李村煤矿顶板定向长钻孔瓦斯抽采参数优化研究

针对高抽巷工程量大、成本高、影响采掘接替等问题,分析了顶板定向长钻孔的合理布置范围、抽采机理及关键影响因素,并根据正交实验和方差分析确定了抽采效果敏感性指标。在李村煤矿1305工作面进行了顶板定向长钻孔代替高抽巷的试验,试验结果表明:顶板定向长钻孔达到了高抽巷瓦斯抽采的效果,将上隅角瓦斯浓度控制在安全范围内,且其施工进度快,成本低,有效解决了李村矿采掘接替紧张的局面。

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。

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。

复杂顶板岩层大直径高位定向钻孔装备与技术

针对目前综放工作面复杂顶板岩层定向钻进成孔困难,卡钻、塌孔事故频发,以及大直径钻孔扩孔难度大,缺乏配套专用扩孔机具,高位定向钻孔成孔深度浅、钻进效率低、有效孔段少等问题,提出基于无线泥浆脉冲随钻测量系统、螺旋型钻具组合、多动力扩孔用双级双速钻头、煤矿井下护孔膨胀管等专用设备机具的复杂顶板岩层大直径高位定向钻孔技术,实现复杂顶板岩层成孔及扩孔的可靠性,改善工作面采空区瓦斯抽采的稳定性。实践表明:大直径高位定向钻孔单孔抽采纯量3.2 m^(3)/min,是常规定向钻孔的3倍,累计抽采瓦斯纯量1 300 m^(3),应用效果显著。

顶板复杂地层高位定向钻孔成孔工艺研究

针对淮南矿区顶板复杂地层条件下大直径高位定向钻孔成孔难度大的问题,结合淮南顾桥矿工业性试验,开展了顶板复杂地层成孔工艺技术研究,形成了顶板复杂地层信息探查技术、爬坡复杂孔段和目标层复杂孔段定向钻进技术、完孔技术等关键工艺技术,并成功实施完成了10个孔径153 mm的顶板大直径高位定向钻孔。抽采试验阶段,试验钻孔标况瓦斯抽采纯流量平均达到11.07 m3/min,平均瓦斯抽采体积分数达到31.39%,与邻近高抽巷瓦斯抽采水平相当,初步实现了"以孔代巷"的目标。研究成果为淮南矿区及类似地质条件矿区瓦斯治理提供了新途径,具有显著的应用和推广价值。

顶板高位定向钻孔无线随钻测量定向钻进技术及应用

针对顶板高位定向钻孔钻进速度慢、钻孔直径小、扩孔效率低、钻具损坏严重等问题,提出了采用泥浆脉冲随钻测量定向钻进技术施工顶板高位定向钻孔的技术方案,开发了泥浆脉冲无线传输技术、复合定向钻进技术、孔口动力二次回转扩孔技术等关键钻进技术,研制选配了定向钻机、矿用泥浆脉冲随钻测量系统、泥浆泵、四级螺杆马达、高强度高韧性钻杆、定向钻头等关键钻进装备,形成了成套技术与装备,在晋城寺河煤矿5304工作面进行了现场试验,完成顶板高位定向钻孔12个,最大孔深480 m,总进尺4 929 m,成孔率达到91.7%,机械钻速提高30%以上,显著提高顶板高位定向钻孔施工效果。

复杂顶板高位定向长钻孔全程下筛管技术实践

针对淮南矿区复杂地层顶板高位定向钻孔施工及瓦斯抽采中存在的钻孔坍塌造成瓦斯抽采通道堵塞问题,研究复杂地层顶板高位定向长钻孔全程下筛管技术;在张集煤矿进行了现场试验,通过对下筛管施工过程中遇到的复杂地层易塌孔、PVC筛管强度低、钢制筛管对测量系统影响、下管工艺流程复杂、遇阻后难处理等问题的分析,针对性的提出确保轨迹平滑、使用钢制筛管、单个钻孔施工完成后及时下管、可切割式导向头及辅助下筛管变径等技术措施;成功实现钻孔平均下管率97%以上,基本实现复杂顶板高位定向长钻孔全程下筛管,保证了瓦斯抽采效果;并利用形成的技术措施在顾桥矿南区成功实现φ73 mm钢制筛管最大下入深度744.6 m,创造煤矿井下φ73 mm钢筛管下放记录,促进"以孔代巷"技术的全面推广应用。

高位定向钻孔代替高抽巷瓦斯抽采技术在新集二矿的研究分析

基于采空区顶板"三带"理论,分析了顶板高位定向钻孔技术瓦斯抽采基本原理,对大直径高位定向钻孔代替高抽巷瓦斯抽采技术进行了研究分析,并在新集二矿进行了工业性试验。试验结果表明,在新集二矿220112工作面施工的5个大直径顶板高位定向钻孔的瓦斯抽采量所占比例与高抽巷几乎一样,通过采用顶板高位定向钻孔与底板穿层钻孔、风机巷顺层钻孔、上隅角埋管等瓦斯治理方式相结合,使工作面回采期间回风瓦斯平均为0.34%,未出现瓦斯异常涌出现象,实现了工作面安全开采。

