定向钻进技术与装备在顶板大直径长钻孔中的应用

针对目前综采工作面顶板钻孔成孔深度浅、钻进效率低、有效孔段少等问题,提出了采用ZDY6000LD(B)履带钻机、YHD2-1000(A)高精随钻测量系统等定向钻进装备进行顶板走向大直径定向长钻孔的成孔技术,以提高顶板长钻孔成孔精度、孔深及孔径,改善采空区瓦斯抽采效果。在某矿井进行了现场试验,完成4个顶板大直径定向长钻孔,单孔最深孔深633 m,钻孔孔径达φ133 mm,试验总进尺2 439 m,平均孔深609 m,有效抽采孔段保持在528～573 m,占总孔深的89%～92%,对于提高钻孔抽采利用率具有显著效果。     

碎软煤层空气复合定向钻进工艺技术北大核心

针对碎软煤层钻孔施工存在的钻孔深度浅、成孔率低、瓦斯抽采效果差等问题,提出了基于空气螺杆马达施工的空气复合定向钻进工艺技术。从钻速、钻压和供风量等方面分析了空气复合定向钻进工艺参数对钻孔施工的影响。在贵州青龙煤矿开展现场试验,在16~#碎软煤层中共完成12个主孔、4个主分支孔施工,200 m以上钻孔成孔率达到94%,300 m以上钻孔成孔率达到75%,最大孔深406 m,并取得了显著的瓦斯抽采效果。     

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。     

顺煤层随钻测量定向钻进技术在金泰煤矿的应用研究

针对金泰煤矿待掘区域普通钻孔瓦斯治理存在的钻孔深度浅、轨迹不可控和抽采效率低等问题,基于煤矿井下随钻测量定向钻进技术,集成了有线随钻测量技术、双动力复合钻进技术和缓升倾角探顶技术等关键技术,配套了定向钻机、液动螺杆马达、随钻测量装置、中心通缆钻杆和定向钻头等装备,提出了顺煤层随钻测量定向钻进技术。在金泰煤矿10605运输顺槽开展了现场试验,共施工9个顺煤层定向钻孔,最大进尺232 m/d,最大孔深552 m;单孔抽采瓦斯浓度最高可达96%,单孔抽采瓦斯纯量最大可达0.66 m³/min,分别为普通钻孔6倍和20倍;主管路瓦斯抽采浓度提高到50%以上,抽采纯量提高到4 m³/min以上。应用顺煤层随钻测量定向钻进技术显著提高了本煤层瓦斯抽采效果,达到了超前掩护巷道掘进的目的,可为矿井瓦斯治理提供一种新的技术途径。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题,提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案,形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题,又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%,抽采流量平均为4.60m3/min,日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d,与普通穿层钻孔抽采数据对比,压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

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。     

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。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题，提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案，形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题，又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%，抽采流量平均为4.60m3/min，日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d，与普通穿层钻孔抽采数据对比，压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

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。     

顺煤层超长孔定向钻进关键装备及应用效果分析

针对超长工作面瓦斯区域超前治理需要,分析了施工顺煤层超长定向钻孔对关键钻进装备的技术要求,总结对比了国内外几款典型的顺煤层超长孔定向钻进关键装备性能特点。结合保德煤矿超长工作面生产需要,优选钻进装备在保德煤矿二盘区开展了工程实践,完成了3个孔径120mm、孔深2000m以上的顺煤层超长定向钻孔,其中最大孔深达到2570m,创造了煤矿井下顺煤层定向钻孔深度的新纪录。结合钻进工艺参数及测量数据,分析了关键装备的应用效果和局限性,对进一步提高顺煤层超长定向钻孔装备能力进行了展望。     

区域瓦斯超前治理大功率定向钻进装备与技术

针对当前超长走向工作面区域瓦斯超前防治需求,以及常规定向钻孔孔深浅、效率低、覆盖面积不足的问题,提出采用先进的国产大功率定向钻进装备及技术进行区域瓦斯治理定向长钻孔施工。形成基于ZDY12000LD定向钻机、BLY390/12泵车、随钻测量系统及复合定向钻进工艺的完整配套装备及技术。通过现场试验表明,完成6个定向长钻孔主孔及7个主分支孔,最大孔深达1 521 m,孔径达到φ120 mm,平均成孔周期8.85 d,平均进尺211.6 m/d,相较于常规定向装备钻进速度增加30%以上,显著提高顺层定向长钻孔钻进效率,对加强煤矿区域瓦斯超前治理具有重要意义。     

定向钻进技术在松软煤层瓦斯抽放中的应用

为了提高松软煤层瓦斯抽采钻孔深度、增大钻孔煤层进尺,利用定向钻进技术钻孔轨迹可控的优势,通过优化定向钻孔布置形式和采用定向钻进用冲洗液,试验钻孔深度超过700 m,煤中连续进尺超过400 m,在一定程度上提高了松软煤层瓦斯抽采钻孔深度和煤中进尺,也使得定向钻进技术在松软煤层瓦斯抽采钻孔施工中具有更好的应用与推广价值。     

