软硬复合突出煤层提高钻进深度和效率的研究

晋煤集团赵庄矿3301工作面,瓦斯含量高、地压力大,煤体软硬变化不均,稳定性差,可定义为软硬复合突出煤层,采用常用光面钻杆施工,多次出现卡钻、断钻、丢钻等钻进事故.针对上述问题,研制大直径高强扒孔降温钻杆,为保证该钻杆强度的可靠性,建立73钻杆数学模型,对其强度进行校核.研究结果表明,采用R780地质管材加工大直径扒孔降温钻杆,其强度满足实际工况,通过工业性试验,钻进排渣顺畅,钻杆无弯曲、断裂现象,钻进深度提高32.44％,钻进效率提高30.41％.     

碎软煤层钻进钻杆槽体结构优化与工程应用

高瓦斯碎软煤层具有煤体强度低、瓦斯含量高等特征,钻进过程中钻孔变形量大、易失稳破坏形成塌孔,导致钻孔深度浅、钻进效率低,进而影响了瓦斯抽采效率。为了提升刻槽钻杆在碎软煤层的应用效果,考虑螺旋槽体头数、螺距、槽深与槽宽等关键参数,采用EDEM与Fluent气固相间耦合的数值计算方法,构建刻槽钻杆钻进排渣模型,对比分析了刻槽钻杆的结构参数对排渣性能的影响。结果表明,增加螺旋槽体的头数,有利于增大排渣空间,提升钻杆的排渣效果;对于Ф50 mm的小直径刻槽钻杆,钻杆表面螺旋槽体设计为三头结构,相比单头和双头槽体,其排渣性能有明显提升;三螺旋刻槽钻杆螺距设计为252 mm、槽深为2.5 mm、槽宽为16 mm时,钻杆的排渣效果最优。通过现场工业性试验,钻进效果与煤矿使用的圆钻杆进行对比,三螺旋刻槽钻杆钻进深度提高11.5%,钻进效率提高35.4%,成孔率达到100%,在钻孔施工的过程中断钻、卡钻等打钻事故均未发生。     

软煤层钻进钻穴区钻屑运移动态特征及应用

软煤层钻进过程中孔壁失稳破坏形成钻穴是致使钻进困难的主要原因。建立常态钻孔、开放型钻穴和填充型钻穴排渣模型,对孔内钻屑运移进行气固耦合动力学分析。研究结果表明,开放型钻穴对钻屑运移的影响较小,仅带来一定的压力损耗;填充型钻穴在钻孔底部的钻屑质量分数成倍增长,钻屑颗粒运动轨迹曲折,排出需要更长时间;填充型钻穴区出现瞬间动压波峰,压差损耗是常态钻孔、开放型钻穴的数倍。基于钻穴区钻屑运移特征,提出降低钻杆排渣阻力、增大排渣空间的钻具设计方法,研制了刻槽螺旋钻杆、低螺旋钻杆、等离子熔涂螺旋钻杆等系列钻杆,通过工程应用,软煤层钻进深度和钻进效率得到了有效改善。     

淮南矿区复杂顶板高位定向孔复合排渣钻进技术

针对有线测量系统配套中心通缆式钻杆在淮南复杂顶板高位定向钻孔施工中,存在的钻孔进入目标层后钻遇复杂地层时憋压、卡钻、难以有效成孔的问题,分析了造成此类问题的原因,提出采用泥浆脉冲无线随钻测量系统配合整体式螺旋钻杆进行复杂顶板高位定向钻孔施工的技术方案。开发了基于整体式螺旋钻杆的复合排渣工艺技术,研制和选型了适用的钻进装备系统,形成了成套技术与装备,在淮南矿业集团潘三矿17102(3)工作面进行现场试验,完成顶板高位定向钻孔10个,孔深501m,钻孔总进尺5 010 m。试验表明:该套技术与装备具有排渣效果好、钻进安全性高、复杂地层中成孔率高等优点,显著提升了复杂顶板中高位定向钻孔施工效果。     

