Application of long-reach directional drilling boreholes for gas drainage of adjacent seams in coal mines with severe geological conditions

This study aimed to demonstrate the application of Long Reach Directionally Drilled Boreholes(LRDD)for gas drainage of adjacent seams before and during the longwall face operations of low permeability-high gas content coals Staszic-Wujek Hard Coal Mine in the Upper Silesia Coal Basin(Poland).Five LRDD Boreholes(TM1a-TM5)with a length of 300 and 400 m were located over coal seam 501 in the fractured zone and monitored over six months of longwall face operations.LRDD Boreholes were combined with Cross-Measured Boreholes.Reservoir characterization and geological modeling supported the results obtained from gas drainage.The drainage efficiency of LRDD Boreholes was the approxi-mately 70%level,while conventional Cross-Measured Boreholes were only 30%.The highest goaf gas quality(94%methane concentration)was reported for TM4,placed at an average elevation of 41 m above coal seam 501.The highest goaf gas production(average 6.2 m^(3)/min)was reported for LRDD Borehole TM3.This borehole was placed within the fracture zone(average elevation of 24.4 m)and drilled through the sandstone lithotype with the best reservoir properties,enhancing drainage performance.LRDD Boreholes TM2 and TM4 achieved similar performance.These three LRDD Boreholes were drilled close to the maximum principal horizontal stress direction,providing borehole stability during under-mining.The lowest goaf gas production was reported for LRDD Boreholes TM1a and TM5.Both Boreholes were placed in the rubble zone.

“长掘长探”技术在TBM掘进巷道中的应用研究

针对韩城矿区所属煤矿普遍存在奥灰含水层积水、小窑积水等水害隐患对TBM掘进巷道安全构成严重威胁的情况,迫切需要一种适用于TBM掘进工程的新型水害超前探查技术。结合矿区实际情况,提出了一种适用于煤矿井下TBM掘进巷道的水害探查技术即“长掘长探”新技术。该技术将煤矿井下定向长钻孔钻进技术和井下孔内瞬变电磁技术进行有机地结合,分别对分支孔成孔技术和数据重构技术进行技术改良,通过优选工程技术方案,选取适配的设备及钻具,使用新型孔内瞬变电磁探测仪器,有效解决了韩城矿区TBM掘进巷道无法“随掘随探”的煤矿井下超前水害隐患探查技术难题,提高了巷道快速掘进地质超前的探测效率和成果精度。应用证明,该技术探测成功率高达95.11%,掩护成功率可达91.53%,同时节约了24%的工期,探得一处富水异常区误差最大仅有0.3 m,该技术适合在类似矿井巷道掘进中推广应用。

放顶煤工作面以孔代巷合理布孔参数

为了解决刘家梁矿2号煤层低含量赋存高强度开采引发工作上隅角瓦斯问题,缓解矿井因岩巷掘进造成采掘接替紧张的局面,提出了采用大直径高位走向长钻孔代替工作面低位岩石抽采巷的瓦斯治理技术,结合矿井2号煤层顶板煤岩物理力学参数,通过理论分析、UDEC、FLUENT数值模拟的方法,分别从工作面裂隙带发育、工作面采空区流场分布等不同的专业角度,分析、研究了瓦斯流通通道及赋存规律,为定向高位钻孔合理布孔层位选择提供理论支撑;结合1号钻场瓦斯抽采效果,修正工作面煤岩赋存资料,优化2号钻场抽采设计,调整钻孔布置参数,以工作面瓦斯抽采纯量、上隅角瓦斯浓度为指标,对不同条件下瓦斯治理效果进行对比,实践证明:走向高位长钻孔能够取代低位岩石抽采巷,用于低含量赋存、高强度开采的放顶煤工作上隅角瓦斯治理,治理效果显著,上隅角瓦斯浓度维持在0.6%以下。

中东某碳酸盐岩油田3000m超长水平段优化设计

在油田开发过程中,水平井采收率对于降本增效至关重要。随着技术的进步,超长水平段较常规水平井具有更高的费效比。但是超长水平井技术难度高、施工工艺复杂,对装置和工具能力、轨迹控制、摩阻扭矩、井眼清洁以及井壁稳定性等要求高,需要制定出合理、有效的技术措施,来保障超长水平段的安全顺利实施。针对中东某油田碳酸盐岩储层的超长水平段方案进行了一系列的优化分析,为今后超长水平段方案制定提供参考。

