一种适用于破碎煤层的安全定向钻进工艺研究

随着煤矿瓦斯治理技术的发展,井下定向钻孔瓦斯治理技术在国内得到了广泛应用。但定向钻进技术在破碎煤层中钻进时经常遇到垮孔、塌孔、钻孔不返水等问题,从而导致钻进效率低,更严重的会引起卡钻、埋钻,导致掉钻钻井事故。通过对常规定向钻进工艺及钻具进行研究,针对性地研发了凹槽螺旋定向钻杆、煤矿坑道水平定向钻进安全接头及适用于破碎煤层的安全定向钻进工艺并进行现场试验。通过现场试验表明,适用于破碎煤层的安全定向钻进工艺成功解决了破碎煤层定向钻进问题,减少了卡钻、埋钻事故的发生,提高了钻孔深度,降低了设备风险,实现了破碎煤层的高效、安全钻进。     

定向钻进套铣打捞钻杆的设计

通过对常用定向钻进配套钻具打捞工艺的对比分析,明确了采用套铣打捞工艺处理煤矿井下近水平定向钻进中出现的塌孔、卡钻、埋钻等孔内事故的可行性与实用性。根据其工艺施工要求,结合煤矿井下近水平定向钻进系统配套钻具具体参数,研制了能够满足额定扭矩6000 N·m钻机使用要求的定向钻进套铣打捞钻杆。成庄矿的应用表明,采用套铣打捞工艺处理近水平定向钻进时孔内事故(塌孔、卡钻、埋钻等)可行性较强,且套铣打捞钻杆结构设计合理,能满足套铣打捞工艺的使用要求。     

套铣打捞钻杆的研究及应用

通过对煤矿井下打捞工艺进行分析,明确了采用套铣打捞工艺处理塌孔、卡钻、埋钻等事故的可行性与实用性。根据套铣打捞工艺施工要求,结合定向钻机及配套钻具参数,设计了能够满足额定扭矩12 000 Nm钻机使用要求的φ102 mm套铣打捞钻杆。现场工业性试验表明,采用套铣打捞工艺处理近水平定向钻进时孔内事故(塌孔、卡钻、埋钻等)可行性较强,套铣打捞钻杆结构设计合理,能满足套铣打捞工艺的使用要求。     

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。     

破碎松软煤层高螺旋复合排渣定向钻进技术

为了改善破碎松软煤层钻孔排渣效果较差的问题,设计煤层高螺旋复合排渣定向钻进技术。分析钻渣在不同煤层工况下的运移特性,结合破碎松软煤层特点,合理定向钻杆与定向钻机等关键设备的选型,设计高螺旋复合排渣定向钻进方案。实验结果表明,在破碎松软煤层中应用此钻进方案,返渣量在200 kg/m以上,排渣效果较好。     

针对松软突出煤层椭圆钻杆的研制

基于松软煤突出煤层中钻瓦斯抽放孔的施工特点和钻机已有配套钻杆特点的分析,设计了一种新型椭圆钻杆,并从该型号钻杆设计的理论基础、材料选择及传递的扭矩校核进行了探讨和计算。通过在松软突出煤层中打钻试验结果表明,该型号椭圆钻杆提高了钻机在松软突出煤层中成孔深度、成孔率及钻进效率,并为瓦斯抽放钻机增添了一种配套钻杆。     

双管定向钻进技术在祁南矿313工作面的应用

针对祁南矿313工作面碎软煤层中顺煤层长钻孔施工时,煤层倾角大和32#煤碎软的问题,利用双动力头钻机及配套钻具,开展钻杆、套管双管定向钻进工艺研究;通过关键设备选型、钻杆和钻杆钻头、套管和套管钻头钻具选配、风动定向钻进工艺参数优化以及提出钻杆在套管内大直径筛管护孔等方法及试验,有效提高顺煤层钻孔深度,实现顺煤层长钻孔轨迹可控,并提高了地层适应性。     

