构造松软煤层钻孔失稳机理研究现状及问题剖析

构造松软煤层在钻孔施工及瓦斯抽采过程中极易发生塌孔、缩颈等钻孔失稳现象,降低了钻孔钻进及瓦斯抽采效率。通过分析不同构造松软煤层钻孔失稳机理研究成果及其存在的问题,提出构造煤层钻孔失稳的研究应以不同构造煤类型为基础,研究不同煤层结构、应力分布、瓦斯特征及两次采动作用下,不同构造程度煤层蠕变特征及钻孔失稳时效特征,并根据钻孔径向煤岩特征准确分析其失稳段距离,进而提出合理的护封孔技术,实现井下煤层钻孔煤层气的科学高效开发。     

松软煤层顺层钻孔带压注浆封孔技术研究应用

松软煤层顺层钻孔瓦斯抽采普遍存在封孔深度不合理、封孔不严等问题,抽采效果差。针对以上存在的问题,文章从松软煤层钻孔稳定性及巷道围岩应力场分析出发,确定了松软煤层钻孔合理封孔深度;并通过增大钻孔内压力对孔壁施加主动支撑,封堵充填钻孔孔壁裂隙,提出适用于松软煤层顺层钻孔带压注浆封孔技术。通过保安煤矿现场应用显示,在60d的考察期内试验钻孔平均瓦斯浓度提高30%以上,显著提高松软煤层顺层钻孔封孔的密封性和抽采效果。     

顺层钻孔下花管技术在余吾煤业的应用

随着煤矿采深的不断延伸,所采煤层逐渐变为松软煤层。松软煤层具有瓦斯压力大,瓦斯含量高、透气性低等特点,预抽钻孔成孔后易发生塌孔现象,严重降低钻孔瓦斯排放通道的有效利用长度,导致钻孔瓦斯抽采效率低下、抽采周期变短、抽采达标时间延长等问题。为解决钻孔松软煤层预抽钻孔塌孔问题,针对性的选择余吾煤业公司N1101胶带巷作为试验地点,通过考察不同类型花管对于支撑钻孔稳定性及不同支护条件下瓦斯抽采纯流量的变化,确定筛眼密度和直径最优参数,从而增加钻孔瓦斯抽采纯流量,提高煤层瓦斯抽采率。     

松软煤层瓦斯抽采钻孔“同心环”加固密封技术研究与应用

松软煤层瓦斯抽采钻孔易失稳、密封难的问题直接影响着松软煤层瓦斯高效抽采,在松软煤层施工钻孔成孔退钻后孔内塌孔导致无法及时密封,除此之外孔口煤体破碎区也形成大量漏气通道致使密封失效,由此对矿井生产带来安全隐患且造成了时间和经济上的浪费。从理论分析钻孔密封段受力情况入手,在利用黏弹性力学模型求解孔口破碎区煤体受力的基础上,结合影响松软煤层孔口塌孔外界条件理论研究松软煤层钻孔孔口易塌孔原因并提出合理解决办法,据此提出“同心环”加固密封技术,并从物理模型、技术原理与流程等方面进行详细阐述,最后在山西某矿区N2106松软煤层工作面开展现场应用试验。结果表明：松软煤层孔口破碎区在时间效应下易进入快速变形阶段,由于其吸附性强、易膨胀性等特点加之打钻偏移后钻杆对孔口的剧烈扰动,最终致使孔口退钻后易变形坍塌;采用“同心环”加固密封的试验钻孔均未出现退钻后塌孔的问题,瓦斯浓度在前30天均保持在30%以上,抽采第30天时钻孔最大瓦斯纯流量达到0.053 m³/min,与传统密封钻孔比较后发现“同心环”加固密封钻孔密封技术密封效果优于传统密封技术。     

松软高突煤层筛孔管护孔工艺的应用研究

由于松软高突煤层成孔性差、孔壁不稳定,造成塌孔,影响钻孔施工质量和预抽效果。通过在首山一矿顺层瓦斯抽采钻孔应用筛孔管护孔下放工艺,既解决了松软煤层成孔难、塌孔、筛管下不到位等钻孔施工技术难题,又提高了钻孔瓦斯抽采浓度,同时分析了应用过程中存在的问题,为松软高突煤层筛孔管护孔下放工艺在抽采瓦斯技术中的应用提供技术经验。     

