复杂工况下顺煤层空气定向钻进应用研究

碎软煤层在我国煤炭资源中占比大,一般顺煤层钻孔成孔性差、成孔深度浅,而以空气作为冲洗介质的定向钻进工艺是解决碎软突出煤层钻进问题的有效方法。部分矿区受复杂工况影响,致使冲洗介质产生大量凝结水造成碎软煤层顺煤层空气定向钻进效率极低、甚至难以钻进的情况。因此,本文从井下碎软煤层空气定向钻进技术出发,对复杂工况下空气冲洗介质中凝结水形成机制以及空气钻进中凝结水对定向钻进作业的影响进行分析与研究,并通过改进冲洗介质管道装置解决了这一复杂工况下产生的钻进低效问题。该研究成果在西南某矿得以验证和应用,在使用改进工艺时空气螺杆马达在软煤顺层定向钻进的单班最大进尺达到51 m、单孔钻进最大平均速度达到34.5 m/班次,为相似工况下顺煤层钻孔施工提供了范例,对复杂工况下碎软煤层钻孔成孔研究有重要推进意义。     

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。     

煤矿井下碎软煤层定向钻进技术及应用

基于气动螺杆马达定向钻进技术及装备,根据青龙煤矿实际情况,对21601工作面钻场钻孔布置方案进行了设计,探讨了顺层定向长钻孔施工特点,现场试验结果表明,定向钻孔深度300 m以上的超过75%,最大深度达406 m,瓦斯抽采纯量是常规钻孔的10倍以上。收集整理了2014—2018年钻孔工程量、瓦斯抽采量、抽采率、瓦斯治理井巷工程量、甲烷超限次数、回采煤量、瓦斯利用量和瓦斯发电量等相关数据,利用软件Excel绘制参数变量随时间变化的柱状图,对比分析了常规钻孔和定向钻孔的瓦斯抽采效果,结果表明,定向钻孔抽采效率远优于常规钻孔,更能满足煤矿井下的实际需求。     

沿煤层定向钻进瓦斯抽采技术在宁夏矿区的应用

概述了沿煤层定向钻进技术的发展现状及其定向钻进系统特点,基于该技术在宁夏矿区瓦斯抽采中的工程实践,综合分析了沿煤层定向钻孔的瓦斯抽采效果与各抽采参数间的相互关系,通过与该矿传统穿层钻孔瓦斯治理技术相比较,得出了沿煤层定向钻进技术在瓦斯治理工程中的7大优点,为该技术在国内相应地质条件下的推广应用提供了可靠的依据.     

破碎煤层定向钻进工艺在万峰煤矿的应用

定向钻进技术及装备作为国内近几年来煤矿井下钻孔施工领域最先进的技术,在煤矿井下瓦斯治理方面发挥着越来越重要的作用,但通过调研发现,由于该技术装备的结构特点决定了其在稳定地层中钻孔效果较好,而在破碎地层中钻孔效果较差。开发了破碎煤层定向钻进工艺,并在金晖万峰煤矿进行了应用。从试验结果来看,对于万峰煤矿这种地质构造复杂的破碎地层,虽然施工难度大且突发状况较多,但应用破碎煤层定向钻进工艺也可施工定向长钻孔。     

随钻测量定向钻进技术在煤矿井下地质勘探中的应用

煤矿井下随钻测量定向钻进技术是一种成熟的钻孔施工技术,该技术具有钻孔轨迹参数可精确测量和计算、钻孔轨迹可人为控制以及开分支孔等特点。基于上述技术特点,随钻测量定向钻进技术适用于煤矿井下长距离、高精度地质勘探。现场实例介绍了定向钻进技术在煤矿井下地质勘探中的应用技术以及分析方法,可为同类钻孔施工提供经验借鉴;同时,针对现场施工中存在的问题,并指出了该技术的发展方向。     

