高位定向钻孔抽采瓦斯搭接部位研究与应用

相邻钻场高位定向钻孔合理搭接是保证抽采瓦斯效果稳定、提高钻孔有效利用率的重要环节。根据顶板裂隙带高位定向钻孔抽采瓦斯机理研究结果,通过分析布置高位定向钻孔空间层位、煤层顶板裂隙带分布特征、钻孔轨迹等抽采效果影响因素,确定了实现成功接替的钻孔合理搭接部位,并在党家河煤矿进行了工程应用。应用显示:80~121 m钻孔搭接长度能够满足瓦斯抽采效果,在搭接部位外端点接替使每个钻孔减少钻孔工程量约40 m。

松软薄煤层条带消突下斜定向钻孔成孔护孔技术研究与应用

针对松软薄煤层煤巷条带消突长距离下斜钻孔,存在成孔难、易钻遇煤层顶底板、积水堵塞瓦斯抽采通道的难题,提出了氮气排渣下斜定向钻进成孔与护孔技术,采用高压氮气排渣、大功率气动螺杆钻具定向、“波浪式”轨迹控制和三层管护孔排水技术,在河南省平煤股份一矿开展现场试验,完成8个孔深超300 m下斜定向长钻孔,煤层钻遇率90%以上,全孔段下三层护排水管,平均下入深度302 m,支管平均抽采纯量1.66 m^(3)/min,平均瓦斯浓度17.5%。试验结果表明:该技术可有效解决松软薄煤层下斜钻孔长距离定向成孔、全孔段筛管护孔和排水的技术难题,提高了钻孔成孔深度和煤层钻遇率,实现了下斜孔全孔段护孔和排水,保障了瓦斯抽采效果,为松软薄煤层煤巷条带长距离消突提供技术保障,在类似地层条件具有广泛的应用推广价值。

地面定向钻孔预注浆掩护巷道穿断层破碎带技术应用

为了解F2断层发育情况,解决岩巷穿断层期间由于顶、底板及巷道围岩破碎导致的水害、断层破碎带支护问题,在分析矿区地质条件的基础上,通过实施地面L型多分支定向钻孔对巷道穿F2断层周围破碎岩体进行预注浆加固,综合运用理论计算、工程效果监测分析等方法,对巷道掘进期间的围岩塑性圈范围进行了理论分析研究;实测分析了F2断层地面区域治理工程注浆前后地层单位吸水量变化及注浆效果。结果表明,地面定向钻孔高压预注浆有效提升了巷道围岩稳定性,研究成果为类似地层条件下巷道的安全、高效掘进提供了实践经验。

基于地面定向钻孔注浆的煤矿立井钻井法井壁渗漏水治理技术

煤矿钻井井壁为单层结构,在深厚表土层段其渗漏水将严重威胁矿井安全生产,建井阶段井壁接茬部位若存在施工缺陷,则会导致地下水腐蚀锈穿接茬部位金属及焊缝,造成井壁渗漏水,若不及时治理,易引发突水溃砂而酿成淹井事故。为探寻一种行之有效的治理技术,以许疃煤矿副井井筒井壁渗漏水治理为工程背景,开展了煤矿钻井井壁渗漏水治理技术研究。首先,结合矿井水文地质特征等信息分析了钻井法单层井壁渗漏水致因,发现许疃煤矿副井井壁接茬处发生渗漏水的主要原因是地下水中的HCO_(3)^(-)、Cl^(-)共同作用腐蚀锈穿井壁接茬部位后,含水层之间越流补给的高压地下水通过孔隙连通性良好的壁后碎石充填层流入井筒内;然后,对比分析了许疃煤矿副井井筒井壁渗漏水治理采用壁后注浆和地面钻孔注浆的可行性与安全性,发现在流砂层中对采用钻井法施工的钢筋混凝土单层井壁进行壁后注浆,安全风险较大,影响井筒正常提升,且存在再次发生渗漏水的风险,而采用地面定向钻孔注浆技术的注浆量大,壁后充填层碎石间孔隙可被水泥浆充分填充,改善井筒防渗和承载能力,且施工人员全程在地面操作,安全性好,不影响井筒正常提升;最后,提出了针对深厚表土层煤矿钻井井壁渗漏水治理的地面定向钻孔注浆技术并进行工程示范,2个钻孔共注入130.9 m^(3)水泥浆,完全充填了94.00~131.40 m层段壁后充填层碎石间孔隙,顺利封堵了井下94 m处出水点,经现场长期观测,该段井壁未再渗漏水。研究结果表明,针对深厚表土层段煤矿钻井井壁渗漏水治理,采用地面定向钻孔注浆技术的治理效果良好,安全性高。研究成果可为深厚表土层煤矿钻井井壁渗漏水治理提供一定的参考。

