长距离定向钻孔大区域瓦斯治理技术及应用

为解决突出煤层群瓦斯抽采消突周期长、煤层松软难护孔、大工作面难消空白带等问题,提出了底板梳状长距离定向钻孔进行大区域瓦斯治理技术,实现大区域瓦斯治理、布置大采煤工作面。在青龙煤矿进行了现场试验,结果表明:长距离定向钻孔深度一般可达600 m;平均单孔瓦斯抽采纯量超过0.8 m3/min,最大单孔瓦斯抽采纯量超过2.53 m3/min;与普通钻孔相比,瓦斯抽采纯量提高了16倍,瓦斯抽采体积分数提升50%左右。长距离定向钻孔抽采效果明显提高,为松软突出煤层群高产高效创造了安全条件。     

裂缝带顺层长钻孔瓦斯抽采技术研究

为进一步提高采空区裂缝带瓦斯抽采效果、降低矿井瓦斯治理成本,保证工作面安全回采,曙光煤矿引进大直径顶板定向长钻孔技术对工作面覆岩裂缝带瓦斯进行抽采,同时对高位定向钻孔布置层位及施工工艺进行了研究。现场工业性试验表明,垂直方向上定向钻孔层位布设于裂缝带中下部瓦斯聚集区域17.1~22.8 m;水平方向上钻孔分布范围距回风巷15~35 m,钻孔间距为10 m。与普通高位钻孔抽采技术相比,该套技术不仅大幅减少高位钻场数量和钻孔进尺量,显著缩短施工工期和降低施工成本,而且瓦斯抽采效果明显优于常规钻进技术,平均单孔瓦斯抽采纯量由0.15 m³/min提高到1.55 m³/min,提高了9倍;钻孔抽采寿命由18~33 d提高到146 d以上,提高了4倍以上。     

定向钻进技术在煤矿保护层开采卸压瓦斯抽采中的应用

针对西北某煤矿上保护层开采过程中卸压瓦斯大量逸散至工作面,常规钻孔存在工程量大、抽采效果差等问题,采用煤矿井下定向钻进技术对下部被保护煤层卸压逸散出的游离瓦斯进行提前抽采,并将其抽采效果与常规钻孔进行对比分析,同时对不同层位的定向钻孔瓦斯抽采效果进行考察对比。研究表明,同一区域的定向钻孔瓦斯抽采效果优于常规钻孔,其单日百米瓦斯抽采纯量为常规钻孔的25.2倍。通过对不同层位的定向钻孔瓦斯抽采数据进行分析对比,结果表明靠近被保护煤层顶板的3号定向钻孔综合瓦斯抽采效果最好,其平均瓦斯抽采浓度为77.3%,抽采纯量为5.3 m³/min,其抽采效果远优于常规钻孔及其他层位定向钻孔。研究成果为同类似矿井的瓦斯防治工作提供了技术思路。     

松软破碎煤层定向长钻孔高效抽采技术研究

为有效解决松软破碎煤层透气性低导致的抽采效率低的问题,利用超大功率的ZYL-17000D定向钻机实现在松软破碎煤层中进行长距离钻进,采用随钻测量装置对长钻孔施工时出现的实际钻孔轨迹与设计钻孔轨迹进行实时比对,对存在偏差的钻孔进行及时纠偏,实现钻孔轨迹的实时跟踪控制。并在长平矿松软破碎煤层中进行现场施工,实现了钻孔长度达到300m的技术突破,每米钻孔抽采纯流量达到0.025m/min,与同一区域的普通顺层钻孔相比,抽采量提高了20.8倍,施工周期缩短了78d。大功率定向钻机长距离钻进的实验成功,验证了大功率定向钻机满足松软破碎煤层瓦斯治理需要,为松软破碎煤层的瓦斯治理提供了一种新的瓦斯治理思路。     

定向钻进技术在断层发育矿井瓦斯抽采中的应用

定向钻进技术以其轨迹可控、成孔较深的优势，逐步被应用于复杂地质条件的煤矿井下瓦斯抽采。针对化乐矿断层松软破碎、层序紊乱、成孔性差的问题，介绍了定向钻进技术原理与装备，从钻孔角度分析了煤矿瓦斯抽采制约因素，总结出注浆加固与定向钻进结合的成孔方法，形成了滑动定向钻进工艺避开断层破碎带的实践经验。现场施工8组钻孔，其中孔深300 m以上定向长钻孔4组，累计抽采瓦斯375 840 m³，抽采率达到77%，单孔抽采初始浓度70%～85%，流量0.1～0.5 m³/min，有效解决了掘进工作面瓦斯超限问题。     