顺煤层超长定向孔滑动减阻钻进关键技术研究

煤矿井下大盘区瓦斯治理客观上要求顺煤层超长定向钻孔长度达到3000 m以上,受制于目前煤矿井下定向钻进技术与装备,顺煤层钻孔滑动定向钻进最大孔深不超过2000 m;从定向钻进工艺角度出发,对超长定向钻孔滑动钻进过程中钻进阻力影响因素进行分析,并从理论分析和实钻数据统计的基础上揭示了超长定向钻孔滑动钻进阻力随孔深的变化规律,得出钻具与孔壁之间摩擦阻力随孔深增加加速上升是制约钻进深度的根本原因;基于此开发出煤矿井下水力加压减阻钻进技术及正反扭转减阻钻进技术,分别从改善孔底钻具受力状态和孔口钻具滚动摩擦替代滑动摩擦出发,有效缓解超长定向钻孔钻具托压问题;在保德矿二盘区81210工作面进行了现场应用。试验结果表明:水力加压钻进将钻进阻力缓慢线性增长区域从1000 m以内提升至1500 m以内,正反扭转钻进将2000 m以后滑动钻进压力降低了2~4 MPa,通过水力加压钻进及正反扭转钻进技术结合成功将滑动定向钻进深度提升至2700 m,有效提升了超长定向钻孔轨迹控制精度及钻孔长度,为大盘区瓦斯抽采提供技术保障。     

随钻测量定向钻进技术在煤矿水害防治中的应用

煤矿井下随钻测量定向钻进技术具有钻进效率高和钻孔轨迹控制精确的优点,已被广泛地应用于煤矿井下瓦斯抽采和矿井地质构造勘探,近年来,也逐渐在煤矿井下的水害防治中开始得到应用。通过在赵固一矿底板注浆加固过程中随钻测量定向钻进技术的应用试验,验证了该技术在煤层底板注浆加固中具有施工效率高、加固范围广、注浆效果好的优势。     

超长定向钻孔滑动钻进减阻技术及其应用

针对煤矿井下近水平深孔条件下,滑动定向钻进时钻进阻力大、钻进效率低、钻孔深度受限等问题,研究形成了滑动钻进减阻技术,包括水力加压钻进技术和正反扭转钻进技术。应用该技术在保德煤矿完成了3 353 m的顺煤层超长定向钻孔,分析钻进工艺参数表明:该技术具有明显的滑动钻进减阻效果,对于提高煤矿井下超长定向孔钻进能力、钻进效率及钻孔轨迹控制精度具有重要意义。     

沿煤层定向钻进技术的研究与应用

利用沿煤层定向技术基本原理，针对煤矿地层特点，在研究矿区沿煤层定向钻进技术及成孔工艺的基础上，成功地在松散煤层中钻出孔深超过170m的沿煤层钻孔。     

定向长钻孔施工技术在急倾斜煤层中的应用

针对哈沙图煤矿特殊地质急倾斜煤层矿井瓦斯含量大,本煤层瓦斯抽采钻孔在煤层走向和倾向上波状起伏大,普通钻机施工效果较差的情况,采用定向钻机施工本煤层定向长钻孔以解决区域瓦斯抽采的问题。结果表明：采取上述措施后,施工钻孔深度达702 m,遇地质异常采用的开分支方法最短时间为40 min,抽采瓦斯体积分数达80%以上,保证了施工顺利进行。     

顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突技术在火烧铺煤矿的应用

针对贵州火烧铺煤矿3^#煤层瓦斯抽采效果不佳、抽采时间较长等问题,结合以往的瓦斯治理技术经验,对火烧铺煤矿2632首采工作面实施顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施。介绍了顺层长钻孔的设计及施工情况,以及封孔工艺,应用结果表明：实施顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施后,2632首采工作面顺层长钻孔抽采区域的主管瓦斯抽采浓度、抽采纯流量提高了1倍多,煤层残存瓦斯含量和钻屑瓦斯解吸指标K₁值均小于规定的临界指标值,并且节约了生产成本,实现了工作面的安全高效开采。     

