随钻水力冲孔技术在松软低透气煤层瓦斯增透中的应用

松软低透气性煤层,由于煤层松软、透气性低,瓦斯抽放浓度低、持续时间短、抽放量小,使煤层瓦斯区域预抽效果不理想。作为改善瓦斯抽采效果的有效方法之一,水力冲孔法以其原理简单、易于实现的优点广泛应用于各大煤矿,但是需要预先施工先导孔,辅助作业时间长。为解决这一问题,研究了随钻水力冲孔技术,该技术采用钻进-冲孔一体式钻具,将钻孔施工与冲孔施工一次完成,不需重复起下钻,提高了工作效率。采用随钻冲孔技术在赵庄煤矿进行了现场试验,试验证明,随钻水力冲孔技术能够满足矿方施工要求,且通过计算对冲孔直径进行了评价,瓦斯抽采钻孔通过水力冲孔可将原常规施工钻孔直径扩大12.2倍。     

井下定向钻进随钻螺旋解卡工具的研制及应用

煤矿井下定向钻进施工中,钻遇破碎地层时,由于孔壁失稳坍塌造成孔内大量积渣进而发生卡钻事故。综合考虑钻进工艺特点、配套钻杆特点、地层适用性及孔内返渣情况等因素,研制出一种新型随钻螺旋解卡工具,该工具结构简单、安装便捷,可将孔内大颗粒钻渣重复破碎并靠螺旋槽辅助排渣作用排出孔外。现场试验表明,该工具设计合理,能够有效解决塌孔段积渣卡钻难题,取得了良好的效果。     

随钻水力冲孔技术在丁集矿的应用

常规水力冲孔技术需要预先施工先导孔,辅助作业时间长,工人的劳动强度高,特别在大倾角钻孔施工时,起、下钻等辅助作业难度大且具有风险。为解决这一问题,研究了随钻水力冲孔技术,形成了钻进-冲孔一体式钻具及配套工艺方法。在丁集煤矿进行了现场试验,结果表明:随钻水力冲孔技术能够满足矿方施工要求,达到预期的施工效果。与现用的常规水力冲孔工艺相比,辅助时间缩减到了40%左右,效率提高了29%,降低了工人的劳动强度,提高了施工效率。     

突出煤层穿层抽采钻孔水力冲孔工艺优化

针对焦作矿区水力冲孔存在的问题,从工艺系统和施工技术等方面进行分析优化,研制开发了钻扩(冲)一体化钻具,实现了钻孔施工与水力冲孔一体化,简化了穿层钻孔水力冲孔工艺,有效解决了钻冲一体诸多难题,工作效率大幅提高。     

随钻水力造穴技术在新安矿低透煤层中的应用

传统水力造穴方法需要预先施工先导孔,提钻后再下造穴器进行高压射流冲孔,其存在辅助作业时间长、工人劳动强度大和安全隐患高等问题,又因碎软低透煤层自身的特点,严重影响正常施工的效率。为解决这一问题,研究了随钻水力冲孔技术,形成了钻进-冲孔一体化钻具及配套工艺方法。通过仿真模拟和新安矿14250工作面现场试验,结果表明：在喷嘴直径φ2.8 mm,水力冲孔泵压12～20 MPa,冲孔时间保持在30 min/m。平均冲煤量1.24 m³/m,筛分后煤粉湿密度1.06 t/m³,干密度0.86 t/m³,则平均冲煤量1.07 t/m,钻孔冲孔直径约φ1.17 m,是普通钻孔的10.4倍,大大提高了煤层的透气性。     

电缆湿接头在小口径定向孔中的应用

小口径地质勘探不断向深部发展,受地层条件、孔内事故和孔斜要求等因素影响,很多钻孔需要定向钻进施工。而小口径钻孔一般采用50、60 mm钻具无法满足随钻仪器的下入要求。通过技术攻关及数次现场试验和改进,研制成功了一套小直径电缆湿接头,较好地解决了小通孔钻杆随钻受控定向钻进的关键技术及难点。具体方案为:把测量探管和传输电缆分开,定向测量探管事先与钻具连接,随钻具下放到预定深度,电缆连接信号上接头由钻杆内腔下入,与探管顶部的信号下接头在钻井液中实现电气连接和信号传输,完成定向作业。该方法在国投新集杨村煤矿DF33断层地面探测及注浆工程和莲塘李井田煤炭勘探中进行了试验并成功应用。具有一定的推广应用价值。     