煤层采动卸压瓦斯抽采顶板裂隙带定向#br# 长钻孔施工技术#br#

贵州某矿存在煤层采动卸压瓦斯抽采与上隅角瓦斯超限的难题，施工常规顶板裂隙钻孔进行瓦斯抽采时，由于顶板岩层裂隙发育多，地质条件复杂，导致钻孔深度浅、成孔率低、钻孔有效段无法准确控制在稳定岩层和裂隙带层位，严重制约影响钻孔施工质量及瓦斯抽采效果。为有效保证钻孔成孔率，提高钻孔有效段长度，准确控制钻孔轨迹，采用近水平定向钻孔施工技术，施工顶板裂隙带定向长钻孔，实现“以孔代巷”，总结出一套适合某矿高位定向钻孔成孔工艺方法和布孔参数。应用结果表明，利用定向钻进技术，钻孔单孔瓦斯抽采浓度达60%，瓦期抽采纯量为1.1 m3/min以上，效果显著，具有很好的推广应用价值。     

顶板高位定向大直径长钻孔钻进技术与装备

顶板高位钻孔是治理采空区瓦斯的有效技术手段之一,利用随钻测量定向钻进技术施工顶板高位定向钻孔可显著改善采空区瓦斯治理效果和经济效果。针对当前顶板高位定向钻孔钻进深度浅、钻进效率低和安全措施不够等问题,研制了大功率定向钻进装备、优化了钻进成孔工艺方案和扩孔钻具级配、开发了复合定向钻进技术和大直径扩孔技术等,形成了完整配套的定向钻进技术与装备。现场试验施工的大直径顶板高位定向长钻孔孔径达到153mm,孔深达到1026m,先导孔钻进效率大于41m/班。试验结果表明,研究的钻进技术和装备满足大直径顶板高位定向长钻孔实钻深度、直径和速度的需要,可用于大型工作面的采空区瓦斯抽采治理,对煤矿安全高效开采意义重大。     

厚煤层顶板定向大直径长钻孔瓦斯抽采技术研究与应用

目前煤层顶板定向钻孔不同程度存在着一次性成孔孔径小、二次扩孔工序繁杂；钻孔层位及配套设备选择不合理，导致钻孔钻进速度慢、塌孔严重、成孔长度短等问题，直接影响瓦斯抽采效果。针对该问题，通过对煤层顶板覆岩岩性、采空区覆岩垮落后裂隙发育规律以及瓦斯运移规律进行综合分析，优化了钻孔层位选择及设计参数；根据岩性、钻孔设计孔径及钻进长度，选配了扭矩23 kN·m的打钻设备。钻孔负角度钻进过程中，采取快速出渣、综合护孔等关键技术，有效提升了钻孔成孔速度。通过工程实践，钻孔钻进效率提升至129 m/d,单孔成孔长度达到1 071 m,实现了直径153 mm定向钻孔一次性成孔并沿走向一次性覆盖整个工作面，实现了大直径长钻孔高效瓦斯抽采。     

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。     

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。     

大直径定向钻孔高效成孔钻进技术应用

为了提高寺河煤矿工作面上隅角和回风瓦斯的治理效果,根据工作面顶板覆岩地质特征及开采条件,在煤层上覆顶板岩层内施工顶板高位大直径定向钻孔,依据经验公式确定了顶板大直径高位定向钻孔布置层位。针对顶板硬岩大直径定向钻孔施工过程中先导定向钻孔钻进及分级扩孔效率低的问题,将冲击螺杆马达、扭力冲击器与双级双速扩孔钻具分别应用于定向先导孔与扩孔施工,以提高顶板高位大直径定向钻孔整体施工效率。应用效果表明：冲击螺杆马达成孔技术与扭力冲击旋转扩孔技术提速效果显著,最高钻进速率分别为13.6m/h和11.1m/h,最终形成的200mm大直径高位定向长钻孔保证了钻孔轨迹在煤层顶板裂隙带内有效延伸,实现了对采动卸压瓦斯的持续稳定抽采,取得了良好的瓦斯抽采和治理效果,平均单孔瓦斯抽采量达到3.36m/min,单孔瓦斯瞬时最大抽采量可达26.0m/min。     

高位定向长钻孔瓦斯抽采技术应用

采用ZYWL-6000DS定向钻机在山东唐口矿施工顶板高位定向长距离钻孔,最大孔深达到了555m。根据“O形圈”理论,通过对比分析不同布孔高度定向长距离钻孔的瓦斯抽采数据及效果,得出布置定向钻孔的最佳高度。对比分析了高位定向长钻孔和顶板穿层普通钻孔的瓦斯抽采效果,证明定向长距离钻孔的抽采效率更高、经济效益更好。随着工作面回采推进,高位定向长钻孔对降低采空区和上隅角瓦斯发挥了一定的作用。定向钻进技术具有在唐口矿区进一步推广应用的价值,可以提高瓦斯治理和探放水效率,促进煤矿安全生产。     

近水平千米定向钻机在矿井瓦斯抽采中的应用

针对目前井下常规钻机能力偏小,瓦斯预抽期较短,矿井掘抽采比例严重失调的现象,采用VLD-1000型和ZDY6000LD型井下千米定向钻机,根据工作面掘进、回采接续和目标区域瓦斯赋存的特点设计、布置钻场钻孔。详细介绍了钻孔施工过程、施工情况及瓦斯抽采效果,千米定向钻进相比于传统常规钻进工艺,定向钻孔的单孔成孔距离、钻孔煤孔比例、瓦斯抽采浓度分别为原穿层钻孔的6.0、2.3、2.0倍,具有瓦斯抽采率高、预抽期延长、钻孔施工适应性强、钻孔覆盖范围大等特点。