陈四楼煤矿地面定向钻孔超前区域治理底板岩溶水害技术

为了进一步提高极复杂地质构造下矿井底板岩溶水害区域治理技术的有效性,降低底板突水的危险性,解决矿井区域水害治理过程中面临的太原组上段灰岩含水层岩溶裂隙发育、水压高、富水性强、井下钻孔工程量大、施工工期长等安全技术难题,通过分析矿井近年来区域治理后工作面底板出水案例及特征,提出了地面定向钻孔超前区域治理底板岩溶水害技术。以陈四楼煤矿南翼九采区2901、2903试验工作面开采为背景,选取了L8灰岩含水层作为目标层位,设计了地面定向孔组的技术参数,并通过现场试验测试分析了治理前后的二2煤底板水压和各钻孔的吸水率。结果表明:注浆后各钻孔的吸水率呈现明显的下降趋势,Z2和Z3孔组钻孔平均吸水率分别下降97%和94%,经过定向钻孔超前注浆加固底板太原组上段灰岩后,岩溶裂隙得到了有效充填;治理后区内太原组上段L8灰岩内水压下降至1.2~4.2 MPa,且水压分布不再与地层埋深吻合,多呈孤岛状,太原组上段L8灰被改造为等效隔水层,底板突水系数下降至0.023~0.057 MPa/m。技术成功应用实现了极复杂地质构造下强突水危险性工作面的安全高效回采,为同类矿井相似型综采面的底板岩溶水害防治,探索出了一套新的方法。

煤矿井下定向钻孔随钻测量数据综合采集系统研究

当前煤矿井下定向钻孔随钻测量装备与系统之间相互独立,导致孔底随钻测量数据形式各异,形成数据孤岛的问题。基于B/S系统架构模式,通过对比随钻测量方式、测量数据格式,分析数据综合采集系统需求模块;搭建综合采集系统后台数据库,开发了煤矿井下定向钻孔随钻测量数据综合采集系统。验证表明,数据综合采集系统满足多种随钻测量数据统一汇总处理和整体分析评价功能,并完成数据实时上传,为煤矿井下定向钻孔数据监管平台提供数据网络传输保障,提高煤矿井下钻探智能化水平。

突出煤层定向钻孔瓦斯治理技术的实践研究

辛置煤矿2-211大采长工作面主采煤层为2号煤层,根据突出危险等级划分属于煤与瓦斯突出危险煤层,为解决突出煤层瓦斯抽采难题,采用定向钻孔方法对受采动影响区、采空区进行瓦斯抽采治理。实践应用表明:采用定向钻孔瓦斯治理后,上隅角、回风巷瓦斯平均浓度均降低至0.47%,瓦斯治理效果显著,采空区大量瓦斯得到回收利用,瓦斯治理成本降低,具有较好的安全经济效益。

综采放顶煤工作面瓦斯涌出构成及高位定向钻孔抽采效果研究

为了合理选择刘家梁矿2号煤层瓦斯治理方法,采用现场实测、单元划分、理论分析的方法对刘家梁煤矿2号煤层综采放顶煤工作面瓦斯来源及其涌出构成进行分析,运用数值模拟对2215工作面高位定向钻孔合理层位进行研究并跟踪考察其抽采效果,确定出采空区抽采瓦斯量主要由工作面涌出,采取高位定向钻孔和上隅角插管瓦斯治理技术能较好的适用于2号煤层综采放顶煤工作面,其合理垂直布孔范围为22~40 m,水平布孔范围为10~40 m。

顶板高位定向钻孔瓦斯抽采技术及工程实践

针对大孔径定向钻孔稳定性较差而影响瓦斯抽采效果的问题,本文以陕西省大佛寺煤矿40103工作面为工程背景,首先采用FLAC^(3D)模拟研究了不同孔径下钻孔围岩应力、位移及塑性变形情况,并开展了等效应力护孔效果分析;其次对不同直径及内支撑护孔管开展了轴向抗压实验;最后通过高位定向钻孔现场实践,进一步验证选配孔径和层位对钻孔抽采效果的影响。研究结果表明:对于四种不同孔径(100 mm、130 mm、160 mm、200 mm)的顶板钻孔,随着孔径的增大,钻孔稳定性随之降低,周边岩体逐渐失稳发生变形,现场宜选择Φ160 mm钻孔。在模拟施加等效应力护孔后,钻孔围岩应力集中得到缓解,周边岩体位移和塑性破坏区也随之减小;与普通护孔管(无内支撑)相比,内支撑结构护孔管的抗压性能显著提高,一字形和十字形效果较好,十字形护孔管抗压强度是普通护孔管的4倍;现场施工Φ160 mm顶板高位定向钻孔取得了较好的抽采效果,工作面从切眼推采至315 m期间,冒落带(13~15 m)第一层位、冒落带(23~25 m)第二层位、裂隙带(33~36 m)第三层位抽采瓦斯流量分别为1.46~4.21 m^(3)/min、1.58~5.32 m^(3)/min、1.53~6.02 m^(3)/min。

