青龙煤矿碎软煤层顺层定向钻孔钻进试验研究

针对青龙煤矿碎软煤层瓦斯抽采钻孔成孔深度浅、轨迹控制精度低及瓦斯抽采效果差等问题,在分析矿井瓦斯地质情况与预抽采方式现状基础上,介绍了采用空气复合定向钻进技术进行顺层定向钻孔施工的原理和关键技术,制定了钻场与钻孔设计、钻进装备和钻具组合选套、钻进技术要求总结的整体试验方案,并在21608轨道巷迎头钻场进行了顺层钻孔空气复合定向钻进试验。试验结果表明,采用空气复合定向钻进技术可实现碎软煤层内顺层定向钻孔施工,完成7个主孔和2个主分支孔,总进尺为3 929m,最大孔深达406m,300m以上钻孔成孔率达88.9%;试验钻孔瓦斯抽采体积分数均超过68%,平均单孔瓦斯抽采纯量超过1m^3/min,最大单孔瓦斯抽采纯量超过2.55m^3/min,抽采纯量是常规钻孔的10倍以上,瓦斯抽采体积分数提高了50%左右,钻孔成孔与瓦斯抽采效果显著。

地面定向顺层钻孔注浆改造技术在新桥煤矿水害治理中的应用

为了解决井下水害治理工程实施期间存在钻孔出水量大、水压高、单孔出水次数多和注浆量大、施工工期长等安全技术问题,新桥煤矿在21106工作面实施地面定向顺层钻孔及注浆改造技术治理高承压太原组灰岩含水层,选取L_(10)灰岩含水层作为治理目标层位,通过对钻孔方案、钻孔结构、施工流程等方面的优化设计,以实现精准顺层定向钻进,确保能够充分揭露灰岩岩溶裂隙和导水通道;对注浆工艺、注浆参数、注浆压力设计进行研究,实现灰岩含水层的4个阶段注浆,确保注浆改造效果;设计了掘进工作面、回采工作面验证标准,确保治理效果达标。引进地面定向顺层钻孔注浆改造技术,施工工期较井下可节约7~9个月,解决了水害治理接替严重脱节的问题,同时大采长工作面节省中间巷施工,为新桥煤矿后续安全高效实施地面区域水害治理工程提供了借鉴。

顺层定向长钻孔预抽瓦斯区域防突技术在特大型突出矿井中的应用

针对特大型突出矿井瓦斯灾害与高产高效矛盾十分尖锐的问题,根据寺河矿西井区3#煤层厚、地质构造简单、煤质硬、透气性好、瓦斯含量高等特点,通过顺层定向长钻孔技术以及瓦斯抽采特性研究,探索出适合寺河矿特点的顺层递进式区域防突技术,实现大面积区域消突,为矿井安全高效生产提供了保障。

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。

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。

长距离定向钻孔瓦斯抽采技术在青龙煤矿的应用

贵州省煤矿地质构造复杂、瓦斯含量高、煤层松软,瓦斯治理难度大。为了提高该区域瓦斯治理水平,在青龙煤矿21601工作面运输巷Y3点向前5~205 m处,利用千米钻机进行长距离顺层条带定向钻孔瓦斯抽采技术的现场应用。通过定向钻进技术和分支孔控制技术保证钻孔轨迹控制精度,避免了盲钻、盲抽等现象。应用结果表明:2次煤样检测得到的瓦斯可解吸量分别为1.7729,2.1913 m 3/t;残余瓦斯含量分别为4.7739,5.1704 m 3/t,均小于8 m 3/t,满足矿井瓦斯抽采的基本要求;平均瓦斯抽采纯量达到1.26 m 3/min,比原来提高了12%;与常规钻孔相比,采用定向钻孔抽采的瓦斯体积分数提高了50%,瓦斯治理效果显著。