φ73/63.5 mm高压密封高抗扭宽翼片螺旋钻杆设计与应用

针对松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工特点,通过理论分析和试验,设计了Φ73/63.5 mm高压密封高抗扭宽翼片螺旋钻杆。为了解决钻孔施工时钻杆公接头易断裂的问题,设计了应力释放槽及"双顶"接头结构,有效提高了钻杆的抗扭能力。针对随钻水力冲孔施工工艺要求,设计了密封槽结构,可使钻杆密封压力达到35 MPa以上。为了实现钻杆的批量化生产,制定了钻杆翼片自动焊接制造工艺。钻杆静扭试验及打压试验表明,该钻杆抗扭能力满足ZDY3200型钻机的匹配要求,密封能力可达到随钻水力冲孔施工要求。现场应用表明,该钻杆使用效果良好。     

随钻水力造穴技术在低透性煤巷卸压孔中的应用

随钻水力造穴技术节省了先导孔施工,缩短了作业时间,提高了效率,室内试验了流量、压力等水力参数与造穴效果的关系,得到了最优参数配比,该技术应用于新元矿3209工作面掘进头预抽钻孔施工,掩护低透性煤巷安全掘进。评价结果表明,在水压达到20MPa、流量在200L/min条件下时,冲孔时间维持15min/m、冲孔单元每5m 1次,冲煤量大于0.48t/m,钻孔冲孔半径为普通钻孔6倍,施工效率较原来提高了25%,应用效果最佳。     

松软低透煤层随钻水力冲孔钻具研制与应用

针对现有水力冲孔钻具在松软低透煤层造穴施工中存在需2次下钻、劳动强度大、施工效率低、钻杆密封性不好等问题,研制了随钻型水力冲孔钻具,实现了只需下入一趟钻便可同时完成正常钻进和冲孔作业,并在晋煤集团赵庄矿、淮南矿业丁集矿及阳煤集团新元矿开展了现场试验。试验结果表明:研制的随钻型水力冲孔钻具结构设计合理,压力转换机构工作可靠,密封性能良好,耐压能够达到30 MPa;与常规水力工艺相比,该技术能够减少辅助作业时间,有效降低了工人劳动强度,对松软低透煤层卸压增透作用显著,有效提高了瓦斯抽采效果,具有较高的推广应用价值。     

下向穿层孔水力割缝施工工艺研究与应用

针对常规下向穿层钻孔松软煤层卸压、增透和抽采效果差的问题,优选了下向穿层钻孔水力割缝配套装备,研究了下向钻孔水力割缝施工流程、工艺和下向钻孔"分组分排吹"的排水排渣工艺。在潘三煤矿1672(1)运输巷进行了60个下向穿层水力割缝钻孔的效果考察。应用结果表明:水力割缝后煤孔段等效直径增大至370 mm,钻孔煤壁暴露面积比未割缝的钻孔增加了2.3倍;水力割缝钻孔百孔抽采瓦斯纯量达0.5~0.7 m~3/min,比未割缝钻孔的百孔抽采纯量提高了70%以上;下向钻孔"分组分排吹"的排水排渣能有效排出水力割缝残留在孔内的煤(岩)渣和积水,为钻孔抽采提供有利条件,下向穿层钻孔水力割缝技术为煤矿下向孔条带抽采消突提供了有效手段。     

红阳二矿水力冲孔增透技术研究及应用

针对红阳二矿12煤层透气性低、底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采效率偏低难以满足预抽要求的情况,基于水力冲孔卸压增透机理,提出采用水力冲孔和普通钻孔预抽相结合的钻孔布置方式进行高效抽采。研究结果表明:水力冲孔在低透突出煤层区域瓦斯抽采消突措施中应用效果显著,采取水力冲孔措施的34 d内,钻孔的平均瓦斯抽采浓度是普通钻孔的2.5倍,平均瓦斯抽采纯量是普通钻孔的4.4倍。     