碎软煤层定向钻孔防瓦斯套铣打捞技术

针对碎软煤层定向钻孔套铣打捞,孔壁失稳塌孔造成瓦斯异常涌出的技术难题,提出了碎软煤层定向钻孔防瓦斯套铣打捞技术。在现有套铣打捞技术基础上,分析了碎软煤层套铣打捞孔内瓦斯异常涌出原因、涌出通道和涌出量,优化了套铣打捞钻具内抽采瓦斯管路系统,将套铣打捞过程中打捞钻具内积聚瓦斯进行抽采并卸压;开发了套铣打捞孔口密闭抽瓦斯系统和套铣打捞加杆防瓦斯装置,实现套铣打捞全程负压抽采、密闭排渣和密封加杆。利用该技术成功处理1起孔深362 m的碎软煤层定向钻孔卡钻事故,事故处理中通过打捞钻具内抽采瓦斯管路系统,实现了打捞钻具内积聚瓦斯的抽采和卸压,通过孔口密闭抽瓦斯系统和加杆防瓦斯装置,实现了孔口和打捞钻杆末端口涌出瓦斯的密闭抽采,整个打捞过程中未发生瓦斯超限事故。

定向钻孔群轨迹三维呈现方法及软件开发

为加强煤矿地质直观展示方式,实现对煤矿井下钻孔群的可视化展现和辅助数据分析,探讨了定向钻孔群轨迹三维可视化呈现技术的主要实现步骤,阐述了各步骤中的核心方法和关键技术;设计了定向钻孔群轨迹三维可视化呈现软件并展示了其主要功能、数据流、逻辑框图等,基于C#和WPF编程开发了对应软件并展示了部分三维可视化效果。

定向钻孔多分支轨迹三维可视化方法及软件开发

探讨定向钻进三维可视化的两种方法,研究测孔二维坐标系统和三维坐标系统的关系,提供测孔数据到大地坐标系统的坐标转换方法,设计并开发基于WPF技术和C#编程语言的三维可视化软件,展示所开发软件DirectX3D渲染的三维可视化效果。

底板灰岩定向钻孔高效钻进技术实践

针对新安煤矿底板灰岩定向钻孔采用常规滑动定向钻进工艺施工钻效低的问题,提出了应用复合定向钻进技术和减阻加压定向钻进技术来提高钻效的试验方案,分析了复合定向钻进技术原理和优缺点,介绍了水力振荡器和水力加压器,根据工具的技术特点制定了钻具组合方案。利用该技术在新安矿15150工作面下部底板巷底板奥灰探查治理工程中进行了应用试验,其中,1^(#)孔在390~501 m孔段试验了复合定向钻进技术,综合钻效为16.6 m/小班,较常规滑动定向钻进工艺时钻效提高46%;2^(#)孔在387~510 m孔段试验了减阻加压定向钻进技术,综合钻效为17.6 m/小班,较常规滑动定向钻进工艺时钻效提高了39%,为矿方底板灰岩探查治理提速增效提供了可行的技术支撑。

煤层顶板高位大直径定向钻孔瓦斯抽采技术研究

在煤层瓦斯抽采工程中,在钻场这些关键区域,布置了6个高位钻孔,这些钻孔布局合理位置精准,能最大限度地抽取邻近层和采空区中的瓦斯。充分考虑瓦斯运移规律,将钻孔层位选定在砂质泥岩与细砂岩的交界面,距离煤层顶板约30~65 m,以确保钻孔能够最大限度地抽取瓦斯。通过这一高位大直径定向钻孔技术,成功实现了对煤层顶板瓦斯的长期、稳定抽采,使采空区瓦斯涌出量得到了有效控制。在测试结果中,钻场内1#~6#孔平均抽采混量为9.76 m3/min,单孔的最大抽采混量为33.992 m3/min,得出高位大直径定向钻孔在瓦斯抽采过程中具有显著效果,对于提升煤矿瓦斯治理水平具有重要意义。随着煤化工行业的快速发展,提升其技术水平具有重要作用,因此需加强这方面研究,才可以更好地实际应用。

复杂顶板定向钻孔穿层段大直径套管护孔技术及应用

针对煤矿井下复杂顶板瓦斯抽采大直径高位定向钻孔存在的穿层孔段轨迹偏斜、孔壁坍塌、施工效率低等问题,提出基于复合强排渣钻进技术与跟管下放套管技术的大直径套管护孔技术,分析了复合强排渣钻进技术原理,设计并试制了套管下放钻具串。在山西晋城矿区王坡煤矿进行了现场试验,完成了3个复杂顶板高位定向钻孔穿层孔段大直径套管护孔施工,套管下放深度35 m,套管直径为244.5 mm,综合施工效率提高30%以上。结果表明,大直径套管护孔技术能够成功突破复杂破碎地层,确保护孔套管顺利下放,对穿层孔段孔壁形成可靠支护,为顶板高位定向钻孔的顺利实施提供了技术保障。

