煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采钻孔钻进工艺

碎软煤层在我国煤矿区分布广泛,具有瓦斯含量高、压力大、渗透率低等特征,在碎软煤层中钻进存在喷孔、塌孔、排渣不畅等问题,导致碎软煤层钻进困难、孔内事故频发,进而影响成孔深度和成孔率,造成瓦斯治理盲区;尤其是随着我国煤矿开采深度的增加,碎软煤层瓦斯抽采孔工作量和成孔难度不断增大。针对碎软煤层瓦斯抽采对钻孔施工需求,研究开发了高转速螺旋钻进工艺、中风压空气钻进工艺、气体定向钻进工艺等实用、经济的碎软煤层高效钻进技术,破解了碎软煤层钻孔排渣护孔、轨迹控制和高效成孔等方面难题,实现了碎软煤层钻孔在服役周期内的长效利用,相关技术在安徽、贵州、山西等地区成功推广应用,达到高效、精准抽采的目的,为矿井安全生产提供了技术保障。     

空气螺杆钻具在碎软煤层定向钻进中的应用分析

空气螺杆钻具作为关键的欠平衡钻井工具在油气钻井中得到广泛应用。针对煤矿井下碎软煤层高效成孔的钻进难题,提出引入空气螺杆钻具破解碎软煤层定向钻孔施工难题。结合贵州省青龙煤矿实际生产需要,采用空气螺杆钻具施工完成7个主孔、2个主分支孔,孔深300m以上,钻孔成孔率达到89%,累计进尺3929m,钻孔轨迹可控、煤层钻遇率高、钻进速度快、排渣效率高、孔口除尘效果好,单孔最大瓦斯抽采纯量为2.5m3/min、浓度达到67.5%,单孔最大瓦斯抽采量达到3500m3/d,取得了良好效果。研究结果可为煤矿碎软煤层瓦斯抽采与治理提供借鉴。     

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。     

碎软煤层条带瓦斯地面高效抽采技术研究

为了提高碎软煤层条带瓦斯抽采效率和效果,基于目前地面瓦斯抽采主要采用垂直井或从式井的方式抽采效果差、效率低的现状,通过理论和实验分析论证了穿岩层压裂改造煤储层的可行性,提出了在目标煤层顶板岩层中钻水平井,并通过垂直向下射孔以及采用泵送桥塞分段进行压裂的方式进行地面瓦斯抽采。试验结果表明:顶板分段压裂水平井单井产量高、高稳产期更长、产量衰减更慢;有效水平井段控制区域内瓦斯下降均匀,更有利于进行条带瓦斯抽采;相同投资条件下,采用水平井的方式瓦斯抽采效率和投入产出比更高。     

松软煤层底板定向长钻瓦斯抽采技术实践

为解决松软煤层瓦斯抽采钻孔施工难、成孔差的问题,提出了松软煤层底板定向长钻瓦斯抽采技术:在被保护煤层底板选择合适层位,采用定向钻进技术施工长距离钻孔作为主孔,再从主孔施工若干探煤层的分支钻孔抽采卸压煤层瓦斯。现场试验2个主孔进尺都达到了603m,累计抽采瓦斯纯量183 204.98 m3,工程实践表明该技术不仅回避了松软煤层本煤层钻孔难于施工的问题,而且分支钻孔很好的实现了区域煤层瓦斯抽采。     

深孔定向钻进技术及其在瓦斯抽采中的应用

基于定向钻进原理,探讨了深孔定向钻进技术的优缺点,并结合冀中能源东庞矿的实际条件,分析了深孔钻进技术在煤层瓦斯抽采中应用的可行性。通过对高位定向长钻孔在抽采过程中的瓦斯浓度及流量进行观测分析,确定了利用定向钻孔进行高位瓦斯抽采方法的有效性,从而为深孔定向钻进技术在瓦斯治理方面的推广应用提供了一定的技术支持。     

