煤矿井下瓦斯高效精准抽采定向钻进技术与装备

井下定向钻孔可实现超前、区域、精准瓦斯抽采,是煤矿区瓦斯资源开发的重要技术手段。针对煤矿井下全域化高效精准瓦斯抽采需要,在“十三五”国家科技重大专项支持下,研发了井下旋转地质导向定向钻进技术装备、碎软煤层双动力头双管定向钻进技术装备、井下大直径高位长钻孔定向钻进技术装备等3种适用于不同含煤地层、不同类型瓦斯抽采定向钻孔施工的重大技术装备。其中井下旋转地质导向定向钻进技术装备的单根钻杆自动上卸时间55 s,典型故障诊断准确率90%,随钻地层探查距离≥0.5 m,旋转导向造斜力达到1.4 t,最大成孔深度达到820 m,提升了定向钻探装备智能化水平,实现了煤矿井下定向钻进从“几何导向”到“旋转地质导向”的跨越;碎软煤层双动力头双管定向钻进技术装备的套管动力头额定转矩6 000 N·m,钻杆动力头额定转矩3 000 N·m,护孔筛管直径达到Ф75 mm,0.3≤f≤0.5(f为煤岩层坚固性系数)的碎软煤层中孔深250 m以上钻孔的成孔率达到75%,将定向钻进适用地层范围由f≥0.8拓宽至f≥0.3,实现了碎软煤层区域递进式瓦斯抽采;井下大直径高位长钻孔定向钻进技术装备的额定转矩23 000 ...     

北美井下定向钻进创新纪录

《Coal Age》2006年第11期报道，REI钻孔公司宣布，在康绍能源公司奔奇纳煤矿井下完成了1个全长1623．06m的水平钻孔，创造了北美井下定向钻进的最新纪录。这是一个在该矿3号含瓦斯煤层中采用定向钻进技术施工的瓦斯抽放孔。这一纪录是由REI钻孔公司施工队队长、有24年定向钻进经验的雷迪斯潘罗率领定向钻进钻工们，在康绍能源公司瓦斯抽放钻孔队队长支持下取得的。     

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。     

煤矿井下1800m水平定向钻进技术与装备

针对现有煤矿井下定向钻进技术与装备存在的技术问题,提出采用ZDY12000LD大功率定向钻机、泥浆脉冲无线随钻测量系统、配套钻具及复合定向钻进工艺进行煤矿井下定向钻进。结合现场试验,完成了主孔深度1 881 m的定向长钻孔,验证了ZDY12000LD钻机功率大、钻进及事故处理能力强的特点。同时,无线随钻测量系统测量精度高;配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑,沉渣少,钻孔曲率小,钻进效率高。说明上述钻进技术与装备可满足水平定向长深钻孔等的施工要求。     

煤矿井下水平定向钻进技术研发取得重大突破

不久前由煤炭科学研究总院西安研究院承担的国家发改委煤矿瓦斯综合治理与利用关键技术研发和装备研制项目“井下水平长钻孔钻机研制及配套工艺开发”课题,在淄矿集团陕西彬长亭南煤矿一盘区113工作面1#联络巷的现场工业性试验中成功完成了主孔深度1046m、终孔直径96mm的水平定向瓦斯抽放钻孔,创造了我国煤矿井下瓦斯抽放水平定向钻孔的最高记录。     

煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展

煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域。经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺。结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高。     

煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展

煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域。经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺。结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高。     

煤矿井下近水平定向钻进技术的几个技术问题

为了使近水平定向钻进技术在煤矿井下瓦斯抽放中推广应用。介绍了稳定器，防喷钻头，钻杆及钻进工艺参数，对近水平定向钻孔钻进的影响。     

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。     

煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术与装备

在介绍国内外煤矿井下近水平定向钻进技术发展的基础上,分析和总结了定向钻机、随钻测量系统、配套钻具及定向钻进工艺的主要特点、适用范围和工艺方法.现场应用验证了煤矿井下近水平定向钻进技术在施工中具有钻进效率高、钻孔轨迹控制精度高(水平位移小于孔深的0.5％,上下位移小于孔深的0.1％)和施工可操作性强的特点.基于技术发展和现场应用现状,对煤矿井下近水平定向钻进技术与装备的发展趋势进行了展望.     

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。     

煤层底板超前注浆加固定向钻进技术与装备

将定向钻进与底板注浆加固技术结合,利用定向钻孔实现煤层底板超前注浆加固是现有底板水害防治方法的重要创新。系统研究了定向钻孔超前注浆加固原理、钻进装备、钻孔设计方法和钻进成孔工艺,形成了一套煤层底板超前注浆加固定向钻进技术与装备。通过在赵固一矿11151工作面现场试验表明,研究的钻进技术和装备稳定可靠,工艺先进,底板注浆加固效果良好,丰富和完善了煤矿底板水害防治手段,实现了煤层底板水害超前防治的重大突破,对煤矿安全高效开采意义重大。     

煤矿井下定向钻孔轨迹预测技术

煤矿井下定向钻孔轨迹预测技术是实现钻孔轨迹智能控制的基础,通过研究煤矿井下定向钻造斜规律,得出工面向角是螺杆钻具改变钻孔轨迹主要因素,建立工具面向角改变钻孔倾角、方位角数学模型,推导出工具面向角预测定向钻孔轨迹算法,并开发相应定向钻轨迹预测软件。杨柳矿现场试验表明该钻孔轨迹预测软件满足现场施工精度要求(相对误差小于1.38%)、钻具摩阻力降低20%以上,提高定向钻施工安全性。     

顾桥煤矿顶板复杂地层高位定向钻孔技术

针对顾桥煤矿顶板复杂地层中施工高位定向钻孔时存在的目标层较薄、成孔困难的问题,选配了合理钻具,通过地层探查定向钻孔确定了顶板复杂地层结构及地层信息进而优化了定向钻孔目标层位置,总结了复杂地层中定向钻孔轨迹控制经验,最终在顾桥矿顶板复杂地层中成功施工了7个孔深500 m以上的高位定向钻孔,提高了复杂地层中高位定向钻孔成孔率,有利于高位定向钻孔抽采瓦斯技术在复杂地层中的推广应用。     

基于轨迹控制的煤矿井下复合定向钻进工艺

为了解决煤矿井下连续滑动定向钻进工艺在长孔施工中存在效率低、能力差的问题,提出了复合定向钻进工艺,并从轨迹控制角度进一步明确了复合定向钻进的含义、研究分析了其工艺特点,结合典型实例分析总结了复合定向钻进工艺的技术优势:能力强、效率高,应用结果表明:本煤层孔最大实钻孔深1 881 m、顶板岩层孔最大实钻孔深1 026 m、处理卡钻事故最大孔深1 188 m,平均机械钻进效率提高20%以上,综合钻进效率提高40%以上。煤矿井下复合定向钻进工艺革新了近水平孔轨迹控制模式,提升了井下本煤层深孔、超深孔和顶板大直径定向孔施工能力。     

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。     

定向钻进技术在煤矿采空区防灭火工程中的应用

针对韩咀煤矿采空区出现温度异常点,且CO富集、涌出量严重超标的问题,通过分析矿井地质资料和矿区险情,确定使用定向钻进技术往采空区异常点施工定向钻孔,并通过钻孔向目标靶区灌注黄泥浆及防灭火材料,成功降低了异常区温度和CO浓度,为矿井的安全生产提供了保障。