定向钻进技术与装备在穿层定向长钻孔中的应用

针对硫磺沟煤矿工作面常规施工单孔深度不足、有效孔段短、钻进施工效率低、钻孔孔径小等诸多问题,提出采用窄体式ZDY4000LD(C)型履带钻机、第二代随钻测量系统(YHD2-1000(A)型)等附属定向设备进行穿层定向长钻孔成孔技术,以提高钻孔成孔精度、钻孔深度,增大钻孔孔径等参数,减小煤层因受采动影响,导致工作面瓦斯涌出量增大的问题。现场试验施工了4个大直径穿层定向长钻孔,孔深300 m以上钻孔成孔率达到100%,孔深最深399 m,最大钻孔孔径193 mm,钻进总进尺1581 m,平均孔深395.25 m,钻孔抽采效率显著增加。其中3号钻孔最大抽采混合流量8.3 m3/min,最大抽采纯量1.6 m3/min,瓦斯抽采浓度51%,瓦斯抽采效果显著。     

大直径高位定向孔一次钻扩技术及瓦斯抽采效果分析

针对“U”型通风回采工作面采动卸压瓦斯常规治理方式存在的综合效率低、治理成本高等问题,以山西晋城矿区某煤矿生产工作面为研究对象,提出采用φ200 mm大直径高位定向钻孔进行采动卸压瓦斯治理;基于该煤矿顶板大直径高位定向钻孔成孔技术难点分析,选型了关键钻进装备,包括ZDY20000LD型定向钻机、BLY460型泥浆泵车和多动力扩孔钻具;开发了复合强排渣定向钻进技术与多动力一次扩孔技术,实现了复杂地层条件下φ120 mm高位孔定向钻进与φ200 mm一次钻扩成孔,综合成孔效率较常规多次分级扩孔方式提高50%以上。瓦斯抽采效果表明：距煤层顶板30～40 m、距回风巷道40 m区域范围是采动裂隙密集发育区,钻孔平均瓦斯抽采体积分数保持在40%以上、最大瓦斯抽采纯量10.94 m³/min,效果显著。     

定向长钻孔瓦斯抽采技术在煤巷条带预抽中的应用

为了解决以往条带瓦斯预抽钻孔工程量大、抽采浓度低、抽采时间长的问题，采用定向长钻孔瓦斯抽采技术预抽榆树田煤矿的条带瓦斯，施工了4个定向长钻孔，分析了其在煤巷条带瓦斯预抽中的抽采效果。研究表明：定向长钻孔在榆树田煤矿煤层中单孔长度可达723m，煤层孔段比例高达96%以上|日瓦斯抽采浓度最大为738%，日最大抽采纯量达23017m/d|定向长钻孔瓦斯抽采技术煤层孔段比例高、抽采速度快，能够实现定向条带的区域消突。     

空气螺杆钻具在碎软煤层定向钻进中的应用分析

空气螺杆钻具作为关键的欠平衡钻井工具在油气钻井中得到广泛应用。针对煤矿井下碎软煤层高效成孔的钻进难题,提出引入空气螺杆钻具破解碎软煤层定向钻孔施工难题。结合贵州省青龙煤矿实际生产需要,采用空气螺杆钻具施工完成7个主孔、2个主分支孔,孔深300m以上,钻孔成孔率达到89%,累计进尺3929m,钻孔轨迹可控、煤层钻遇率高、钻进速度快、排渣效率高、孔口除尘效果好,单孔最大瓦斯抽采纯量为2.5m3/min、浓度达到67.5%,单孔最大瓦斯抽采量达到3500m3/d,取得了良好效果。研究结果可为煤矿碎软煤层瓦斯抽采与治理提供借鉴。     

煤矿井下碎软煤层空气复合定向钻进技术与装备

针对碎软煤层瓦斯高效抽采与治理已成为制约煤矿安全高效生产的关键技术瓶颈问题,在分析碎软煤层顺层钻孔钻进关键技术难题的基础上,提出采用空气复合定向钻进技术与装备进行碎软煤层钻孔施工的技术方案,介绍了其技术原理与技术优势,开发了复合定向钻进技术、顺煤层长距离成孔技术和复合强排渣技术,选配了矿用空压机和孔口除尘器,研制了空气螺杆马达、空气流量与压力监控系统、配套钻具等钻进装备。在贵州省青龙煤矿开展了现场试验,在普氏系数为0.37的碎软突出煤层中,完成5个定向钻孔和2个定向主分支孔施工,最大孔深385 m,总进尺3 014 m,最大单孔瓦斯抽采纯量超过1 500 m~3/d,取得了碎软煤层定向钻孔成孔深度和瓦斯抽采效果的重大突破。空气复合定向钻进技术与装备可在工作面圈闭之前对碎软煤层瓦斯进行超前区域递进式抽采治理,掩护巷道掘进和工作面回采,具有钻孔施工周期短、成本低、瓦斯抽采效果好等显著优势,可对革新井下碎软煤层瓦斯治理模式、助力煤矿企业降本增效提供技术参考。     

