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。     

松软突出煤层新型钻进技术研究

低螺旋钻杆是为解决松软突出煤层钻进难题而发明的一种新型钻杆.为充分发挥低螺旋钻杆应用于松软煤层钻进的优势,根据实际应用情况,建立相应的排渣数值模型,分析低螺旋钻杆螺旋凸棱的宽度和螺距的变化对排渣效果的影响情况;根据在实际应用中配套钻机的动力参数,对低螺旋钻杆进行强度分析.研究结果表明,螺旋凸棱宽度l为14 mm,螺距s为80 mm,排渣效果最优,且钻杆强度的最小安全系数为1.87,钻杆加工参数优化设计合理.通过松软突出煤层钻进工业性试验,钻进深度和钻进效率提高显著.     

松软突出煤层合理钻杆研制及应用

松软突出煤层由于受煤和瓦斯赋存特征、高地应力、高瓦斯压力的综合作用,造成本煤层钻孔卡钻、塌孔现象经常发生,导致防突措施钻孔施工不到位,引起矿井采掘抽关系紧张,形成严重的安全生产隐患。在分析引起松软突出煤层钻进困难的原因之后,提出了合理的钻杆钻进排渣方法,并研制了新型高强三棱刻槽钻杆,在突出矿井本煤层孔钻进取得了良好的效果。     

煤矿复杂地层用螺旋异型钻杆结构数值模拟与优化

为使新型螺旋异型钻杆在煤矿井下复杂地层压风钻进时达到更好的排渣效果与钻孔成孔质量,采用正交试验设计方法,运用工程流体动力学(EFD)对螺旋异型钻杆的异型槽结构参数进行数值模拟优化,以得到最优的异型排渣槽结构。理论分析结果表明:异型槽数量N、异型槽结构形式、异型槽螺距P、异型槽深度d、异型槽宽度L这5个异型槽结构参数显著影响Ф73 mm螺旋异型钻杆的排渣效果。平底式螺旋槽、槽深d=6 mm、导程P=735 mm、槽数N=3条、L=40 mm为Ф73 mm螺旋异型钻杆的最优理论结构参数组合。     

长平煤矿顺层钻孔钻进工艺改进及应用

在高瓦斯松软煤层施工顺层钻孔时常因喷孔、卡钻等现象影响钻进,基于钻穴理论分析了不同钻进工艺的排渣原理,并在长平煤矿应用双动力刻槽钻杆匹配风力排渣的钻进工艺,施工顺层钻孔可显著提高成孔率和钻进效率。     

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。     

高转速复合排渣钻进技术在松软突出煤层中的应用

针对松软突出煤层钻孔施工中钻孔深度浅、成孔率低的难题,分析并总结了松软突出煤层钻孔施工的几种工艺方法及存在问题,提出高转速压风—螺旋复合排渣技术。阐述了该工艺技术原理并分析确定了高转速复合排渣钻进工艺参数。现场实践表明,采用高转速钻机并配套Φ95/60. 3mm插接密封式螺旋钻杆及Φ98mm胎体弧角PDC钻头的钻具组合进行施工,成孔率提高到70. 6%,钻孔深度也显著提高,为松软突出煤层钻孔施工提供参考。     

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。     

顶板复杂岩层无线随钻测量复合定向钻进技术

针对以往顶板复杂岩层中施工定向钻孔时存在钻进效率低、排渣效果差、易发生钻孔事故的不足,开发了基于螺旋钻杆的无线随钻测量复合定向钻进技术,选配了适用钻进装备;在淮南顾桥矿进行了现场试验,试验最大钻孔深度530 m,累计钻孔进尺1 673 m,成孔率达到100%,排渣效果提高2倍以上。试验结果表明:泥浆脉冲无线随钻测量系统工作性能稳定、测量数据准确,复合定向钻进技术钻进效率高、钻进能力强,螺旋钻杆复合排渣效果好、钻孔清洁度高;有效提高了复杂岩层钻孔成孔率、成孔效率和钻进安全性。     

肋骨钻杆风力排渣与阻塞机理研究

在突出松软煤层钻孔过程中,目前普遍采用肋骨钻杆配合钻杆中部通风的方式进行排渣,由于现有排渣技术的限制,煤渣阻塞现象时常发生并严重影响钻孔深度和成孔率。以肋骨钻杆水平钻进为例,分析排渣过程中煤渣的受力情况与运动规律,认为当煤渣的产生速率大于肋骨钻杆的排渣速率时,肋骨钻杆的排渣通道便会发生阻塞。通过建立的煤渣的产生速率与排渣速率公式,计算出φ73 mm肋骨钻杆排渣通道阻塞的临界煤渣产生速率。实验室验证结果表明:通过控制肋骨钻杆钻进速度来避免排渣通道发生阻塞的方法是可行的。     