复杂地层顺层定向钻孔轨迹设计方法优化

金泰煤矿M6煤层具有顶底板破碎、视倾角由双倾角控制(XZ视图倾角17°、YZ视图倾角3°)、煤层厚度薄且厚度变化差异大(1.08~1.68 m)的复杂产状特征,在顺层定向钻孔施工中,钻孔平面拐弯段采用原有的轨迹设计方法存在轨迹实控难度大、易偏离煤层进入不稳定顶底板而无法钻进、多分支孔施工降低施工效率和无效进尺的难题。本文基于视倾角计算公式,引入钻孔沿工作面走向倾角参数,针对钻孔平面拐弯段优化轨迹设计方法,并在金泰煤矿开展验证试验。结果表明:优化的钻孔平面拐弯段轨迹设计方法相对于原有轨迹设计方法,能够保持钻孔沿煤层中部钻进,克服煤层厚度变化干扰,实现钻孔平面拐弯段精确沿煤层钻进,有效进尺率分别为48.82%、76.72%和100%。8~10号试验钻孔瓦斯监测数据均呈现出较好的瓦斯抽采效果。

地面定向钻孔预注浆加固技术在断层带巷道围岩控制中的应用

针对巷道通过地质构造带时围岩破碎程度大,节理裂隙发育,常规支护手段难以有效控制巷道围岩变形,极易引发安全事故现状。本文以芦子沟煤矿东翼大巷为工程背景,分析了东翼大巷地质条件及穿断层掘进特征,提出了地面定向预注浆加固实施方案,通过实验验证了地面注浆加固技术的有效性。同时,基于断层地质构造对巷道围岩稳定性的影响特征,提出了“锚架+锚注+锚索梁补强”穿断层联合支护技术,并结合现场情况进行了工业性试验。试验结果表明:穿断层联合支护技术能有效保证巷道在穿断层过程中围岩的稳定控制,巷道围岩变形量得到有效控制,顶底板最大移近量约为118.3 mm,两帮最大移近量约为78.4 mm,支护形式安全可靠。

基于瓦斯抽采定向钻孔的地质建模研究与应用

针对瓦斯抽采定向钻孔揭露地质信息利用程度低的问题,以山西天地王坡煤矿三采区3号钻场为研究对象,开展了基于瓦斯抽采定向钻孔的地质建模研究及模型应用分析工作。结合矿井基础信息、钻孔密闭取芯气含量测试信息、定向钻孔轨迹和揭露岩性信息,构建了钻探区域高精度地质模型和瓦斯气含量模型。根据地质模型和瓦斯气含量模型,对钻孔施工质量、煤层空间起伏、巷道预想剖面和钻场残余瓦斯气含量展开了分析,结果表明:①6号钻孔轨迹基本在煤层中间,钻孔偏离煤层中轴线误差为0.31 m,施工质量较为良好;②钻探区域整体来看为一宽缓的单斜构造,局部存在1个小的向斜构造;③3号钻场经过近500 d的抽采,残余瓦斯含量为2507306.05 m^(3),平均瓦斯浓度预计为4.91 m^(3)/t。

煤矿复杂地层底板梳状定向钻孔钻进工艺技术研究

以贵州发耳煤矿工程为研究对象,对该煤矿工程的基本情况进行了简单介绍,进而分析了梳状定向钻孔钻进工艺流程,并验证了该工艺的应用效果。通过验证可知,该工艺的应用可以提升瓦斯抽采效率,有利于降低瓦斯治理成本,可将该工艺大规模推广。

煤矿井下泥岩地层定向钻孔套铣打捞技术要点分析

针对煤矿井下定向钻孔在泥岩地带遭遇卡钻困境,尤其是套铣打捞过程中所面临的回转阻力大、孔壁不稳定导致的二次卡钻风险,在深入剖析泥岩地层套铣打捞技术的瓶颈后,汲取石油和地质行业的先进经验,独创了一种新颖的解决方案——短程扫孔策略。每隔约15m,实施一次短距离扫孔操作,这不仅提高了效率,也降低了复杂性。在此基础上,进一步发展了全孔套铣扩径技术和局部偏心套铣扩孔技术,这两种创新方法旨在优化孔壁结构,防止因缩径或坍塌引发的卡钻问题。这一系列技术革新在新安煤矿的实际应用中得到了验证,成功应对了一架深度达465m,其中345至450m段全是泥岩的顶板高位钻孔卡钻事件,实现了有效的救援和避免了潜在的二次卡钻危机。