松软突出煤层深孔钻进制约影响因素及工艺优化

针对松软突出煤层因煤质松软、透气性差等原因导致在钻进过程中极易出现喷孔、卡钻、塌孔和煤炮等现象,根据长期煤矿现场钻进的经验,对制约松软突出煤层深孔钻进的影响因素进行深入探讨,重点分析了煤层中夹矸对深孔钻进的影响、严重喷孔后孔内情况推测及其对深孔钻进的影响、顶底板对深孔钻进的影响,设计了一种新型高强棱状钻杆,并在郑煤集团白坪煤业公司21001工作面下顺槽进行了现场对比验证试验。研究结果表明:运用新型设计的高强棱状钻杆较矿方现行常规打钻深度提高34.6%,效率提高21.1%,有效地解决了目前松软突出煤层钻孔施工存在的困难,为松软突出煤层深孔高效钻进提供重要的技术指导。     

千米钻机在煤层底板注浆加固防水工程的应用

针对赵固一矿采用全液压钻机施工常规钻孔进行煤层底板注浆改造存在的问题,利用ZDY-6000LD履带式全液压钻机的定向钻进技术进行造斜钻进,并在工作面进行分支钻进,完成了煤层底板注浆加固定向钻孔的施工。实现了煤层底板水害超前防治的重大突破,起到了区域煤层底板注浆超前治理、增加钻孔钻遇含水层的有效孔段、提高钻孔钻遇裂隙率、对地质构造进行超前探测等方面"一孔多用"的作用。     

千米钻机在煤层底板注浆加固防水工程的应用

针对赵固一矿采用全液压钻机施工常规钻孔进行煤层底板注浆改造存在的问题,利用ZDY-6000LD履带式全液压钻机的定向钻进技术进行造斜钻进,并在工作面进行分支钻进,完成了煤层底板注浆加固定向钻孔的施工。实现了煤层底板水害超前防治的重大突破,起到了区域煤层底板注浆超前治理、增加钻孔钻遇含水层的有效孔段、提高钻孔钻遇裂隙率、对地质构造进行超前探测等方面"一孔多用"的作用。     

千米定向钻机在山西焦煤集团的应用情况分析

对山西焦煤集团各子分公司利用千米定向钻机进行瓦斯治理的主要布置应用方式进行论述,分析了定向钻机在地质条件复杂、煤层松软的煤层中使用,存在塌孔、喷孔、钻进困难等问题,并提出了相应的对策。     

晋城矿区松软煤层定向长钻孔区域瓦斯抽采技术试验研究

针对晋城矿区三大典型矿井松软煤层钻孔易塌孔,抽采效果差,难以实现区域瓦斯治理的现状,根据各矿瓦斯不同的赋存特点,探索松软煤层定向长钻孔瓦斯治理技术。结果表明,针对胡底煤业顶、底板软煤层采取定向长钻孔向软煤开分支,结合水力掏煤技术,可有效提高软分层瓦斯抽采效果;针对长平煤业碎软煤层,使用氮气复合钻进技术有助于排渣,孔口30～60 m应力集中区易塌孔,大功率钻机可提高定向长钻孔钻进深度,但在软煤和应力集中区轨迹易偏移,定向效果差;针对赵庄煤业松软低透煤层,使用定向钻机+普通钻机混合施工,滑动+定向复合钻进工艺可提高煤段进尺,达到100～150 m,能够增加瓦斯抽采量,提高底抽巷利用效率。     

ZYWL-13000DS大功率定向钻机研制与应用

常规定向钻机主要用于近水平顺煤层钻孔施工,回转转矩一般为3 000~6 000 N·m,一次成孔直径为96 mm。针对常规定向钻机转矩小、成孔直径小、不能完全满足煤层顶板高位定向钻孔的施工要求等问题,研制了适用于大直径高位定向钻孔施工的大功率定向钻机。通过研制大转矩动力头、大起拔力给进机构、高强度外平内墩粗定向钻杆、大流量泥浆泵车,大大提高了定向钻机在大直径高位定向钻孔施工过程中抱钻、卡钻等事故的处理能力,提高了定向钻机的地层适应性。进行了高位大直径定向钻孔试验,在试验过程中,首次尝试了扩孔开分支法,并成功完成分支孔钻进。针对扩孔时无法进入原钻孔的问题,设计了带导向作用的双极扩孔钻头。     