近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究

为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。

松软煤层定向长钻孔钻进技术及应用

针对象山矿井3号煤层受采动影响,卸压瓦斯通过顶底板裂隙释放至保护层工作面及采空区,造成上隅角瓦斯浓度高的难题,结合突出矿井高应力软煤层等复杂地质条件,采用复合钻进与滑动定向钻进工艺,利用ZYL-6000D全方位千米钻机配套螺旋钻杆、YSX18矿用随钻测量系统,采用高压氮气钻进技术,在21315综采工作面施工定向长钻孔进行瓦斯抽采,抽采钻孔使用“三堵两注”两相封孔技术,最终形成松软煤层定向长钻孔钻进控制及钻探工艺技术。试验结果表明,ZYL-6000D全方位千米定向钻机配合高强度刻槽钻杆可提高钻进深度和效率,“三堵两注”两相封孔方法对钻孔周围裂隙进行有效封堵,瓦斯抽采浓度大幅度提升,实现松软煤层定向长钻孔瓦斯治理模块化抽采,为矿井安全高效稳定发展提供有力保障。

伯方煤矿采空区“三带”分布特征及在高位长钻孔抽采中的应用

为提高伯方煤矿3305工作面采空区瓦斯抽采效果,通过数值模拟分析了工作面不同推进距离时覆岩垮落与裂隙演化规律,进而确定了3305工作面采空区“三带”高度;最后分析定向高位长钻孔布置层位选择,并在3305工作面开展了定向高位长钻孔抽采效果考察。结果表明,3305工作面上覆岩层垮落带的最大高度为17.5 m,而裂隙带的最大高度则为56 m。定向高位长钻孔的瓦斯抽采量在2.06~11.09 m^(3)/min,瓦斯抽采浓度保持在一个较高水平,平均浓度达到44%,表明定向高位长钻孔终孔位置位于裂隙带的中下部能够高效的抽采采空区瓦斯。

象山矿井12506工作面顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术

针对象山矿井12506工作面钻孔服务有效周期较短,钻孔瓦斯抽采浓度和抽采量不稳定的问题,研究采用顶板定向长钻孔来代替原有的瓦斯治理措施。通过确定高位顶板裂隙带抽采钻孔的最佳层位和有效控制范围,制定顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术应用方案。现场施工表明,在顶板定向长钻孔的瓦斯抽采模式下,1号钻场的抽采效果显著提升,抽采浓度在4%~25%,整体抽采浓度为12.7%,抽采纯量达到12.29 m^(3)/min;同样,2号钻场单孔抽采浓度在17%~22%,整体抽采浓度为20.3%,抽采纯量达到19.74 m^(3)/min。工作面上隅角瓦斯浓度降至0.4%,有效遏制了上隅角瓦斯超限事故,为矿井提供更有效的瓦斯管控,确保矿井安全运营,抽采效果达到预期目标。

基于高位定向长钻孔的大佛寺煤矿卸压瓦斯抽采技术

陕西彬长大佛寺煤矿为高瓦斯矿井,绝对瓦斯涌出量190.4 m^(3)/min。矿井瓦斯治理工作坚持“超前预报、组织管理、综合研判、技术保障、效果评价”相结合的综合防治工作体系,采空区卸压采用“大孔径、多层次、高负压、大流量、密集抽”技术思路。以40204工作面、4034~上02工作面为研究对象,对工作面采动覆岩裂隙分布进行研究,模拟高位定向钻孔抽采下采空区瓦斯浓度分布,结合采空区“O”型圈模型的理论基础,针对大佛寺煤矿卸压瓦斯抽采的“高位钻孔设计、布置层位确定及抽采工艺”进行探讨,结合工程应用对瓦斯治理效果进行评判。结果表明,实施高位钻孔工艺后,工作面上隅角瓦斯稳定在0.15%~0.45%,回风瓦斯浓度稳定在0.2%~0.35%,证明高位定向长钻孔能够有效治理工作面卸压瓦斯,杜绝工作面瓦斯超限,确保矿井安全生产。

