深部松软煤层瓦斯抽采钻孔钻护一体化技术研究

针对平顶山矿区深部煤层煤质松软,瓦斯抽采钻孔变形和坍塌现象普遍,瓦斯抽采困难的问题,开展了钻护一体化技术与装备研究。利用有限元软件ANSYS的广义Kelvin蠕变模型,分析了不同时间煤体蠕变对钻孔应力分布的影响规律,得到了软煤钻孔周围最大垂直应力分布范围。蠕变效应造成的平均(取竖直内径与水平内径的平均值)钻孔收缩量约为61%,平均作用周期约为20 d。以上述数值分析为基础,研发了磁吸牙片限位翻转式PDC通管钻头和内附导向衬管式通管钻杆,优选PE管作为护孔管,并在平顶山矿区的首山一矿进行现场试验。试验结果表明:采用深部松软煤层瓦斯抽采钻孔钻护一体化技术后,单孔平均百米瓦斯纯流量由0.003 6 m^3/(min·hm)提高至0.010 82m^3/(min·hm),瓦斯抽采效果明显。

钻冲护一体化水力卸压筛管护孔瓦斯高效抽采技术研究

针对瓦斯抽采顺层钻孔水力冲孔造穴塌孔严重,抽采效率低的问题,提出钻冲护一体化水力卸压筛管护孔瓦斯高效抽采技术,并研发钻冲护一体化装置,实现瓦斯抽采顺层钻孔钻进、水力冲孔造穴和不提钻随钻下筛管的一体化施工。现场试验结果表明:钻冲护一体化水力卸压筛管护孔瓦斯高效抽采技术筛管下入率达98%,是原有水力冲孔造穴技术的2.18倍,是普通钻孔的1.96倍;钻孔平均瓦斯抽采纯量达到0.258 m^(3)/min,是原有水力冲孔造穴技术的1.8倍,是普通钻孔的4.86倍;钻孔瓦斯流量衰减系数为0.016 d,是原有水力冲孔造穴技术的19.4%,是普通钻孔的48.3%。钻冲护一体化水力卸压筛管护孔瓦斯高效抽采技术提出及装置研发提高了筛管下入率,减小了瓦斯流量衰减系数,有效提高了瓦斯抽采效率。

定向顺层钻孔“钻-冲-护”一体化增透技术试验

针对松软低透煤层瓦斯抽采钻孔塌孔严重、瓦斯抽采效果差、抽采达标周期长、抽掘采衔接紧张等问题,基于现有装备,提出了定向顺层钻孔"钻-冲-护"一体化低透煤层高效促抽瓦斯技术,该技术在长平煤矿实践表明:大功率定向钻机施工煤段长度达到340 m,煤段水力冲孔后总返煤量260.46 t,扩孔孔径φ0.87 m。对冲孔方式进行考察,发现回转冲孔方式和交叉冲孔方式效率优于水平冲孔方式。未采取下筛管工艺抽采钻孔平均瓦斯浓度为25.05%;全程下筛管护孔抽采钻孔平均瓦斯浓度为49.10%,一体化工艺下抽采钻孔百米瓦斯纯流量比普通钻孔水力冲孔护孔后抽采钻孔百米瓦斯纯流量提高了约11倍,瓦斯流量衰减系数降低了9.4%。瓦斯抽采浓度提高约2倍,百米抽采瓦斯纯量由0.08 m^(3)/min增至0.94 m^(3)/min,瓦斯抽采效果明显,保障了矿井的安全高效生产。

四刀翼可钻式钻头的结构设计及分析

钻护一体化工艺技术解决了高地应力井下煤层开孔套管下入深度的难题。配套可钻式钻头不仅满足正常钻进切削岩(煤)的要求,而且通过配套工具可以将钻头钻穿,将套管留在孔中,保护钻孔,为后续定向长距离钻孔的施工奠定基础。结合工艺技术的特点,优化设计四刀翼可钻式钻头,选择35CrMo材料作为钻头本体材质,并通过相应软件进行力学、强度、流场分析,结果表明钻头结构设计合理,满足钻进要求。