双预裂孔爆破在高瓦斯低渗透煤层中的应用研究

以绿塘煤矿601-3工作面开采的6_中高瓦斯低渗透煤层为研究对象,将双预裂孔爆破技术应用于高瓦斯低渗透煤层,分析了双预裂孔爆破机理,采用数值模拟方法研究了不同预裂孔间距条件下裂纹扩展规律,考察了双预裂孔爆破对单孔瓦斯流量、单孔瓦斯浓度、煤层透气性系数的影响。研究结果表明：双预裂孔爆破区域爆破后与爆破前相比,平均单孔瓦斯纯流量提高了3.25倍,单孔瓦斯浓度提高了2.28倍,煤层透气性系数平均提高2.15倍,有效提高了瓦斯抽采量,加快了工作面生产速度,保障了矿井采掘安全。     

煤矿井下梳状定向孔钻进技术与装备

为解决松软煤层瓦斯抽采孔成孔性差、抽采距离短、抽采区域小等难题,利用梳状定向孔钻进技术在松软煤层稳定的顶底板岩层施工长距离主孔,再从主孔开梳状分支孔进入目标层位,实现对松软煤层瓦斯远距离与区域抽采。根据梳状孔在松软煤层施工特点,研制了梳状孔施工所需钻探设备,研究出不同梳状孔类型的施工工艺。梳状定向钻技术在朱仙庄和九里山煤矿应用效果表明：该技术满足孔深大于500 m施工要求,可实现软煤中本煤层和采空区卸压瓦斯治理,在采空区卸压瓦斯治理中单孔最高日抽采瓦斯纯量4 224.3 m3,为松软煤层瓦斯治理提供了新的技术途径。     

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。     

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。     

大俯角长距离煤层瓦斯压力测试装置在黔金煤矿的应用

研究了大俯角长距离煤层瓦斯压力测试装置,其创新在于"双挡板+返浆管"设计。通过在黔金煤矿测试15号煤层瓦斯压力的应用,并与传统"单挡板+倒浆"注浆封孔测试的瓦斯压力数据进行对比,3组瓦斯压力测试钻孔的测试结果分别为0.17 MPa与0 MPa、0.25 MPa与0.25MPa、0.27 MPa与0.18 MPa,研究表明"单挡板+倒浆"注浆封孔适用于短距离封孔,对于大俯角长距离钻孔,"双挡板+返浆管"注浆封孔装置的封孔质量更好。     

松软突出煤层打钻技术

针对松软突出煤层瓦斯抽放钻孔施工深度浅、成孔率低等难题,通过优选施工钻具,改进排渣方式和适当的技术参数入手,提高了钻进深度,成孔率大幅度提高,取得了较好的效果。     

穿层钻孔煤孔段造斜钻进技术研究

介绍了抽放瓦斯穿层孔煤孔段造斜钻进的钻孔轨迹设计及钻进工艺,在试验中采用定向钻进技术,使穿层钻孔轨迹在煤孔段产生向下弯曲,延长了煤孔段长度,提高瓦斯抽放效率。施工中使用强造斜组合钻具钻进,使钻孔最大造斜强度达到2°/m,相对于常规钻进工艺,煤孔段最大延长2.45倍。     

定向钻孔预抽突出煤层煤巷条带瓦斯技术

为缓解突出煤层矿井采掘衔接紧张的矛盾、实现煤巷掘进前快速消突的目标,针对传统瓦斯抽采消突方法存在的施工周期长、成本高的问题,提出利用定向钻孔预抽突出煤层煤巷条带瓦斯,采用空气复合定向钻进技术解决突出煤层定向长钻孔钻进难题,并且研制选型了配套的空气复合定向钻进装备。在青龙煤矿试验情况表明：该技术装备成孔效果显著,攻克了钻孔施工过程中存在的钻孔轨迹精确控制、下斜孔高效排渣、空气螺杆钻具正常运转等技术难题,定向长钻孔抽采瓦斯流量大、浓度高,其中21608轨顺钻场已抽采200万m3瓦斯;21601运顺钻场瓦斯抽采达标,经区域效果检验合格后已安全掘进。研究为碎软突出煤层煤巷条带消突提供了新的思路。