长钻孔抽采条件下顶板瓦斯运移规律及减涌机理研究

顶板长钻孔瓦斯抽采是实现“以抽代巷”,实现顶邻近层瓦斯抽采,减少开采空间瓦斯涌出量的重要手段。结合顶邻近层瓦斯抽采减少回风顺槽上隅角瓦斯浓度工程实践,研究抽采条件下顶板瓦斯运移规律及其对工作面、回风顺槽瓦斯浓度涌出量减少作用机理,发现采用斜向高位钻孔群抽采造成的瓦斯压力降低区相互搭接,在回风顺槽顶板上方及左右两侧迅速形成1个沿巷道分布的低瓦斯压力区,该区域有效阻隔顶板瓦斯向回风顺槽的涌出;靠近采空区侧的顶板斜长钻孔对采空区瓦斯流动也有影响,可有效降低上隅角顶板附近瓦斯压力,降低瓦斯涌出量;抽采稳定后,工作面中部偏轨道顺槽一侧,仍会保有较高瓦斯压力区域,在工作面回采过程中应予以关注。

青海油田风西区块长水平段水平井钻井液技术

青海油田为实现稀井高产开发技术方案,在柴达木盆地大风山地区风西构造部署五口长裸眼水平井,并同时应用水基、油基钻井液进行施工对比,总结完善风西长裸眼长水平段水平井钻完井工艺技术模板。以优质复合盐水基钻井液在风西ⅠH1-5井的现场应用实例进行总结,并对相关钻井工艺技术应用、工程参数控制、流变性与携带等进行分析。风西ⅠH1-5井完钻井深为5478 m,水平段长2541 m,创青海油田水平段最长、油层钻遇率最高(100%)、水平井单趟进尺最多(1566 m)、水平段短程起下钻井段最长(达1000 m)、首次采用漂浮下套管技术等多项施工新纪录,该井的成功钻探对于超长水平段水平井的钻完井工艺在青海油田应用具有里程碑意义。与应用油基钻井液施工的邻井就钻井周期进行了对标分析,该优质复合盐水基钻井液施工井均优于油基钻井液施工井,对今后钻探长裸眼、长水平段水平井钻井液体系优选有较好的指导借鉴。

采掘工作面定向长钻孔卸压效果数值模拟研究

钻孔卸压技术是一种通过改变围岩应力状态和控制巷道变形的安全高效卸压手段。本文以亭南煤矿402采掘工作面为例,在原有卸压钻孔的布设方案基础上,提出采用定向长钻孔的卸压防冲布置方案。通过FLAC3D软件建立数值模型,从垂直应力及塑性区角度对比3种方案的卸压效果。分析认为,普通定向长钻孔卸压与原有卸压方案的卸压效果大致相同,而在高应力集中区范围内加密补打定向长钻孔可以得到更好的卸压效果,为采掘工作面的防冲卸压提供了有效措施。

底板定向长钻孔瓦斯抽采效果模拟研究

随着煤炭行业的持续发展,煤层瓦斯抽采技术成为了保障煤矿安全、提高资源利用率的核心手段。底板定向长钻孔作为1种先进的瓦斯抽采技术,在实际应用中展现了其独特的优势。然而,如何更加精确模拟其抽采效果,进而优化抽采效果,成为了煤炭领域亟待解决的科学问题。因此,通过对抽采技术的原理与方法进行系统分析,深入探讨底板定向长钻孔瓦斯抽采效果的模拟技术与方法,并对抽采效果进行系统评价,最终提出相应的优化建议,确保底板定向长钻孔瓦斯抽采效果得到有效提升。

煤矿覆岩裂隙带长钻孔瓦斯抽采技术研究

针对煤矿覆岩裂隙带瓦斯具有危害大,难抽采的特点,为有效治理该类瓦斯,以山西某矿覆岩裂隙带瓦斯赋存工况为背景,基于长钻孔瓦斯抽采理论,研究了长钻孔瓦斯抽采技术在覆岩裂隙带瓦斯治理中的应用,通过应用模拟软件分析了顶板裂隙带发育高度,设计了抽采钻孔参数,监测了瓦斯抽采体积分数,分析了瓦斯抽采效果,发现瓦斯抽采体积分数呈倒“V”形趋势,通过长钻孔抽采,采煤工作面上隅角瓦斯体积分数从0.55%变为了0.35%,出现了显著降低,达到了较好的瓦斯抽采效果,可为类似工况下覆岩裂隙带瓦斯的治理提供参考。