松软破碎煤层顺层孔全程下筛管护孔抽采技术研究

针对余吾煤业松软破碎煤层打钻困难,成孔后由于煤质松软、瓦斯压力大、地应力等原因导致钻孔塌孔,堵塞瓦斯抽采通道,影响抽采效果的难题。研究了松软破碎煤层成孔后全程快速下筛管,既解决了松软煤层钻孔塌孔问题,又解决了退钻后筛管下入深度浅和下筛管效率低的问题,其效果对本煤层破碎区域瓦斯快速抽采达标具有重要的工程意义。     

土城矿松软煤层下筛管瓦斯抽采技术试验研究

针对土城矿煤层松软成孔困难、孔壁易坍塌、钻孔瓦斯抽采效率低下、煤层瓦斯难以被抽出的问题,提出采用下筛管技术,通过对软煤层钻孔形成内部支撑力,达到提高钻孔稳定性与瓦斯抽采效率的目的。现场试验表明:采用钻杆内下筛管技术,筛管下放率可达95%以上,钻孔平均瓦斯抽采量比退钻后下筛管及未下筛管分别提高2.5倍和9.2倍,瓦斯平均浓度分别提高1.87倍和12.03倍。     

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。     

松软煤层底板定向长钻瓦斯抽采技术实践

为解决松软煤层瓦斯抽采钻孔施工难、成孔差的问题,提出了松软煤层底板定向长钻瓦斯抽采技术:在被保护煤层底板选择合适层位,采用定向钻进技术施工长距离钻孔作为主孔,再从主孔施工若干探煤层的分支钻孔抽采卸压煤层瓦斯。现场试验2个主孔进尺都达到了603m,累计抽采瓦斯纯量183 204.98 m3,工程实践表明该技术不仅回避了松软煤层本煤层钻孔难于施工的问题,而且分支钻孔很好的实现了区域煤层瓦斯抽采。     

突出煤层卸压增透后封孔技术研究与应用

为了解决突出煤层水力化卸压增透后，普遍存在瓦斯抽放钻孔塌孔严重、钻孔封堵难度系数大、抽采出的瓦斯浓度低、抽采衰减速度快、抽采钻孔经常出现一氧化碳等问题，传统的封孔工艺不能有效解决煤层中的裂隙对瓦斯抽采钻孔的影响，通过对高应力突出松软煤层封孔技术的研究，制定了八矿高应力松软煤层封孔工艺，提出了反压注浆封孔工艺方法。降低了瓦斯抽放钻孔漏气率、增强钻孔密封性、提高抽采浓度、消除钻孔自燃隐患，实现了瓦斯抽采最大化。     

底抽巷梳状钻孔代替保护层的瓦斯治理工艺技术研究

为解决赵庄煤业松软煤层中瓦斯抽采钻孔成孔性差、抽采距离短、抽采区域小等难题,提出了采用深孔定向千米钻机施工底板梳状钻孔的技术方法,先在松软煤层稳定的底板岩层中施工长距离主孔,再从主孔开梳状分支孔进入煤层,实现对松软煤层瓦斯远距离抽采,形成借助底抽巷利用千米钻机施工梳状钻孔治理瓦斯代替保护层的瓦斯治理工艺,达到区域递进式抽采瓦斯的目的。     

特厚松软煤层石门快速揭煤研究

分析得出特厚松软煤层普通钻孔预抽瓦斯失效的主要原因是钻孔塌孔,阐述了塌孔对瓦斯抽采流动的影响,对特厚松软煤层有针对性采用高压水射流卸压增透措施进行石门快速揭煤试验。提出了松软煤层高压水射流"掏空开采式"作用机理,提出了连续和间隔高压水射流2种模式下的水射流钻孔"卸压三带":冒落变形带、裂隙带和原始煤层带。在现场对穿煤长度58 m的特厚松软石门进行高压水射流快速揭煤试验,该措施能使钻孔周围尤其是钻孔深部煤体有效卸压,透气性增强,抽采达标时间大大缩短。从而解决了普通钻孔预抽失效的问题,实现了松软厚煤层石门快速揭煤。     