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。     

碎软煤层底板梳状孔分段压裂抽采瓦斯技术

为提高煤层的瓦斯抽采效果,以阳泉矿区15#碎软煤层为研究对象,对煤层及其底板岩层特征进行分析,融合煤层底板梳状长钻孔和分段水力压裂技术,形成针对各个梳状分支孔的分段压裂方式,并理论分析了该方式水力压裂裂缝扩展延伸规律。试验研究了满足分段压裂技术要求的梳状长钻孔设计与施工工艺,构建了基于裸眼封隔器+滑套投球分段压裂工具组合的压裂参数设计和压裂施工工艺流程,最终形成梳状长钻孔主孔长度534 m,分支孔5个,主孔下入分段压裂工具串490 m,实现了4个分支孔分段压裂,单段最大注水量611 m³,最大泵注压力17.18 MPa;与常规的穿层钻孔瓦斯抽采技术对比,试验后瓦斯抽采浓度提高了10.53倍,百米钻孔瓦斯抽采量提高了2.02倍。     

瓦斯抽采孔孔距及煤层透气性的测定方法

为合理确定瓦斯抽采孔孔距，探讨测定煤层透气系数新方法，在流体力学基本理论基础上，建立了瓦斯抽采数学力学模型，利用数学软件Mathematica对模型进行了求解，推导出抽采孔孔距和煤层透气系数的理论计算公式.以河南焦作九里山煤矿15051工作面作为应用实例,通过对掘进巷道周围的煤体瓦斯进行抽采试验，求算并验证了抽采钻孔和煤层透气系数等瓦斯抽采基础参数；根据工作面2个钻场实测的抽出量和抽放负压，得出了抽出量和抽放负压的关系.建立了精确的渗流抽采模型，利用计算机求解方法，求解的速度快且不易出错.应用结果与实际值相符.     

沿煤层定向钻进瓦斯抽采技术在宁夏矿区的应用

概述了沿煤层定向钻进技术的发展现状及其定向钻进系统特点,基于该技术在宁夏矿区瓦斯抽采中的工程实践,综合分析了沿煤层定向钻孔的瓦斯抽采效果与各抽采参数间的相互关系,通过与该矿传统穿层钻孔瓦斯治理技术相比较,得出了沿煤层定向钻进技术在瓦斯治理工程中的7大优点,为该技术在国内相应地质条件下的推广应用提供了可靠的依据.     

中硬煤层瓦斯抽采定向长钻孔高效钻进工艺

钻孔抽采瓦斯是治理瓦斯最直接有效的手段。根据煤矿井下本煤层定向钻进技术原理,提出一种适用于中硬煤层定向长钻孔的高效钻进工艺,该工艺是将复合钻进技术与煤矿井下定向钻进技术相结合实现定向长钻孔高效钻进的一种钻进方法。通过现场试验证明,该方法能使钻孔孔壁平滑,防止憋泵、卡钻,减少事故处理时间,提高钻孔成功率和钻进效率。经分析,使用该技术后,与常规定向钻进相比,平均机械钻速提高了26.8%,该技术为今后煤矿井下定向钻进技术的推广提供了新思路。     

瓦斯抽采深孔钻进技术研究与应用

瓦斯抽采是最常采用的瓦斯治理手段,抽采钻孔的钻深、孔径、钻孔存留时间直接影响瓦斯抽采效果。本文主要针对松软突出煤层钻进技术面临的难题,施工过程中使用的装备,总结提高钻进功效的有利经验。     

矿井本煤层预抽与千米定向钻抽采相结合的瓦斯治理实践

以福达煤业15#煤层15203工作面为应用背景,对本煤层瓦斯进行预抽,在回采期间对工作面的上隅角及回风巷内瓦斯通过高位定向钻孔进行抽采。实践表明,工作面绝对瓦斯涌出量得到有效控制,抽放效果较好,为矿井的安全生产起到有力的保障。     

松软煤层筛管护孔瓦斯抽采技术与装备

针对松软煤层顺层瓦斯抽采钻孔成孔难、抽采距离短、抽采效果较低等问题,介绍了松软煤层筛管护孔瓦斯抽采技术与装备及施工工艺,通过在丁集煤矿的工业性试验,解决了筛管护孔下入深度与钻孔深度相接近的技术难题,实现了高负压、高浓度、大流量高效抽采,提高了采煤工作面瓦斯预抽消突效果,采煤工作面煤体瓦斯抽采达标时间缩短28％,瓦斯抽采体积分数可提高10％ ～ 20％.     