松软煤层新型螺旋钻杆研制及应用

为解决现有钻杆在松软煤层钻进中事故频发、钻孔深度浅、成孔率低等难题,基于松软煤层钻进及现有配套设备特点,从排渣性能、护孔能力、加工工艺等方面对钻杆结构进行研究,研制出一种带弓形螺旋槽的新型螺旋钻杆。现场工业性试验中,新型螺旋钻杆替换同尺寸常规螺旋钻杆后,增加了松软煤层钻孔深度,成孔率为90%,且钻进过程中无钻杆断裂、掉钻事故发生。结果表明,新型螺旋钻杆结构设计合理,设备兼容性好,整体力学性能稳定,有利于提高井壁稳定性和排渣效率,降低卡钻、塌孔、掉钻等事故发生率。     

低螺旋钻杆在局部松软煤层顺层瓦斯钻孔施工中的应用

针对松软煤层钻孔施工成孔率低、钻孔施工深度浅等技术问题,以寺河二号井为例,分析光圆钻杆和低螺旋钻杆在井下施工中的优缺点。通过对松软煤层中两种钻杆的钻进特性分析,同时进行两种钻杆排渣原理研究并进行现场实践分析,得出使用低螺旋钻杆钻进的优点,为后续松软煤层钻孔施工提供参考。     

钻杆类型对松软煤层顺层钻孔排渣的影响

针对松软煤层顺层钻孔压风排渣困难的问题,通过现场试验分析2种钻孔施工中风压和风量的变化规律,确定了最小风压及其计算方法。结果表明:由于钻杆结构的不同,相同风压下,三棱钻杆比圆钻杆更容易排渣,在相同深度下圆钻杆的最小供风压力比三棱钻杆大;2种类型钻杆在施工过程中随深度增加风量均呈现下降的趋势,而圆钻杆下降的趋势的绝对量比三棱钻杆大;随着施工深度的增加,2种钻杆钻屑量均呈增加的趋势,在同一深度三棱钻杆明显比圆钻杆钻屑量要大;圆钻杆与孔壁的排渣空间要小于三棱钻杆,在钻进速度相同的情况下,煤屑在三棱钻杆钻孔中的阻塞几率要小于圆钻杆,三棱钻杆更容易将钻屑顺利地排出,而且还有利于瓦斯的排放。     

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。     

ф95/60.3 mm插接密封式宽翼片螺旋钻杆研制

为解决常规宽翼片螺旋钻杆和插接式螺旋钻杆在富含硫铁矿结核的松软突出煤层钻孔施工存在的钻孔深度浅、孔内事故多、煤层钻遇率低、钻进时效慢等问题,通过借鉴上述2种钻杆排粉机理,设计插接密封式钻杆接头,改进螺旋翼片结构,研制出ф95/60.3 mm插接密封式宽翼片螺旋钻杆。简要介绍了插接密封式宽翼片螺旋钻杆设计和关键制造技术。通过现场工业性试验,累计施工8个钻孔,最大成孔深度103.5 m,平均成孔深度近97 m,平均钻进效率为10.4m/h,纯钻进效率约18.3 m/h,表明了该钻杆在同类煤层施工时具有很好的应用效果。     

整体式三棱螺旋钻杆的研制及其应用

低透气性松软突出煤层钻孔施工一直是国内没有很好解决的难题,就目前的现场应用来看,三棱钻杆因其特殊的结构及钻进方式,在松软煤层施工瓦斯抽放孔时取得了一定的效果,但在极不稳定的软煤层中钻进,三棱钻杆容易扭断,易发生掉钻事故。为此,结合三棱钻杆、螺旋钻杆及宽叶片钻杆的优点,研制了在松软煤层钻孔施工中更具有优势的三棱螺旋钻杆,并通过现场试验验证了钻杆的使用效果。     

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。     

大孔径螺旋深孔钻机的设计和应用

大孔径螺旋深孔钻机采用独头钻采的工艺,主机布置在巷道中,利用液压推进装置带动旋转的钻具向煤层钻孔,钻头割煤,螺旋钻杆掏煤,煤直接落在运输机上运出,实现工作面无人安全钻采。     