松软易塌孔煤层顺层钻孔测压技术

针对松软煤层的顺层钻孔测压时易发生塌孔造成测压失败的技术难题,提出了M-Ⅱ型瓦斯压力测定仪联合套管封孔测压技术,应用该技术顺利测出了河北金牛能源股份公司葛泉煤矿1523工作面的2#煤层瓦斯压力。     

快速下套管抽采瓦斯技术在新庄孜煤矿中的应用

阐述了快速下套管抽采瓦斯技术原理、施工设备、施工工艺及注意事项。并介绍了快速下套管抽采瓦斯技术在安徽淮南新庄孜矿松软突出煤层顺层抽采瓦斯钻孔中的应用情况。     

含水围岩下向深钻孔两级套管堵水测压技术研究

赵庄矿测试下邻近8号煤层瓦斯压力时,需要穿越2个含水层,钻孔涌水难以封堵且垂直深度较大、难以定向施工,影响煤层瓦斯压力测试。为此,试验应用了两级套管高压注浆堵水的技术方法。通过研究下向钻孔深孔定位打钻、深孔套管安装施工和两级套管高压注浆固结堵水及合理技术参数等,突破了含水围岩条件下的下向深钻孔封孔测压问题。经现场试验,成功测得了煤层原始瓦斯压力。研究结果表明,穿越围岩含水层的下向深孔测试瓦斯压力时,两级套管高压注浆堵水测压是一种有效的技术途径。     

宽翼片螺旋钻杆在松软破碎煤层的应用研究

松软破碎煤层瓦斯抽采钻孔存在易塌孔、孔深浅、成孔难等问题,根据煤层瓦斯地质条件,选取合适的螺旋钻进工艺能很好地解决这一难题。分析了宽翼片螺旋钻杆的结构特点和施工工艺,结合螺旋钻具的排粉原理,推荐在松软破碎煤层中采用风水联动雾化排粉工艺和孔内全程下筛管工艺,对于解决松软煤层钻孔施工难题有着很好的借鉴意义。     

穿含水层下向钻孔瓦斯压力测定技术研究

针对赵庄煤矿8-1煤层下向瓦斯测压钻孔穿越2层灰岩含水层时,围岩松软、易破碎、易垮落,难以成孔,真实煤层瓦斯压力难以测定,通过分析穿含水层钻孔各封孔方法的适用条件,结合赵庄煤矿实际地质条件,在同一测压地点布置2个测压钻孔,1号钻孔采用全孔注浆-二次扫孔-注浆封孔方法进行封孔测压,结果未能成功堵水,测得水压0.98 MPa;2号钻孔采用双套管带压注浆封孔方法进行封孔测压,经试验,该方法较好地封堵了含水层裂隙、支固松软围岩,准确测得8-1煤层原始瓦斯压力为0.40 MPa.     

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。     

大通孔开闭式钻头的结构特点及工作原理

目前,钻孔预抽煤层瓦斯是突出煤层回采工作面一种重要的区域防突措施。针对低透气性松软突出煤层,与退钻裸眼瓦斯抽采方式相比,采用筛管下放工艺进行瓦斯抽采具有一定的优势,但因松软煤层松软、破碎,易出现塌孔,导致筛管无法下入孔底,造成钻孔实际抽采段减少,影响瓦斯抽采效果,为煤矿的安全生产埋下隐患。为解决这一系列问题,研发了大通孔开闭式钻头,并对其结构特点及工作原理进行分析,以现场试验验证其使用效果。     

赵庄矿松软煤层梳状钻孔瓦斯抽采应用研究

针对煤层松软破碎导致的瓦斯抽放钻孔成孔率低、钻孔深度浅的问题,利用梳状钻孔治理瓦斯的抽采工艺,将主孔布置于顶/底板稳定岩层中,控制分支孔进入煤层进行瓦斯抽采,可提高钻孔深度。结合赵庄矿应用条件,优化钻孔布孔形式、布孔层位和分支孔施工工艺,赵庄矿应用表明:该工艺在松软煤层中钻孔抽采深度可以达到300 m以上,分支孔间距可以缩短至24 m,优化出了双重分支孔布孔形式,有效提高了钻孔瓦斯抽采效果。