巷道为例,分析了智能钻冲一体化成套装备,主要为自动化控制打钻车和自动化控制钻杆车,并对比分析了智能打钻造穴一体化装备与普通打钻造穴设备的平均钻进速度、平均扩充速度等指标。研究表明,引入自动化施工设备来代替原始设备,配套使用智能水力冲孔造穴来提高防突治理效率,保障煤矿安全生产,降低人力资源输出和工人的劳动强度,保障工人作业安全。