松软多节理巷道变形破坏机制及联合支护技术

为解决松软多节理巷道大变形问题,以象山矿21501运输巷道为工程实例,通过现场勘测及钻孔窥视,分析了巷道围岩变形破坏机制及塑性区范围。基于三软煤层巷道围岩控制理论,提出了“超前管棚+长锚索+W钢带/工字钢+双层网”优化支护方案,通过数值模拟和工程实践验证支护方案的可行性。结果表明:采用优化支护方案后,巷道两帮及顶底板收敛速度得到有效降低,巷道两帮及顶底板收敛量分别为133.2、175.5 mm,保证了松软多节理巷道的长期稳定。

定向长钻孔孔内负压分布及其有效抽采半径研究

为了解决定向长钻孔孔内负压分布模型不准确,长钻孔瓦斯抽采参数理论依据不足等问题,通过分析抽采负压与煤层瓦斯流动的关系,构建了定向长钻孔孔内负压分布模型,利用COMSOL软件数值模拟了定向长钻孔孔内负压非定常分布的有效抽采半径,并提出了“压茬效应”这一概念。研究结果表明:孔口负压与定向长钻孔孔内负压大小呈正比。在不同孔口负压下,分支长钻孔孔内负压与钻孔长度均呈线性关系,负压损失量和百米负压损失均随钻孔长度的增大而增大。提出了“压茬效应”这一概念,将定向长钻孔末端100 m的钻孔作为压茬钻孔,在瓦斯抽采效果检验时不做检验。同时,将钻孔孔深700 m处的有效抽采半径作为定向长钻孔的最终有效抽采半径。最后,利用残余瓦斯含量法得出某矿定向长钻孔抽采180 d的有效抽采半径为5.0 m,与数值模拟结果保持一致。

以孔代巷瓦斯抽采工艺技术应用

为解决新源煤矿12214工作面上隅角瓦斯超限问题,考察了该工作面顶板岩性,研究了顶板裂隙带范围及其对采空区瓦斯流动聚积的影响,对瓦斯涌出量来源进行了分析,确定在不同层位施工一组共7个顶板高位定向长钻孔进行瓦斯抽采,并与一段高抽巷瓦斯抽采效果进行对比。结果表明:历经5个月回采,顶板高位定向长钻孔组与高抽巷平均抽采瓦斯浓度分别为17.24%、21.32%,抽采瓦斯纯流量分别为3.71、3.37 m^(3)/min,回采期间上隅角平均瓦斯浓度分别为0.42%、0.49%。研究表明,顶板高位定向长钻孔影响范围比高抽巷大,抽采瓦斯纯流量提高了10.09%,施工成本比高抽巷低,且施工效率更高,极大地缓解了高抽巷掘进速度对采煤工作面投产的制约,证明顶板高位定向长钻孔能够有效替代高抽巷进行矿井瓦斯抽采。

某矿8号煤层上行开采可行性研究

某矿井田东部及南部9号煤层已经部分采空,8号煤层与9号煤层层间距为11.5 m左右,某矿8号煤层的开采面临上行开采难题,通过现场调研、实验室实验、现场钻孔窥视、理论分析计算等方法,研究得出:8号煤层采用长壁开采时,底板可能会破断失稳,8号煤层采用连采机为可行的上行开采方法。

千米定向长钻孔瓦斯抽采工艺研究及应用

为了探索千米定向长钻孔瓦斯抽采新工艺,提高瓦斯抽采效果,以枫香煤矿为工程背景,研究提出了定向长钻孔瓦斯抽采设计方案,设计钻孔19个,其中5个主孔和14个辅孔。通过实际应用,枫香煤矿高负压抽采系统瓦斯浓度由原来的10%~14%提高到18%~25%,瓦斯抽采纯量由原来的0.15~0.25 m^(3)/min提高到2.5~3.8 m^(3)/min,矿井瓦斯抽采率由原来的30%~45%提高到70%~80%,高负压日抽采瓦斯纯量约0.5万m3,瓦斯治理成本从2019年以前未使用定向钻机120元/t降至目前55元/t,验证了该设计方案的可行性,应用效果非常显著。

长螺旋钻孔压灌桩施工中的孔壁稳定性控制研究

长螺旋钻孔压灌桩是一种被广泛应用于各种工程项目中的地基处理技术,其施工过程中孔壁稳定性的控制是保证施工安全和质量的关键环节之一。本文探讨了孔壁稳定性控制的重要性、土壤类型、钻孔直径和深度、孔壁支护方式和材料选择、钻进液的选择和使用、土壤处理措施等内容,并对不同工程项目的孔壁稳定性控制方法进行了比较分析,以期为相关领域的工程技术人员提供参考和借鉴,提高工程质量和效率。