大直径顶板定向钻孔在亭南煤矿上隅角瓦斯治理中的应用

文章在大功率定向钻进装备研制成功的基础上,在亭南煤矿施工完成了4个顶板高位定向钻孔,并扩孔至153mm。通过对成孔后的瓦斯抽采流量与浓度的分析,发现钻孔抽采流量与回采线和钻孔的相对水平距离有关,虽然抽采率与同一矿区高抽巷相比还存在差距,但其在单位面积瓦斯涌出量方面具有明显优势,这为上隅角瓦斯治理工作提供一种新的思路。

煤矿井下定向钻进工艺技术的应用

定向钻进技术以其精确控制钻孔轨迹逐渐被应用于煤矿井下瓦斯抽采钻孔及防治水钻孔施工中。从定向钻进技术的原理入手,以国内多家煤矿企业井下施工定向钻孔的实际资料,研究了定向钻进技术在煤矿井下进行瓦斯抽采、地质构造探测及防治水施工的适用条件、布孔方式和成孔原理。结果显示,定向钻进技术在煤矿井下瓦斯抽采、地质构造探测及防治水领域的应用效果显著。

基于大直径顶板高位定向长钻孔的瓦斯抽采关键参数研究

为进一步降低瓦斯抽采风险和成本,提高瓦斯抽采效率,以山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿28210工作面为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场试验相结合的分析方法,探讨了综采工作面采空区覆岩运移特性,在此基础上确立了利用大直径顶板高位定向长钻孔抽采卸压瓦斯的关键性参数。研究结果表明:高位大直径定向钻孔的合理布设位置为顶板上36~50 m,深入采空区距离以15~45 m为宜。施工后回采过程中工作面上隅角的瓦斯浓度始终在0.4%以下,而钻场平均抽采浓度和平均抽采量均随工作面推进呈现一定的规律性,实践验证了大直径顶板高位定性长钻孔可有效保障煤炭安全生产,促进煤与瓦斯共采,为矿井灾害防治与资源合理利用提供了技术方向。

煤层顶板高位定向钻孔扩孔钻杆接头有限元分析

依据正向加压扩孔与反向回拉扩孔钻进工艺方法原理,建立顶板高位大直径定向钻孔扩孔钻 杆弯曲姿态几何模型;将钻杆弯曲与钻孔轨迹弯曲叠加,计算出2种扩孔钻进方法钻杆最大综合全角弯曲 强度分别为2°~2.5°/3 m、1°~1.5°/3 m;以此为基础建立钻杆公、母接头及装配体三维模型,通过 无缝接口导入ABAQUS有限元分析软件;依据扩孔钻进实际工况与钻杆综合弯曲强度计算结果,设置边界 条件,施加压力、拉力、弯矩与扭矩等外部载荷,开展有限元数值模拟分析;得出正向加压扩孔与反向回 拉扩孔工况条件下,造斜孔段与保直孔段钻杆公、母接头最大应力分布特征,对于顶板高位大直径定向 钻孔扩孔钻杆的合理使用具有指导意义。

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。

大直径定向钻孔高效成孔钻进技术应用

为了提高寺河煤矿工作面上隅角和回风瓦斯的治理效果,根据工作面顶板覆岩地质特征及开采条件,在煤层上覆顶板岩层内施工顶板高位大直径定向钻孔,依据经验公式确定了顶板大直径高位定向钻孔布置层位。针对顶板硬岩大直径定向钻孔施工过程中先导定向钻孔钻进及分级扩孔效率低的问题,将冲击螺杆马达、扭力冲击器与双级双速扩孔钻具分别应用于定向先导孔与扩孔施工,以提高顶板高位大直径定向钻孔整体施工效率。应用效果表明:冲击螺杆马达成孔技术与扭力冲击旋转扩孔技术提速效果显著,最高钻进速率分别为13.6m/h和11.1m/h,最终形成的?200mm大直径高位定向长钻孔保证了钻孔轨迹在煤层顶板裂隙带内有效延伸,实现了对采动卸压瓦斯的持续稳定抽采,取得了良好的瓦斯抽采和治理效果,平均单孔瓦斯抽采量达到3.36m^(3)/min,单孔瓦斯瞬时最大抽采量可达26.0m^(3)/min。

大直径顶板高位定向钻孔在复杂地层钻进工艺的应用分析

定向长距离大直径钻孔瓦斯抽采技术是治理工作面瓦斯隐患的一项新技术,但在施工大直径顶板高位定向钻孔时,会遇到破碎地层和缩颈泥岩,再加之施工煤层顶板时钻孔返渣较多,经常会遇到塌孔、卡钻事故,影响了大直径顶板高位定向钻孔的瓦斯抽采效果。通过在刘庄煤矿进行试验,研究大直径顶板高位定向钻孔在复杂地层钻进的事故原因,通过采用注浆加固技术稳固孔壁和复合钻进工艺,有效解决了问题。