碎软低渗煤层顶板水平井条带瓦斯预抽技术

针对贵州西部煤矿区井下瓦斯抽采难度大、安全性低等问题,将地面抽采先进技术应用于煤矿瓦斯治理,开展碎软低渗煤层顶板水平井条带预抽技术方法研究。以对江南煤矿为例,通过井位优化布置、井眼轨迹设计、定向射孔和分段压裂等工艺流程研究,抽采工作面和掘进条带的煤层瓦斯,并通过储层数值模拟和编绘残余瓦斯含量分布图对抽采效果进行描述。预测结果显示,顶板水平分段压裂井抽采影响范围成条带状分布,并随抽采时间的持续以井眼为中心向两侧扩展,抽采强度随距井眼距离的增大逐渐降低,连续抽采5年,综合抽采率可达32%,掘进条带瓦斯含量可降至8 m~3/t以下。     

基于瓦斯含量的顺层孔抽采半径测定

在谢桥矿6煤层,提出了基于测定煤体瓦斯含量的瓦斯有效抽采半径测定方法。该方法分析抽采前原始瓦斯含量与抽采后的残余瓦斯含量,参考《防治煤与瓦斯突出规定》,确定钻孔的有效抽采半径。实践证明,在谢桥矿6煤层瓦斯含量法测定钻孔抽采半径可行。考察结果表明,抽采后钻孔的残余瓦斯含量低于4.6 m~3/t,可以认为这个钻孔位于有效抽采半径内。     

本煤层瓦斯抽采钻孔注浆封孔工艺优化应用

针对云冈煤矿2163首采工作面瓦斯涌出量大的问题,通过在运输巷施工上行本煤层钻孔,采用新型材料KYF,按照"两堵一注"工艺进行注浆封孔,并对注浆长度及抽采半径进行测定,得出注浆长度为24 m时,超出巷道围岩松动圈范围,有效封堵裂隙;在特定负压下,钻孔抽采半径为4 m,钻孔间距为8 m时能有效利用矿井瓦斯抽采能力;新型材料KYF注浆钻孔中,抽采主管能长时间维持高浓度瓦斯不变,效果显著。     

基于顺层定向长钻孔的煤层瓦斯抽采试验研究

针对某煤矿3#煤层主运大巷掘进工作面瓦斯严重超限的情况,采用顺层定向长钻孔预抽煤层瓦斯防突措施对其进行瓦斯治理,分析了施工前后瓦斯抽采量、瓦斯含量参数的变化,并统计对比了钻孔抽采工程量。     

“三软”煤层不同孔径顺层钻孔瓦斯抽采参数特征分析

为提高"三软"煤层瓦斯抽采效果,考察了郑煤超化矿多组不同孔径顺层钻孔的瓦斯参数,运用瓦斯流动理论及岩土力学相关理论综合分析了其参数特征。结果表明:在"三软"煤层持续高负压抽采条件下,不同孔径的顺层钻孔的瓦斯流量及浓度都依次经历了快速衰减、不稳定波动、极限抽采3个阶段,在快速衰减阶段,94、89 mm钻孔在瓦斯浓度和瓦斯流量均远大于75 mm钻孔,而衰减梯度明显小于75 mm钻孔;在不稳定波动阶段,94、89、75 mm钻孔波动频率及幅度依次增加,周期依次减少;极限抽采阶段差异不大。结合现场施工条件,最终选择94 mm钻孔作为"三软"煤层顺层钻孔抽采的方案。