新型瓦斯油采钻孔设备及下放筛管技术研究

 针对突出松软煤层区域治理中暴露的本煤层钻孔钻进难、塌孔、抽采周期短、抽采浓度衰减快这一瓶颈问题,课题组研发一套新型的钻进工艺及设备,并与河南煤层气开发与利用公司合作,在平煤十矿进行现场试验,通过与传统钻孔工艺对比,新型工艺具有成孔率高（成孔率可达100%）、筛管下放率高（可达98%以上）、操作方便快捷、节省成本、减小劳动强度等特点,提高了瓦斯的抽采浓度和抽采周期（浓度提高3-4倍,日平均抽采量提高8倍以上）,实现了煤矿的安全生产,具有良好的经济效益。     

大直径长钻孔预抽本煤层瓦斯技术优化研究与应用

新元煤矿为煤与瓦斯突出矿井，本煤层瓦斯抽采存在钻孔施工困难、抽采效果差、抽采达标时间长等问题，以9108工作面为背景，引进EH260型高转速液压螺旋钻进机优化施工工艺，数值模拟研究确定合理的抽采负压为-30 kPa,通过钻屑法研究分析确定封孔段深度9～17 m.现场应用结果表明，顺层钻孔钻进深度可达300 m,成孔率达87.3%,抽采瓦斯浓度较原工艺提高了约15.8倍，百米钻孔瓦斯采纯量提高了110倍，取得了良好的瓦斯抽采及消突效果。     

松软煤层中风压空气钻进技术与装备

松软煤层中施工顺层瓦斯抽采长钻孔的难度大,现有技术、装备在一定程度上还存在成孔深度浅、成孔率低等问题,不能完全满足瓦斯高效抽采的需要。为此,开发了井下中风压空气钻进工艺技术:包括压缩空气与螺旋钻杆复合排渣工艺、多级除尘技术、筛管护孔工艺技术等。应用结果表明:在同等施工条件下,采用中风压空气钻进技术与装备后,平均成孔深度普遍提高1倍左右,钻进效率提高35%左右,成孔率提高到了70%左右,为松软煤层瓦斯抽采钻孔施工提供了可靠的技术与装备保障。     

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。     

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。     

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。     

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%。     

新型瓦斯抽放钻孔技术在平煤十矿松软煤层中的应用

治理瓦斯的直接手段是施工瓦斯抽放钻孔,但在普氏系数低于0.5的松软煤层中治理瓦斯不论是成孔深度还是瓦斯抽放效果都不理想,为掘进施工埋下重大安全隐患。为改变松软煤层瓦斯抽放现状,将新型瓦斯抽放钻孔技术应用于平煤十矿,试验效果显著,成孔率达80%以上,平均纯抽采量提高8倍以上,有效地提高了瓦斯抽放效率,为煤矿安全生产提供了有力的技术保障。     

新型瓦斯抽放钻孔技术在平煤十矿松软煤层中的应用

治理瓦斯的直接手段是施工瓦斯抽放钻孔,但在普氏系数低于0.5的松软煤层中治理瓦斯不论是成孔深度还是瓦斯抽放效果都不理想,为掘进施工埋下重大安全隐患。为改变松软煤层瓦斯抽放现状,将新型瓦斯抽放钻孔技术应用于平煤十矿,试验效果显著,成孔率达80%以上,平均纯抽采量提高8倍以上,有效地提高了瓦斯抽放效率,为煤矿安全生产提供了有力的技术保障。     

碎软煤层定向钻进技术研究与应用

针对碎软煤层定向钻孔深度浅、施工效率低、钻孔事故频发等问题,开发了基于无线随钻测量系统的复合定向钻进技术。介绍了钻进装备系统的典型组成,分析了泥浆脉冲无线随钻测量系统工作原理与特点。实施了碎软煤层定向钻进试验,完成本煤层定向钻孔5个,最深孔深324 m。与常规滑动定向钻进技术相比,综合钻进效率提升50%以上,钻孔成孔率达到60%。表明该技术具有成孔率高,钻孔返渣效果好,综合钻进效率高等技术优势,可用于碎软煤层瓦斯抽采治理。     

松软煤层全孔段下筛管瓦斯抽采技术与装备研究

以潞安李村煤矿为研究对象,研发新型全孔段下筛管技术的配套设备及工艺流程,并进行了工业试验。结果表明:松软煤层全孔段下筛管技术成孔率是传统下筛管技术的2倍。该工艺可以对裸孔进行护孔,降低钻孔塌孔率,提高了下筛管效率,增加了经济效益;全孔段下筛管工艺下瓦斯浓度稳定在30.6%,是传统工艺下瓦斯浓度的2.83~2.85倍;利用全孔段下筛管工艺可以使单孔纯瓦斯流量提高近2.15~2.36倍,效果明显;松软煤层全孔段下筛管护孔瓦斯抽采效果远高于传统下筛管瓦斯抽采工艺,提高了钻孔的可靠性,保证了瓦斯的抽采效率,解放了生产力,具有良好的推广应用前景。     