采用空气潜孔锤钻进技术在井筒内施工泄水孔实践

袁店一井煤矿风井井筒基岩段施工中遇工作面大量涌水,排水能力无法满足掘砌需要。为保证井筒掘砌施工安全,提出施工钻孔直达风巷的方法进行快速泄水,但已无法进行传统泥浆钻进。通过采用长距离悬空钻杆结合空气潜孔锤钻进技术以及孔口管的安装等施工工艺和措施,有效解决了岩粉上返、水压过大、钻杆摆动等施工技术难题,快速地完成了泄水孔的施工,成功将井筒基岩段涌水排入井下水仓,从而确保了井筒的安全和快速施工。     

机载锚杆钻机巷道支护及煤层注水技术应用

针对掘锚机配套侧帮锚杆钻机施工巷道两帮上排锚杆孔角度较大及掘进时工作面粉尘浓度较大的问题,在掘锚机顶部平台加装机载锚杆钻机,代替人工完成巷道两帮上排锚杆孔施工,同时可以实现掘进面迎头煤层注水孔施工.通过在保德煤矿81309回撤通道掘进面的现场工业性试验表明,MJZ-400/300E型机载锚杆钻机结构尺寸小,与掘锚机配套...     

城郊煤矿底板改造钻孔偏斜规律研究

目前煤矿钻孔中容易被忽视的钻孔偏斜问题日显突出,影响钻孔施工的安全和效果.城郊煤矿存在着复杂的地质特征,断层构造带、含水组以及隔水组等发育.为查明钻孔终孔位置,降低钻孔偏斜,通过分析矿用回转钻机测斜仪工作原理,对城郊煤矿钻孔实施过程中的测斜数据进行采集,并对钻孔测斜的环境影响因素和系统误差影响因素进行了分析.对钻孔左右...     

基于超大直径钻孔的瓦斯治理技术研究

针对天地王坡煤矿井田地质情况及瓦斯抽采钻孔易塌孔、施工难度大、成本高等技术难题,进行了煤层超大直径钻孔技术装备及瓦斯治理工艺研究。提出了"以孔代川"的瓦斯治理工艺新方法,研制出基于螺旋钻杆与外护管同步钻进技术的超大直径钻孔装置,有效解决了工作面瓦斯超限问题。     

张集煤矿灰岩顺层定向钻进托压效应及影响因素分析

针对张集煤矿坚硬灰岩顺层定向钻进中发现的钻孔孔深与孔口给进压力之间的变化规律,在400~500 m孔深时出现托压现象,运用钻柱弹性送钻理论对托压效应产生的机理进行了分析,能够很好地解释张集煤矿坚硬灰岩顺层定向钻进中发现的规律,托压效应的产生主要是受到了钻孔摩阻的影响。在此基础上,对托压效应的影响因素进行了分析,主要影响因素有:地层岩性、曲率和位移、垂深与岩屑、孔深、自重与给进压力,并从减小坚硬岩层滑动定向钻进托压效应影响的角度出发,从减小钻柱与孔壁的摩阻、研发减阻降摩工具和复合钻进方面给出了优化建议。     

受火区威胁易燃煤层回采工作面复合灾害治理研究

以五虎山煤矿011203工作面为工程实例,分析了011203工作面受上覆煤层火区、采空区自然发火及瓦斯涌出的影响,构建复合灾害治理模式,采取走向+倾向交错钻孔联合大面积区域抽采煤层瓦斯,井上填埋黄土及井上下注液氮,回风巷施工高位钻孔、采空区埋管抽采,以及均压通风等综合治理技术,应用结果表明,工作面回采期间上隅角瓦斯浓度不超过0.8%,回风巷瓦斯浓度不超过0.5%,上隅角和回风流CO体积分数均为0,复合灾害治理效果明显,保证了受火区威胁易燃近距离煤层群综放工作面的安全生产。     

孤岛工作面煤层注水工艺技术研究

针对孤岛工作面的特殊地质条件,从钻孔施工、封孔方式及注水工艺等方面对煤层注水工艺进行不断试验和改进。试验结果表明:采用螺旋钻杆辅以压风的排渣方式,不同地点采用不同的封孔方式,低压多孔小流量的注水工艺能够改善注水效果,满足实际注水需要。