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。     

贵州大湾煤矿复杂地层井下定向钻进施工技术

针对大湾煤矿地区复杂煤层地质构造,采用前进式开分支孔布孔方法,用于探测煤层顶底板位置,精确探明煤层走向,为抽掘采提供依据,为后续工作做好前期准备。贵州大湾煤矿在历年瓦斯鉴定中均被定为瓦斯矿井,瓦斯孔施工采取普通钻进工艺时,会遇到钻进工作量大、孔深达不到要求、施钻轨迹无法精准控制、钻孔瓦斯浓度抽采率低等问题。采取顺层定向孔方法在已探明的煤层中施工长距离钻孔,可实现对复杂煤层远距离瓦斯抽采。现场试验表明:采用前进式开分支孔工艺,能够实现复杂煤层地质构造精确探顶,探明钻孔见煤段高达75%;通过优化钻孔设计与高精度控制钻孔轨迹大大增加了顺层定向孔在复杂煤层中的覆盖率,钻孔见煤段达63.7%,提高了瓦斯抽采效率,为巷道的抽掘采工作打好了基础。     

本煤层预抽区域长钻孔布孔方式的确定

依据成庄矿本煤层预抽以普通钻机和千米定向钻机为主要抽采方式的实际,对该矿的普通长钻孔和定向长钻孔的不同钻孔间距残余瓦斯含量随时间变化的关系进行了研究,分析不同钻孔布置方式下和不同预抽时间的瓦斯含量的降低值,确定了成庄矿回采工作面瓦斯含量降到8 m~3/t以下时预抽区域长钻孔的最佳布孔方式。研究了定向长钻孔不同钻孔布置方式下残余瓦斯含量随时间的变化关系,对4种不同的布孔方式下瓦斯含量的降低幅度进行考察,确定了在吨煤进尺密度和抽采时间相同基础上,定向钻孔间距大的钻孔抽采效果均明显增加,在2 a预抽时间下,瓦斯含量降低幅度在4.11～9.6 m~3/t。并提出了在预抽期超过1 a时,采用定向钻孔预抽措施相比普通钻孔预抽措施不仅能降低矿井抽采成本,而且能有效提高抽采效果。     

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。     

定向复合钻进预抽煤层中部瓦斯的以孔代巷技术研究

为解决常规穿层钻孔预抽大采长突出煤层中部瓦斯存在抽采空白带,利用轻型定向钻机在己₁₅-22080工作面施工了定向穿层钻孔,基于定向钻孔轨迹可控的特点设计了定向穿层钻孔参数,分析了定向穿层钻孔覆盖的范围、瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采纯量。研究结果表明：(1)定向穿层钻孔能够精准覆盖突出煤层中部抽采空白带,同时实现两相邻煤层瓦斯治理;(2)定向穿层钻孔总工程量为19 706 m,其中定向钻孔岩孔段13 366 m,煤孔段工程量6 340 m,己₁₅煤层水力冲孔煤段工程量2 911 m,累计冲煤量为1 537 t;(3)定向钻孔实际抽采浓度比常规钻孔普遍提高10%～25%,累计抽采瓦斯140.8万m³.研究结果可为煤与瓦斯突出煤层的瓦斯治理提供技术支撑和理论依据。     

顺层定向长钻孔预抽煤巷条带瓦斯技术研究

为解决高瓦斯煤层群瓦斯致灾因素繁多、瓦斯预抽钻孔工程量大、抽采浓度低等问题,根据高家庄煤矿煤层与瓦斯赋存特征,提出定向长钻孔技术预抽煤巷条带瓦斯,在3号和4号煤层中共施工14个定向长钻孔,分析了定向长钻孔瓦斯抽采效果和抽采达标情况.研究表明,定向长钻孔预抽煤层瓦斯,抽采体积分数最大达到40％,最大抽采纯量达3965.7...     

顶板定向分支钻孔预抽煤巷条带瓦斯工程实践

针对下峪口煤矿23202切眼掘进工作面无保护层开采条件、普通顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯不符合《防治煤与瓦斯突出细则》要求,提出了顶板定向分支钻孔预抽煤巷条带瓦斯区域防突措施,通过对钻孔施工情况及瓦斯抽采效果分析,顶板定向分支钻孔实现了对预抽区域煤层的全覆盖,抽采63 d后区域防突措施效果检验,煤层残余瓦斯含量降到8 m3/t以下,实现了巷道的安全掘进。     

顺层定向千米长钻孔抽采半径时变规律研究

根据某矿3~#煤层赋存特点,运用千米钻机定向长钻孔技术进行本煤层瓦斯预抽。通过千米钻孔现场数据对其瓦斯抽采特性进行统计分析,得到钻孔抽采瓦斯量的衰减特征参数,结合煤层瓦斯基本参数得出3~#煤层千米钻孔抽采半径时变规律;同时对不同钻孔间距的瓦斯流场进行分析,数值模拟得出合理布孔间距,经现场验证证实抽采准确率可达80%,该方法可作为3~#煤层预抽钻孔防突效果预测。     