底板梳状钻孔在碎软煤层瓦斯治理中的应用

针对碎软煤层顺层钻孔成孔深度浅、成孔率低、存在抽采盲区等突出问题,基于贵州省青龙煤矿煤层及顶底板岩层赋存特征,提出利用底板梳状钻孔进行碎软煤层长距离、区域瓦斯抽采与治理。首先分析了底板梳状钻孔的施工工艺原理及技术优势所在,从布孔层位、分支点位和钻孔间距的选择等方面总结了底板梳状钻孔的设计原则。通过钻进装备的优选、钻进工艺参数和钻具组合的优化,成功穿越破碎煤岩层孔段,并实现了?127 mm套管全程护孔下放,在21605底抽巷施工完成了多组底板梳状定向钻孔。瓦斯抽采效果表明:底板梳状定向钻孔瓦斯抽采流量大、浓度高、衰减速度慢,单孔瓦斯抽采浓度60%～85%、抽采纯量0.8～2.5 m~3/min,实现了碎软煤层瓦斯高效抽采。为碎软煤层矿井区域瓦斯抽采与治理提供了重要的借鉴。     

穿层钻孔“孔底一注”封孔提浓技术应用研究

针对深井低透气性强突出煤层瓦斯预抽钻孔封孔后易漏气、抽采浓度低、抽采量小的问题,提出了"孔底一注"带压封孔新工艺,降低了预抽瓦斯穿层钻孔漏气率,提高了钻孔密封性,钻孔瓦斯抽采浓度、抽采纯量大幅提升。结合现场工程试验,对该封孔技术的应用效果进行了对比分析,分析结果表明:穿层钻孔单孔瓦斯抽采浓度达80%以上,单孔抽采纯量为0.035 m~3/min,采取"孔底一注"封孔新工艺较普通的封孔工艺抽采浓度提高近4倍,抽采纯量提高近9倍,有效地改善了矿井松软低透气性煤层瓦斯抽采封孔工艺存在的问题,显著提高了煤层瓦斯抽采效果,缩短了抽采达标时间。     

改进的瓦斯钻孔技术在松软煤层中的应用

对于突出煤层的瓦斯治理,当在普氏系数小于0.5的煤层时,在常规的抽放钻孔技术进行瓦斯抽放过程中晋煤古书院矿,采取了一种新型的瓦斯抽放钻孔技术,可以保证80%以上的成孔率,同时能够达到原技术抽放量的8倍,试验结果表明该新技术对于松软型煤层瓦斯抽放具有较为明显的效果,能够有效解决松软突出煤层瓦斯抽放钻孔钻进和成效问题,有利于突出煤层的瓦斯治理。     

矿用挠性钻杆的应用与钻进工艺研究

针对采用常规钻探设备和钻进工艺,很难保证瓦斯抽采煤孔的有效抽采长度,实际钻孔轨迹与设计钻孔轨迹偏差较大,瓦斯抽放钻孔施工不到位的问题,结合工业性试验,利用现有旋转钻进设备配合强力造斜挠性组合钻具,依据挠性钻杆造斜钻进理论,研究挠性钻杆旋转钻进强力造斜钻进工艺。实践证明,这种工艺方法的应用,增加了顶底板穿层孔煤层段长度,提高了成孔率和瓦斯抽采率。     

松软突出煤层全孔段下放筛管瓦斯抽采技术研究

针对松软突出煤层松软、透气性低、施工瓦斯抽采钻孔成孔率低等问题,开发出全孔段下放筛管瓦斯抽采技术,并在平煤十矿、新集一矿对该技术进行了现场试验。结果表明:松软突出煤层全孔段下放筛管技术的筛管下入率可达97%以上,与传统退钻裸眼瓦斯抽采技术相比,平煤十矿的单孔平均瓦斯抽采浓度可提高2倍以上,单孔平均瓦斯抽采量可提高3.5倍以上;与普通下放筛管瓦斯抽采技术相比,新集一矿的瓦斯抽采浓度提高近1倍,达到了预期效果。     

土城矿松软煤层下筛管瓦斯抽采技术试验研究

针对土城矿煤层松软成孔困难、孔壁易坍塌、钻孔瓦斯抽采效率低下、煤层瓦斯难以被抽出的问题,提出采用下筛管技术,通过对软煤层钻孔形成内部支撑力,达到提高钻孔稳定性与瓦斯抽采效率的目的。现场试验表明:采用钻杆内下筛管技术,筛管下放率可达95%以上,钻孔平均瓦斯抽采量比退钻后下筛管及未下筛管分别提高2.5倍和9.2倍,瓦斯平均浓度分别提高1.87倍和12.03倍。     

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。     

矿井压风排渣成孔技术的应用

为解决突出危险区域松软煤层回采工作面本煤层预抽钻孔成孔难的问题,结合屯兰矿地质情况,提出并引进了矿井压风排渣成孔技术。该技术经过井下现场应用效果良好,钻孔长度由原来的60 m增加到150 m,钻孔成孔率高,孔内煤渣便于排出;钻孔能按设计要求覆盖工作面,而且抽采效果好,瓦斯抽采浓度由原来10%提高到35%以上,个别单孔浓度在50%以上;代替了以往水力排渣成孔钻进模式,降低了工作面回采过程中本煤层瓦斯含量,实现了回采过程中瓦斯零超限,经济效益和安全效益十分显著。具有广泛的推广应用价值。     

碎软煤层空气复合定向钻进工艺技术

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。