煤矿井下双级双速扩孔技术研究与应用

针对顶板高位大直径定向钻孔分级扩孔综合效率低、钻具安全性差等问题,开发了双级双速扩孔方法,研制了双级双速扩孔钻具,包括直螺杆马达、一级钻头与二级钻头。运用等碎岩比功理论开展双级双速扩孔分级研究,确定了一级钻头与二级钻头切削分界面直径为157 mm,一级钻头外径为165~172 mm。分别从壳体、马达动力总成、万向轴总成、传动轴总成与连接模块等方面开展设计研究,研制了φ105 mm双级双速螺杆马达。采用参数化设计方法,配套研制了多种规格的一级钻头与二级钻头。现场试验结果表明,双级双速扩孔技术可将高位定向钻孔直径由120 mm一次增扩至200 mm,综合钻进效率得到提高,钻孔瓦斯抽采效果良好,为工作面采动卸压瓦斯高效抽采定向长钻孔快速成孔提供了新方法。

顶板走向高位钻孔瓦斯抽采技术在孟津煤矿三软突出煤层中的研究与应用

为有效解决孟津煤矿11010工作面回采过程中,采空区以及上隅角的瓦斯积聚问题,根据工作面的实际情况,在采煤工作面回风顺槽布置顶板走向高位钻孔对采空区瓦斯进行治理。通过具体试验并对比抽采浓度情况,确定孟津煤矿11010工作面裂隙带高度应在27~35 m,最终认定将钻孔终孔点布置在距煤层顶板25和35 m处时的瓦斯抽采效果最好。

顶板定向瓦斯抽采钻孔合理层位确定及其抽采效果分析

深部厚煤层工作面快速回采常诱发瓦斯异常涌出。根据唐口煤矿6305工作面工程条件,采用经验公式计算了6305工作面顶板导气裂缝带的高度区间,通过Fluent模拟分析了定向长钻孔的最佳设计层位,施工了3组4个定向长钻孔,观测定向钻孔抽采瓦斯情况,并与传统的高位钻孔进行技术经济比较。结果表明:6305工作面顶板裂缝带的区间高度距离煤层底板17.4~45.5 m,定向长钻孔的最佳布置层位为距离煤层底板4倍采高(40.32 m)处;顶板定向长钻孔瓦斯抽采量为39~44 m^(3)/min,瓦斯抽采浓度可达15%,瓦斯抽采纯量为3~5 m^(3)/min;与高位钻场钻孔抽采相比,采用顶板定向钻孔抽采裂缝带瓦斯能够在保证不降低瓦斯治理效果的前提下,总钻孔工程量减少50%,施工时间缩短72%,每500 m回采巷道节约成本100万元。

不同通风方式下顶板高位定向钻孔瓦斯抽放效果研究

顶板高位定向钻孔配合上隅角埋管抽放是解决综采工作面采空区瓦斯聚积、回风流瓦斯浓度高的主要手段,顶板高位定向钻孔抽放采空区聚积瓦斯期间,工作面不同通风方式对钻孔的抽放量影响差异较大。通过对常村煤矿W3309综采工作面在2种不同通风方式下的顶板高位定向钻孔抽放量进行监测,结果表明,采用两进一回前置回风比三进一回后置回风顶板高位定向钻孔抽放量高10 m^(3)/min以上,工作面回风流瓦斯浓度下降0.23%,两进一回前置回风较三进一回后置回风更有利于顶板高位定向钻孔抽放,综采工作面瓦斯治理效果明显。同时,通过分析三进一回后置回风通风方式对抽放效果的不利影响因素,并对高位抽放钻孔进行优化,有效解决三进一回后置回风通风方式下瓦斯抽放浓度低、工作面回风流瓦斯浓度偏高问题。

裂缝带顺层长钻孔瓦斯抽采技术研究

为进一步提高采空区裂缝带瓦斯抽采效果、降低矿井瓦斯治理成本,保证工作面安全回采,曙光煤矿引进大直径顶板定向长钻孔技术对工作面覆岩裂缝带瓦斯进行抽采,同时对高位定向钻孔布置层位及施工工艺进行了研究。现场工业性试验表明,垂直方向上定向钻孔层位布设于裂缝带中下部瓦斯聚集区域17.1~22.8 m;水平方向上钻孔分布范围距回风巷15~35 m,钻孔间距为10 m。与普通高位钻孔抽采技术相比,该套技术不仅大幅减少高位钻场数量和钻孔进尺量,显著缩短施工工期和降低施工成本,而且瓦斯抽采效果明显优于常规钻进技术,平均单孔瓦斯抽采纯量由0.15 m^(3)/min提高到1.55 m^(3)/min,提高了9倍;钻孔抽采寿命由18~33 d提高到146 d以上,提高了4倍以上。