水力冲孔布孔参数对高瓦斯突出煤层卸压效果影响的研究

水力冲孔的影响范围决定着钻孔的布置,合理的布置钻孔能够显著的提升煤层渗透率,增进瓦斯高效抽采,因此探究冲孔的影响范围非常重要。文章以平顶山八矿己15煤层为试验对象,先介绍了高压水力冲孔设备,并通过Flac3D软件进行模拟,比较了不同冲孔出煤量条件下的卸压效果和钻孔之间的相互作用,其模拟数据与现场试验结果相互验证。结果表明：钻孔直径,钻孔间距影响四周煤体的卸荷情况,煤孔的孔间距理论上在5m左右,出煤量的最优范围在0.37~1t/m之间,本文的研究结果可指导钻孔的排布位置,同时为水力冲孔的工程运用提供了技术借鉴。     

九里山矿16131工作面穿层钻孔抽采异常现象分析

针对九里山矿16131工作面部分区域瓦斯治理过程中钻孔抽采浓度衰减迅速、抽采效率低的问题,通过现场调研、梳理分析,考察对比了矿井短时间内密集施工抽采钻孔、强化水力冲孔增透措施情况下穿层钻孔抽采浓度变化情况,分析了抽采钻孔大面积串孔漏气抽采异常现象,提出合理安排钻孔施工间隔、控制抽采钻孔冲孔煤量、加强抽采钻孔封孔管理等优化措施,为实现矿井瓦斯抽采、效率的最大化具有一定指导意义。     

低透破碎含水厚煤层高压水力扩孔瓦斯自排提效应用研究

针对观音山煤矿C₅厚煤层透气性差、煤质破碎且松软、局部含水等特点,开展底板穿层钻孔高压水力扩孔自排提效应用研究。通过现场试验表明,扩孔工艺大幅提高了钻孔瓦斯自排效率;钻孔出渣速率与瓦斯自排效率在限值内正相关。研究为类似矿井高压水力扩孔提高钻孔瓦斯自排效果提供了参考依据。     

穿层钻孔水力冲孔工艺优化与实践

为解决松软煤层采用水力冲孔增透技术后堵塞抽放管的问题,云盖山煤矿一矿对穿层钻孔的施工工艺进一步优化,采用部分水力冲孔与部分不冲孔相结合的方法,增加钻孔的透气性,避免钻孔封孔后堵塞花管。应用结果表明,该方法可提高穿层钻孔的抽放浓度,延长钻孔的抽放时间,对松软煤层效果较为明显。     

基于水力连续冲孔的石门揭煤技术应用研究

水力冲孔能较好解决传统石门揭煤技术周期长、效率低的问题,但存在冲煤量不易控制、卸压空间有限、操作不安全等问题。基于此,提出了水力连续冲孔技术工艺,研究了连续水力冲孔原理,优化了连续水力冲孔喷嘴参数;并研发了连续冲孔所需的瓦斯抽采钻孔水力作业机。在焦煤集团中马村矿27021回风底板抽采巷进行连续水力冲孔揭煤试验表明:采用水力连续冲孔技术进行石门揭煤,揭煤期间效检指标小于临界值;相比单纯钻孔抽采效率提高了60%以上,比常规水力冲孔效率提高了20%以上。     

基于动力学原理的水力冲孔合理布置间距的选取及其工程实践

以主焦煤矿水力冲孔技术措施合理的钻孔间距布置为切入点,通过对钻孔周围瓦斯排放区域分区研究及效果考察,创新性地引入了抽采卸压应力影响灰色系数(根据矿井实际工程效果及经验确定),采用Fluent数值模拟软件分析了不同布置间距下的钻孔间瓦斯压力分布情况,并在主焦煤矿2303工作面底板巷进行了现场试验。研究结果表明,主焦煤矿水力冲孔技术措施下合适的钻孔布置间距为7 m—7 m时瓦斯治理效果较好。研究结论为同类型煤矿的水力冲孔措施合理布孔间距的选取提供了理论依据及工程实践经验。     

穿层钻孔高压水力扩孔防治瓦斯超限技术研究与应用

针对在低透、破碎且松软煤层中水力扩孔作业瓦斯超限的问题,开展穿层钻孔高压水力扩孔防治瓦斯超限技术的研究与应用。现场试验表明,水力扩孔作业超限瓦斯主要来源于赋存变化导致的瓦斯大量释放、钻孔堵塞集聚的瓦斯突然释放等,通过调节区域供风量、改进施工工艺、控制出渣速率、采用防喷孔装置等方法,能有效控制水力扩孔期间的瓦斯超限频率及幅度。