松软特厚强黏结性突出煤层抽放钻孔工艺研究

为了解决松软特厚强黏结性突出煤层中抽放钻孔施工困难的问题,以新疆艾维尔沟矿区1930煤矿2上煤层为研究对象,通过6次现场试验及应用,对常规钻孔工艺与液压钻机配套三棱钻杆水排渣工艺进行对比分析。结果表明,液压钻机配套三棱钻杆水力排渣工艺能够有效避免孔内煤渣黏结,且护孔效果明显,对提高成孔率十分有利。     

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。     

转盘式钻机的研究与应用

转盘式钻机采用马达旋转机架,并配置有螺杆式自动排渣和瓦斯收集,提高工作效率,解决高瓦斯突出煤层深孔施工的空白。     

郭庄矿松软煤层螺旋钻杆钻进技术及压力特征显现研究

为解决松软煤层螺旋钻杆在施工及验收过程中存在的钻进困难、验收误差大、人力物力消耗大等问题,根据郭庄矿工作面的现有情况,通过分析郭庄矿工作面螺旋钻杆施工工艺,采取了ZDY4200LP钻机和KGY8-2型压力传感器,从而对钻杆钻进和退钻过程中的压力进行监控,利用软件自动计算钻杆深度,进行误差测算,实时监控钻杆所受压力的曲线特征。提取压力曲线监测数据,分析退钻过程压力特征,从而确定退钻杆数量,确定钻孔进尺,为钻孔安全高效施工提供可靠依据。     

千米钻机在突出煤层掘进预抽中的应用研究

利用澳大利亚生产的VLD—1000型千米钻机,在突出煤层掘进中打钻预抽瓦斯是近几年发展起来的一项新技术。本文通过对澳大利亚千米钻机在沙曲矿突出煤层掘进预抽中的应用研究及分析,论证了"大孔径、长钻孔、长时间"预抽工艺的优越性。     

顶板浅部裂隙通道与钻进信号的关系

以顶板浅部岩层为研究对象,对钻孔施工过程中变推力水平的钻进反馈信号以及钻深-钻速特征进行现场试验研究,结果表明：钻削区内钻进速度与推力水平近似线性正相关,不同岩性其钻速增长率不同,泥岩层在阻塞区内钻速负增长;在2.5～3.5 kN推力水平下,钻进速度在煤层、泥岩层、砂岩层中依次递减;试验矿井顶板煤层处于钻削区内,平均钻进速度为41.8～43.2 mm/s,波动幅度为-4.07%～3.01%;砂岩层平均钻进速度为8.4～9.8 mm/s,波动幅度为-16.3%～19.0%;泥岩层内平均钻进速度为22.4～23.5 mm/s,波动幅度为-28.1%～24.3%;顶板泥岩层完整性差,在1.1～1.3,2.7～2.8,4.1～4.4 m各存在一裂隙通道,通道处钻进速度波动幅度最大可达122.3%;钻深-钻速特征曲线可以明显表征裂隙通道位置。     

深孔定点快速取样技术在钻屑瓦斯解析指标 K1值测试中的应用

钻屑瓦斯解析指标K1值是综合反映煤层瓦斯含量及卸压初期瓦斯解吸速度大小的指标,是确定煤层局部突出危险性程度的关键参数,对煤与瓦斯突出灾害防治起到了重要作用。本文针对煤矿采用麻花钻杆机械排渣取样方法取样测试K1值过程中存在的无法准确确定取样位置和煤样暴露时间,有效测试深度浅,现场测值与实际情况误差较大等问题,利用基于反循环钻进原理研发的深孔定点快速取样技术及装置对K1值合理有效取样测试深度进行了研究。研究结果表明：深孔定点快速取样技术利用双壁钻杆的中心管将钻孔底部煤样快速排出,所取煤样中未掺混钻孔壁上的煤粉,达到了定点取样的要求,保证了测定煤样的有效性,且取得足够数量的煤样时间不超过2min,有效降低了煤样暴露时间,可以有效提高时K1值的有效测定深度及测定结果的准确性,在仲恒煤矿和湾田煤矿采用深孔定点快速取样技术可增加钻屑解吸指标K1值有效测试深度至30m。     

插接式螺旋钻杆的摩擦焊接工艺

随着螺旋钻进技术的发展,插接式螺旋钻杆已被广泛地应用于松软煤层的钻孔施工中。本文介绍了插接式螺旋钻杆的结构特点,通过在加工中应用相位摩擦焊接技术,从而保证了钻杆连接处螺旋叶片流线的连续性,提高了钻杆的钻进效率。