基于定向钻进技术的综合立体瓦斯抽采模式

以成庄矿为例,分析了定向钻进技术在顺层钻孔抽采实体煤、高位钻孔抽采采空区、跨破碎带抽采待掘区域等方面的应用,研究了基于定向钻进技术的综合立体瓦斯抽采模式:针对实体煤层采用顺层递进模块式抽采技术,通过长时间、大范围抽采及预抽模块、掘进工作面、回采工作面的循环递进,实现回采煤量和抽采煤量的良性接替;针对“U”型通风上隅角瓦斯集聚区域采用顶板高位定向钻孔抽采技术,高位定向钻孔通过裂隙带与上隅角构成连通系统,采空区内瓦斯通过裂隙被钻孔抽出,从而降低采空区内瓦斯浓度;针对破碎煤层采用煤-岩-煤型顶板梳状定向钻孔技术,主孔布置于顶板中,钻孔跨越破碎煤体后施工梳状分支钻孔进入煤层,从而掩护下一阶段巷道掘进;针对煤层积水情况采用顶抽气-底排水组合式梳状定向钻孔技术,煤层中积水排采钻孔和顶板中瓦斯抽采钻孔在空间上实现水-气流场联通,煤层孔排水降压后利于顶板孔抽采瓦斯。采用该瓦斯抽采模式后,成庄矿瓦斯抽采率达60%以上。

煤矿井下深孔定向钻进瓦斯抽采技术及应用

为解决试验矿井采用传统抽采技术存在巷道掘进速度慢、采掘接替紧张的问题,提出采用深孔定向钻进瓦斯抽采技术施工定向长钻孔替代常规钻孔进行煤层瓦斯抽采的方案。定向钻进对煤层有效作用面积大,可以大范围改变煤体原始应力的分布,从而打破煤层瓦斯吸附-解吸的动态平衡,使大量吸附态瓦斯转化为游离态;在钻孔负压与煤体地应力和瓦斯压力形成的压力梯度作用下,游离态瓦斯源源不断地流向钻孔空间,使周围煤体瓦斯得到有效排放,煤体发生收缩变形,透气性系数大幅增加,地应力与瓦斯压力梯度减小,从而使得定向长钻孔抽采影响范围扩大,实现煤层瓦斯大面积有效抽采。试验结果表明:采用深孔定向钻进技术施工定向长钻孔成孔良好,试验钻孔总进尺为2 213m,主孔最大孔深达523m,日均抽采纯量为3 528m3;钻孔平均瓦斯抽采体积分数高达88.3%,最高为98.0%;单孔平均瓦斯抽采纯量为1.23m3/min,最大超过2m3/min,瓦斯抽采效果显著;与常规钻孔抽采相比,定向钻孔单孔瓦斯抽采纯量提高了16倍多,单孔瓦斯抽采体积分数提高了2~4倍,巷道月均进尺提高了1倍多。

地面超前区域探查治理技术在灰岩岩溶水害治理中的应用

针对220106 工作面“高水压薄隔水层”灰岩承压水上开采特点,采用了地面超前探查治理技术对灰岩水进行了探查、治理,施工了5 个顺层定向分支钻孔,实现了220106 工作面探查治理范围的全覆盖。通过综合录井判层、钻进异常、钻井液消耗量、泥浆温度、压水试验等方面探查成果资料综合分析,220106 工作面钻探探查目的层段层位清楚,地质构造简单,整体富水性弱,排除了陷落柱及垂向隐伏导(含)水构造,并将C312灰岩改造为良好隔水层,为220106 工作面安全开采提供了保障。

沙曲矿瓦斯抽放模型研究

为了保证矿井生产衔接,利用回采工作面巷道使用定向钻机对下一个工作面提前进行整体的区域性预抽,待需要掘进巷道时已完成对工作面的预抽工作,一次性达到掘进和综采的防突要求。针对煤与瓦斯突出问题采取相应措施后,综采工作面瓦斯均能达到有效排放。所采取措施均由钻机施工,无需开设瓦斯治理巷道,节约了时间和成本,而且抽放的瓦斯可以作为新能源利用。