黄陵矿区定向长钻孔瓦斯预抽技术试验研究

针对黄陵矿区目前非定向钻孔煤层瓦斯抽采易穿顶板、底板,造成抽采空白带和重复交叉以及抽采范围小、时间短,无法超前治理瓦斯的问题,在黄陵一矿309工作面中厚煤层中进行定向长钻孔瓦斯抽采技术试验。通过钻机改进使钻孔进尺平均提高115.9~220.3m/d,有效提高钻进施工效率;定向长钻孔瓦斯抽采2a后,1#~5#钻孔最低瓦斯抽采浓度仍达11.5%~15.3%,累计抽采瓦斯量64.7万m3,煤层瓦斯含量及瓦斯压力显著降低,定向长钻孔瓦斯抽采技术抽采效果较好,能够达到超前区域治理瓦斯的目的。     

定向顺层钻孔“钻-冲-护”一体化增透技术试验

针对松软低透煤层瓦斯抽采钻孔塌孔严重、瓦斯抽采效果差、抽采达标周期长、抽掘采衔接紧张等问题,基于现有装备,提出了定向顺层钻孔"钻-冲-护"一体化低透煤层高效促抽瓦斯技术,该技术在长平煤矿实践表明:大功率定向钻机施工煤段长度达到340 m,煤段水力冲孔后总返煤量260.46 t,扩孔孔径φ0.87 m。对冲孔方式进行考察,发现回转冲孔方式和交叉冲孔方式效率优于水平冲孔方式。未采取下筛管工艺抽采钻孔平均瓦斯浓度为25.05%;全程下筛管护孔抽采钻孔平均瓦斯浓度为49.10%,一体化工艺下抽采钻孔百米瓦斯纯流量比普通钻孔水力冲孔护孔后抽采钻孔百米瓦斯纯流量提高了约11倍,瓦斯流量衰减系数降低了9.4%。瓦斯抽采浓度提高约2倍,百米抽采瓦斯纯量由0.08 m~3/min增至0.94 m~3/min,瓦斯抽采效果明显,保障了矿井的安全高效生产。     

叠加效应影响下钻孔有效抽采半径的数值模拟及布孔间距优化

针对煤层瓦斯预抽钻孔布孔间距存在盲目性和不确定性等问题,以流固耦合原理为基础构建煤层瓦斯抽采流固耦合数学模型,借助FLUENT数值模拟软件对煤层瓦斯预抽钻孔有效抽采半径进行数值模拟研究,在多钻孔数值模拟的基础上对建新煤矿4207工作面煤层瓦斯预抽钻孔布孔参数进行了优化。结果表明:钻孔有效抽采半径随抽采时间的增加呈对数形式增大;多钻孔抽采时孔间相互扰动可产生抽采叠加效应,布孔间距越密集,钻孔之间瓦斯压力下降幅度越显著;在90 d的预抽期内,建新矿单孔抽采的有效半径为2.02 m,多孔抽采的布孔间距为2.86~4.50 m。结合煤层厚度提出了正三角形的布孔方式,经现场应用瓦斯参数达标,布孔方案切实有效。     

定向钻进技术在煤与瓦斯突出矿井中的试验研究

定向钻进技术是一种高效的区域瓦斯治理措施,可大幅节约施工成本、缩短施工周期,地质条件及钻进层位对定向钻进效果有直接影响,因此对定向钻进技术适用性的现场试验研究决定了该技术能否在施工现场成功运用。以平煤股份十一矿己_16-17-24070、己_16-17-24090工作面为试验地点,采用2种不同型号的定向钻机,分别沿煤层走向、倾向在顶板施工梳状定向分支孔,在平顶山矿区开展以孔代巷现场工业性试验,积极探索适用于平顶山矿区的新的瓦斯治理模式。依据VLD-1 000型千米定向钻机前期沿煤层走向的钻进效果,分析钻进效果不甚理想的原因;后期采用ZYWL-6000DS型煤矿用双履带式全液压定向钻机,沿煤层倾向施工定向钻孔,取得了良好的钻进效果。以2种定向钻机的钻进效果为依据,平煤股份十一矿确定了施工定向钻孔的钻机类型及钻孔设计,初步形成了适用于平煤股份十一矿的新的瓦斯治理模式。     

