钻杆类型对松软煤层顺层钻孔排渣的影响

针对松软煤层顺层钻孔压风排渣困难的问题,通过现场试验分析2种钻孔施工中风压和风量的变化规律,确定了最小风压及其计算方法。结果表明:由于钻杆结构的不同,相同风压下,三棱钻杆比圆钻杆更容易排渣,在相同深度下圆钻杆的最小供风压力比三棱钻杆大;2种类型钻杆在施工过程中随深度增加风量均呈现下降的趋势,而圆钻杆下降的趋势的绝对量比三棱钻杆大;随着施工深度的增加,2种钻杆钻屑量均呈增加的趋势,在同一深度三棱钻杆明显比圆钻杆钻屑量要大;圆钻杆与孔壁的排渣空间要小于三棱钻杆,在钻进速度相同的情况下,煤屑在三棱钻杆钻孔中的阻塞几率要小于圆钻杆,三棱钻杆更容易将钻屑顺利地排出,而且还有利于瓦斯的排放。

四翼内凹刻槽钻杆高效排渣钻进技术研究

为解决松软煤层钻进钻孔排渣通道堵塞这一制约钻孔施工效果的关键难题,基于优化钻杆截面形状以增大排渣空间、预防钻孔堵塞这一理念,提出四翼内凹刻槽钻杆几何设计构想,通过孔内排渣阻力力学方程计算验证、钻杆排渣效果数值模拟,分析钻杆结构参数对排渣性能的影响,研制四翼内凹刻槽钻杆并在某矿进行工业性试验。研究结果表明:相较于传统圆状刻槽钻杆,四翼内凹刻槽钻杆在施工过程中具有更大的排渣空间,通过孔内沿程阻力计算对比,四翼内凹刻槽钻杆孔内沿程阻力较圆状刻槽钻杆低13%;数值模拟计算结果表明,当弧形内凹切槽对钻杆的圆心角α=35°、切入深度|EF|=4 mm时,渣体运移距离最大,平均运移速度最大,排渣性能最优;工业性试验表明,使用四翼内凹刻槽钻杆施工钻孔,班进尺长度和终孔深度得到显著提升。研究结果可为煤矿瓦斯抽采钻孔钻具设计提供参考。

顺层钻孔水力割缝煤渣运移及排渣工艺技术研究

由于钻孔排渣空间狭小、煤体颗粒易堆积等原因,顺层钻孔在水力割缝过程中容易出现喷孔、堵孔及抱钻等现象,严重影响顺层钻孔割缝施工成功率及安全性。针对以上问题,研究了顺层割缝钻孔钻进时的钻孔形态,通过分析钻孔下沉现象,将割缝钻孔分为加速下沉段、倾斜下沉段及开孔段3个阶段,分析了各阶段钻孔堵孔模型及堵孔现象。研究得到割缝钻孔各阶段煤渣的运移情况:加速下沉段钻孔煤渣运移以水流升力及拖拽力为主,煤水混合两相流体通过钻杆旋转的扰动作用充分混合;倾斜下沉段则以钻杆外螺旋旋转动力为主带动煤渣运移。通过大量现场试验,得到了不同煤层坚固性系数条件下的割缝压力及钻杆转速参数。研究发现,随着煤层坚固性系数的增大其最优割缝压力随之增大,但合理钻杆转速随之减小,形成了包括合理选择割缝压力及钻杆转速参数、控制压力调节梯度、孔口返水返渣情况观测,以及延长割缝后低压洗孔时间等4个方面措施的顺层钻孔割缝排渣工艺技术。现场试验结果表明,割缝排渣工艺技术能有效避免割缝堵孔风险,保障顺层钻孔割缝安全实施,提高割缝成功率,大幅提高钻孔瓦斯抽采效率,有效推进了顺层钻孔水力割缝卸压增透技术的应用。

冲击地压卸压钻孔技术与设备应用研究

冲击地压对煤层开采具有较大危害,必须采取有效措施对煤层冲击地压进行防治。煤层卸压钻孔技术对冲击地压防治具有效果好且适应性强的优势,得到了越来越多业内人士的关注。本文在明确冲击地压卸压钻孔技术中钻孔排渣和钻头快速提钻两大关键技术的基础上,从插接式螺旋钻杆机械排渣、水力排渣以及压风排渣三方面分析了卸压钻孔排渣技术和设备的应用研究,并对实现卸压钻孔快速提钻的设备性能要求进行了分析研究,最终明确符合设计规范要求的卸压钻孔配套设备应满足的基本条件,研究结果具有一定的现实意义。

煤矿巷道底板锚固孔排渣机理及应用

针对煤矿巷道底板锚固孔钻进过程中排渣困难的问题,分析了底板锚固孔钻进过程中的排渣过程,提出了底板锚固孔钻进排渣困难是由于"钻渣三区"的存在,得出"钻渣三区"是动态的依次逐步形成的,并最终同时存在;利用流体力学的基本原理,推导了冲洗液循环过程的沿程水力损失及在固液耦合作用下钻渣在冲洗液中上返的力学公式。根据现场基本情况,得出冲洗液在冲洗钻孔及排渣过程中的沿程水力损失对钻渣上返的速度vt影响极小,并确定了"钻渣三区"形成的条件。结果表明:在底板锚固孔钻进过程中,钻孔机具的选择、冲洗液流量的要求以及钻机转速、钻压的控制必须协调一致,控制钻渣聚集区的形成,在很大程度上避免钻渣聚集区的形成是加快钻进速度的关键。