松软煤层“护孔卸压”钻进力学机制

为解决常规套管钻具应用软煤层钻进存在着钻进阻力大、效率低的技术难题,提出"护孔卸压"钻进新观点,建立护孔钻进旋转阻力矩模型、轴向阻力模型及护孔数值模型,分析常规套管钻具应用于软煤层钻进存在的技术缺陷,探讨"护孔卸压"钻进工艺方法实现卸压、降阻的力学机制。结果表明:受软弱煤岩层钻孔收缩产生的围压影响,应用常规套管钻具钻进,在较短的钻孔深度范围内其旋转阻力矩和轴向阻力超过了钻机的额定扭矩及提拔力,钻杆将无法旋转及退钻,致使钻进终止;通过在套管钻具表面设置间隙或孔结构,减小护孔钻杆与钻孔壁的接触面积,为钻孔孔壁留设变形空间,钻杆表面形成的"卸压区"释放了钻杆周围煤体膨胀应力,并且旋转的钻杆不断切除膨胀的煤体,降低了软煤钻孔膨胀变形对钻杆产生的摩擦阻力;提出护孔面积比S_k概念,用来表征钻杆表面孔隙留设面积大小,伴随S_k减小,其旋转阻力矩和轴向钻进阻力呈逐渐降低趋势,降低幅度可达50%以上,从而降低了钻机的动力损耗,有效提高松软煤层的钻孔深度。基于"护孔卸压"原理,构建了螺旋护孔钻杆模型和多孔结构护孔钻杆模型,在实际应用中,结合施工地点的煤岩力学参数,...     

三软突出煤层深孔施工技术研究与应用

三软突出煤层深孔打钻技术是实现本煤层区域瓦斯治理的一个技术难题。它的难点是在打钻过程中出现顶钻、夹钻、喷孔、塌孔时,容易造成钻杆卡死,钻杆断裂、钻具损坏等事故,致使钻孔钻不深、钻不快、钻不直,间接影响了巷道掘进。针对这一问题,裴沟煤矿工程技术人员摸索出"圆弧形凸棱钻杆+大功率钻机+中高压供风系统"技术,有效解决了松软煤层钻孔钻探困难问题,提高了生产效率和安全系数。     

煤层巷道钻孔施工技巧及常见问题处理

根据顺煤层巷道钻孔的技术和施工要求,从稳钻、开空钻进到回撤钻杆这一系列工艺,通过在实践中摸索积累出的一些现场经验技巧以及在处理偏孔、塌孔、掉钻杆等问题,进行了一些有益的尝试和探索.     

千米钻机在松软煤层中的应用与研究

余吾煤业主采的3#煤层为松软煤层,普通钻机在打钻过程中钻进深度短、抽采纯量低而且经常发生塌孔、掉钻现象,为此余吾煤业引进了澳大利亚威利朗沃公司生产的VLD-1000型千米定向钻机对本煤层进行采前预抽和掘前预抽。通过对千米钻机在S1206进风顺槽长距离煤孔的施工情况和抽采效果分析,总结了千米钻机的技术优点及改进措施,为解决余吾煤业的松软煤层瓦斯治理难题提供了一种节约高效的方法。     

2311m顺煤层超长定向钻孔高效钻进技术

针对保德煤矿超长工作面瓦斯区域治理需要,提出采用国产大功率定向钻进技术与装备进行顺煤层超长定向钻孔施工。根据工作面布置情况及钻遇煤层地质特征,优化钻孔设计、优选钻进装备,利用复合定向钻进技术减小孔内摩阻,实现深孔钻进钻压的传递;利用煤层钻孔递进式延伸技术和钻孔轨迹控制技术提高煤层钻遇率,实现深孔精准钻进。结合保德煤矿生产需要施工完成了主孔深度2 311 m、孔径Φ120 mm的顺煤层超长定向钻孔。钻进结果表明:钻进装备稳定可靠,钻进工艺技术先进,钻孔日平均进尺达到200 m以上,孔深2 000 m以上单班进尺达到90 m。研究可为顺煤层超长定向钻孔施工和超长工作面区域瓦斯治理提供重要借鉴。     

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。     

屯留矿松软突出煤层提高钻进深度研究

针对目前松软突出煤层深孔钻进技术面临的难题,以屯留矿为例分析了井下钻进施工存在的问题,在"钻穴"理论基础上,分析了常用钻具在应用中存在的缺陷,研制了扒孔降温钻杆,并进行了工业性试验.研究结果表明,扒孔降温钻杆有效地提高了松软煤层钻进深度和钻进效率,为松软突出煤层深孔钻进提供了技术装备支持,在试验过程,无"卡钻"、"断钻"现象,钻进深度提高54.36%,效果明显.