定向长钻孔整体水力压裂增透技术在赵固二矿的应用

针对赵固二矿煤层透气性低、钻孔有效影响半径小，实施定向长钻孔代替底板岩巷进行区域瓦斯治理期间钻孔工程量大、瓦斯抽采效果不理想的问题。结合煤层赋存特征及钻孔施工情况，采用定向长钻孔整体水力压裂增透技术，理论分析了合理坐封位置、压裂参数，完成200 m煤巷条带一次整体压裂，最大泵注压力24.3 MPa、累计注水量1 613 m³。并基于煤层全水分变化，考察确定了单个钻孔压裂影响范围达到巷道两帮30 m，有效改善了煤体储层特性，提高了煤层瓦斯抽采效率。在实现定向钻孔对预抽煤巷条带可靠控制的同时，最大程度降低了钻孔工程量、缩短了瓦斯治理周期，为实现矿区“以孔代巷”及高效安全开采提供了技术支撑。     

顺层定向长钻孔抽采工艺及应用

霍尔辛赫井田内构造发育，地质条件较为复杂，普通钻孔施工精准度不足，随着井田开拓区域往深部延伸，采掘工作面瓦斯含量日益增大，同时掘进工作面采取沿顶掘进，煤层厚度大，单排钻孔抽采半径有限，采用传统的“掘进面+耳状钻场”普通钻孔对巷道煤层抽采效果不佳，造成掘进期间工作面瓦斯浓度高。采用定向钻孔抽采工艺，通过实施顺层定向长钻孔预抽煤层瓦斯治理技术，实现了对煤巷掘进范围煤体的均匀控制，消除了瓦斯不均衡涌出隐患。实践表明，顺层长钻孔抽采技术可以有效解决复杂地质条件下厚煤层掘进工作面的瓦斯治理问题，为煤巷安全掘进提供了保障。     

贵州省煤矿瓦斯抽采技术装备现状与展望

针对松软低透煤层需应对瓦斯治理问题与如何应用瓦斯抽采装备的科学难题,基于贵州省瓦斯抽采技术装备取得的代表性成果,选取典型矿井介绍了定向和大功率钻机及瓦斯抽采成套附属装备现状,总结概括了其适用条件、使用过程中存在的优缺点,并对瓦斯抽采效果进行了评价。从支管抽采瓦斯浓度、钻孔的孔深、支管抽采瓦斯浓度衰减速度指标侧面反映ZDY-6000LD（F）定向钻机使用效果优于ZDY-4000LR大功率钻机。通过贵州省瓦斯抽采技术装备存在的问题,提出对定向钻机升级改造、随钻测量设备的开发与煤岩智能判别机制分析、定向钻机联合孔代巷技术进行瓦斯抽采研究以及基于钻孔大数据云技术的理论模型等研究方向进行概述,对贵州省煤矿抽采技术与装备发展进行展望。研究为未来矿井工业实现由劳动密集型向智能化、自动化等特点的技术密集型转变提出新的技术路径。     

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。     

定向长钻孔抽采瓦斯技术在榆树田井的研究与应用

通过对定向长钻孔在榆树田井实际施工情况以及钻孔瓦斯抽采情况研究,总结得出利用定向长钻孔进行煤巷掘进条带预抽煤层瓦斯在技术上是可行的,并且能够发挥其相较普通钻孔具有精确定向钻进、钻孔深度深、预抽效率高的优势,在取得较好的瓦斯治理效果的同时,也取得了较大的经济效益,为高瓦斯煤层的煤巷掘进提供了安全保障。     

强突煤层底板穿层钻孔高效成孔技术

底板穿层钻孔施工安全、应用范围广泛,已成为我国煤矿突出煤层瓦斯治理的有效方法之一,但在实施中,由于受到配套设备及工艺的因素制约,很难达到快速、高效的成孔要求。而底板穿层多列钻孔成孔技术借助于新型的多自由度、快速对孔调角钻机及工艺,具有消突、卸压效果好、钻进效率高等优势,采用该技术在淮北芦岭煤矿Ⅱ 883运输巷对8号、9号强突煤层消突,瓦斯压力大于4 MPa,共施工5组60个钻孔,钻进效率提高1.3倍,瓦斯抽采纯流量提高30%,瓦斯抽采浓度超过95%。     

低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术及应用

低煤阶煤层气资源受到了越来越多的关注,有望成为新的研究热点和煤层气勘探开发新领域。基于神东煤炭集团保德煤矿主采的8号煤层属典型的结构复杂低阶厚煤层的特点,开展了低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术的研究。通过对矿井原有封孔工艺的改进,应用煤矿井下钻孔抽采瓦斯效果预测平台,优化8号煤层回采工作面瓦斯预抽钻孔的布孔工艺,进一步应用井下双向立体交错钻孔联合抽采瓦斯工艺实施回采前的工作面瓦斯治理,使之形成立体分层抽采瓦斯的格局。工程应用结果表明,应用低阶厚煤层立体抽采瓦斯技术可有效降低煤层瓦斯含量,使工作面实现回采前的瓦斯抽采达标。试验期间,累计抽采瓦斯量1 651.93万m³,瓦斯的预抽率达58.96%。     

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。