煤矿井下定向钻进测量探管

通过对定向钻进系统中的关键部件-测量探管的硬件组成及测量原理的分析,介绍测量探管在随钻测量系统中的工作原理,说明了测量探管在定向钻进技术中所起的重要作用。     

定向钻探技术疏放上覆煤层采空区积水技术研究

通过对千米钻机定向钻孔施工工艺研究,分析成庄矿下组煤1307工作面积水情况,利用千米钻机,向上覆煤层采空区积水区低洼位置施工定向钻孔.通过成功钻孔,将上覆煤层采空区内的积水疏放到下组煤巷道内水仓或水窝中,从而缓解下组煤1307采面在回采时,上覆煤层采空区内积水涌入采面的危险.实现了煤矿井下千米钻机在疏放采空区积水领域的推广,对其他矿区采空区积水疏放有一定参考价值.     

定向钻进技术在煤矿采空区疏放水中的应用

针对王家岭煤矿20105采空区积水量大、严重影响20103工作面正常掘进的情况,通过对老空水赋存进行分析,结合矿区地质情况,确定采用定向钻孔疏放采空区老空水技术。实践表明,定向钻孔疏放老空水可有效解决采空区水害问题,为工作面安全掘进提供了保障。     

顾桥煤矿顶板复杂地层高位定向钻孔技术

针对顾桥煤矿顶板复杂地层中施工高位定向钻孔时存在的目标层较薄、成孔困难的问题,选配了合理钻具,通过地层探查定向钻孔确定了顶板复杂地层结构及地层信息进而优化了定向钻孔目标层位置,总结了复杂地层中定向钻孔轨迹控制经验,最终在顾桥矿顶板复杂地层中成功施工了7个孔深500 m以上的高位定向钻孔,提高了复杂地层中高位定向钻孔成孔率,有利于高位定向钻孔抽采瓦斯技术在复杂地层中的推广应用。     

煤矿井下定向钻进新技术

通过调查煤矿井下现有定向钻进的技术现状以及石油钻井领域的一些新技术,论述了煤矿井下定向钻进的新技术和发展趋势,包括测量钻头位置的随钻测量系统、提供钻头动力的孔底马达以及全新的旋转导向钻进系统等先进技术。其中,随钻测量系统的关键技术是在保证钻杆强度的前提下钻杆本体的密封以及钻杆内永久电缆联接处的密封;孔底马达重点要解决定子和轴承的寿命问题。随钻测量系统与孔底马达在国内煤矿已有初步应用,但仍需发展完善;旋转导向系统在煤矿井下的应用将是一个主要的发展方向。     

煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展

煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域。经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺。结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高。     

煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展

煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域。经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺。结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高。     

煤矿定向钻进用安全接头的研制

随着千米定向钻机在煤矿推广应用,卡钻与埋钻事故常常导致测量探管和螺杆马达掉落孔内。为了解决这个问题,开发了一种新型的结构简单、操作方便的安全接头。通过对安全接头进行力学分析,建立了安全销尺寸的计算公式,对安全接头进行拉伸破坏性试验验证了计算公式的合理性。     

煤矿近水平定向钻孔测斜技术

在进行煤矿近水平钻孔的测量时,对于测斜仪的选型及输送方法都有别于垂直钻孔。以ZJS-1型钻孔监测系统和CQ-1A型单点测斜仪为例,介绍了煤矿近水平孔测斜技术。     

九里山矿井下定向钻孔卡钻事故处理实践

煤矿井下定向钻孔技术因具有长距离瓦斯抽采钻孔能力而被广泛应用,而卡钻事故是煤矿井下定向钻孔技术应用面临的主要风险。以九里山井下定向钻孔卡钻事故为例,根据卡钻处地层因素、钻孔轨迹、钻孔施工情况,分析得出常见卡钻事故产生机理,制定卡钻事故处理基本流程。最后事故实际处理情况验证该卡钻处理流程的合理性。