松软煤层钻孔用防卡钻钻杆的设计

为了减小松软煤层钻孔施工的卡钻概率,从钻孔排渣规律和塌孔卡钻机理2方面进行分析,提出了解决卡钻的关键因素及所需的钻杆功能要求,并以此为基础对钻杆的结构进行了设计,分析了钻杆防卡解卡的原理,利用排渣性能实验和流固耦合数值模拟相结合的方法验证了该钻杆结构的合理性。防卡钻杆在工业性试验过程中相对常规凹槽螺旋钻杆表现出更好的排渣性能和防卡钻能力,为促进煤矿自动化钻进的发展提供有效支撑。

碎软煤层钻进钻杆槽体结构优化与工程应用

高瓦斯碎软煤层具有煤体强度低、瓦斯含量高等特征,钻进过程中钻孔变形量大、易失稳破坏形成塌孔,导致钻孔深度浅、钻进效率低,进而影响了瓦斯抽采效率。为了提升刻槽钻杆在碎软煤层的应用效果,考虑螺旋槽体头数、螺距、槽深与槽宽等关键参数,采用EDEM与Fluent气固相间耦合的数值计算方法,构建刻槽钻杆钻进排渣模型,对比分析了刻槽钻杆的结构参数对排渣性能的影响。结果表明,增加螺旋槽体的头数,有利于增大排渣空间,提升钻杆的排渣效果;对于Ф50 mm的小直径刻槽钻杆,钻杆表面螺旋槽体设计为三头结构,相比单头和双头槽体,其排渣性能有明显提升;三螺旋刻槽钻杆螺距设计为252 mm、槽深为2.5 mm、槽宽为16 mm时,钻杆的排渣效果最优。通过现场工业性试验,钻进效果与煤矿使用的圆钻杆进行对比,三螺旋刻槽钻杆钻进深度提高11.5%,钻进效率提高35.4%,成孔率达到100%,在钻孔施工的过程中断钻、卡钻等打钻事故均未发生。

不同含量纳米流体改性煤粉润湿性能研究

针对煤粉的润湿性较差、水-煤结合速度慢,井下水力排渣效果不明显等问题,选择二氧化硅(SiO_(2))纳米流体这一具有润湿岩体、改善煤体润湿性等特殊性质的新型液体材料,探究其作为排渣介质,强化煤粉表面润湿性,提升水力排渣能力的效果。选取去离子水和纳米流体进行煤粉润湿性实验,改变纳米流体质量分数、煤粉粒径和润湿剂-煤粉配比,采用接触角测量仪等设备量化煤粉表面润湿性,探究了SiO_(2)纳米流体强化钻孔排渣能力的效果及影响因素。结果表明,随着SiO_(2)纳米流体的质量分数增加,煤粉表面接触角逐渐减小,最低可达21.64°,使煤粉从油湿性转化为水湿性;分析过程中引入强化值与强化率,发现SiO_(2)纳米流体煤粉润湿值约为去离子水的8.5倍,强化率最高可达70.8%。本研究为钻孔排渣介质的选择提供了方向。

松软低透煤层钻孔卸压增透技术研究

为解决松软低透突出煤层卸压增透难题,在祁南矿开展了深螺纹钻杆钻进工艺试验。效果考察结果表明,钻孔排渣量越大,煤体卸压效果越好;钻孔瓦斯初始涌出量越大、衰减系数越小,抽采达标时间越短。研究认为,松软低透煤层应以卸压增透为发展方向;钻孔卸压增透技术的本质就是加大钻孔排渣量;应制定配套的薪酬管理及钻孔考核验收制度,应把钻孔排渣量、瓦斯初始流量作为重要考核内容。

煤粉粒径及含量对纳米流体润湿强化效果的影响

针对深部井下钻孔抽采瓦斯钻孔施工面临巷道粉尘严重,钻孔排渣慢、危害作业人员健康、影响抽采效率等问题,提出将二氧化硅(SiO_(2))纳米流体作为煤粉润湿剂,探究其强化润湿煤粉表面的能力,查明其作为注水降沉剂的应用效果。实验选用去离子水和纳米流体进行煤粉润湿实验,改变煤粉粒径和润湿剂-煤粉配比,采用接触角测量仪等设备量化煤粉表面润湿性。研究表明,SiO_(2)纳米流体能将煤粉表面由亲油性改性为亲水性,通过SEM表征发现,煤粉经纳米流体润湿后表面被纳米颗粒覆盖,Si的表观浓度达到36.22,原子占比为11.39%。

桥涵水下灌注桩施工技术应用与改进

总结了在路桥建设过程中 ,为确保桥涵桩基水下灌注质量所采用的新工艺新方法的尝试 ,取得了较好的经济效益和社会效益。

KQJ潜孔钻机在新庄孜矿66109综采工作面的应用

为解决使用水力排渣施工钻孔,煤岩粉无法全部排出,沉淀后,堵住钻孔,影响钻孔抽采的问题,通过KQJ潜孔钻机,利用风力排渣,取得了良好效果。采用潜孔钻机施工下向钻孔单孔浓度最大达到95%,平均浓度达到60%,单孔抽采瓦斯纯流量最大达到1.8 m3/min,沿空留巷内回风流浓度由原先的1%降到了0.6%。该钻机每小时进尺应该能达到15 m左右,能使下向钻孔的施工进度跟上工作面回采速度。