低透气煤层无泵式钻扩一体化增透技术与钻具研究

针对在低透气煤层常规机械掏穴、水力冲孔等增透施工中存在的施工效率低、掏穴装置稳定性差以及需要配备高压泵等问题,提出了无泵式钻扩一体化增透施工技术,研制了配套的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置,并进行了现场工业性试验。结果表明:钻扩一体化增透施工技术在煤矿井下静压水条件下,可实现一趟下钻完成先导孔和机械掏穴的同时作业,解决了常规掏穴装置刀翼开合不稳定、必须配套高压泵的问题,降低了该技术的使用成本;研发的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置工作灵活稳定且可靠性高,造穴段单孔直接扩大至原常规钻孔孔径的4.4倍,显著提升了瓦斯抽采效果,该技术的成功应用为煤矿井下低透气煤层瓦斯抽采钻孔施工提供了技术支撑。

真三轴应力下水射流冲击不同层理面倾角煤的破坏机制

煤的层理面倾角(bedding plane angle,BPA)对射流破岩的效果影响显著。为探讨真三轴应力下不同BPA煤的射流破坏机制,开展了不同BPA煤在真三轴应力下的纯水射流冲蚀试验。结果表明,当煤的BPA较低或较高时,射流冲击分别容易形成锥形破碎坑和裂缝坑,破碎坑开口随着BPA的增大由圆形逐步向椭圆形过渡,煤的破坏模式由剪切破坏主导转变为拉伸-水楔效应主导。随着BPA增至60°,破岩体积增加了154.35%。当施加三轴应力时,煤层理面对射流破煤性能的影响被抑制,不同BPA煤的破坏模式仅呈现圆孔破碎坑,水锤压力引起的剪切破坏是煤在三轴应力下破坏的主要原因,60°BPA煤样的破坏体积减少了95.60%,相比其他倾角降低幅度达到最大。BPA对煤的轴向损伤演化具有驱动作用,随着倾角增大,轴向损伤发生波动。当施加三轴应力时,三轴应力抑制了射流破煤的损伤演化,煤的轴向损伤出现收缩。煤的破碎坑壁面的扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)结果表明:当施加三轴应力时,0°BPA煤样的破碎孔壁不再出现微裂隙与脆性剪切破坏的痕迹,并且孔隙的数量与尺寸大幅减小;60°BPA煤样的破碎孔壁不再出现水楔作用导致的大量锯齿状痕迹,三轴应力下不同BPA煤的破碎孔壁面均出现明显的延性剪切破坏特征。

煤矿井下碎软煤层气动定向钻进技术与装备研究

【目的】我国煤层赋存地质条件复杂,碎软煤层分布广泛,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井众多,目前采用钻孔瓦斯抽采是防治瓦斯灾害的有效措施。碎软煤层常规回转钻进存在轨迹不可控、成孔深度浅、抽采盲区大,常规定向钻进卡埋钻事故多、成孔困难、钻进效率低等问题。【方法】系统阐述了煤矿井下碎软煤层钻进技术的发展历程与应用现状,研制了气动螺杆钻具、定向钻机、随钻测量系统、除尘泵车、空压机或制氮机、油雾润滑装置等组成的煤矿井下气动定向钻进装备,并配套开发了气动定向钻进工艺和筛管完孔技术等关键技术,解决碎软煤层定向钻进成孔难题,保障瓦斯抽采效果。利用该成套技术与装备在两淮、山西、贵州等地区煤矿进行的碎软煤层定向钻孔试验。【结果和结论】研究表明:(1)气动定向钻进技术是碎软煤层钻孔瓦斯治理的有效技术手段,其钻进深度普遍达到200 m以上,最大钻孔深度达607 m,且可有效控制钻孔轨迹在目标煤层中延伸,煤层钻遇率达90%以上。(2)现场试验表明,气动定向钻进成孔效果好、施工效率高,最大效率达到3 594 m/(台·月),有力推动气动定向钻进技术从小规模试验到大规模的工业化推广应用。结合此成套技术与装备的应用现状和煤矿安全高效生产对钻探技术装备的发展需求,提出煤矿井下气动定向钻进技术与装备的拓展应用方向以及向自动化、智能化和集约化方向发展的现实需求和必然趋势。

华蓥山隧道穿越急倾斜煤层采空区施工方案及应用效果

以华蓥山隧道穿越高顶山煤矿采空区为工程背景,研究了复杂采空区隧道施工的勘察技术和开挖支护方案,建立了隧道穿越急倾斜煤层采空区三维数值计算模型,分析了隧道结构的安全性,结合现场应用评价了隧道穿越急倾斜煤层采空区施工技术。研究表明:1)超前地质钻探能准确判断煤层采空区的空间位置、有害气体以及充填情况,可指导隧道开挖施工风险预测;2)在采取超前大管棚和帷幕注浆加固措施后,隧道穿越采空区施工过程中围岩整体较稳定,未出现掉块、坍塌等现象,施工顺利完成。

深孔钻探技术在煤矿采空区勘查中的应用研究

深孔钻探技术是当前一种相对较为常见的野外勘查技术,可以借助专业的钻探设备从地表开始向下进行钻探,从而对深层岩层的实物信息进行获取,从而对地下信息进行验证,以此来为其余的工程类项目提供详实的地质信息支持。基于此,为切实提升环境保护质量,保障耕地面积,保证煤矿企业的生产安全。本文将对深孔钻探技术在煤矿采空区勘查中的应用进行研究,以当地安庆煤矿采空区勘查项目为例。

“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。

高瓦斯松软薄煤层瓦斯治理技术研究

高瓦斯松软薄煤层瓦斯治理难题一直困扰着煤矿安全生产,本煤层钻孔瓦斯预抽是解决该问题的有效措施之一。针对山西某矿高瓦斯松软薄煤层赋存特点,通过本煤层钻孔合理封孔深度及打钻施工工艺研究,确定了预抽钻孔合理封孔深度为18 m,最优打钻施工工艺为风动定向钻,将本煤层钻孔瓦斯预抽浓度提升至52%以上,提高了本煤层瓦斯治理效果,为其他相似赋存条件煤层瓦斯治理提供借鉴。

小功率定向钻机在大直径高位定向钻孔施工中的应用

小功率定向钻机在煤矿井下进行大直径高位定向钻孔需进行多次扩孔,施工时面临成本高、效率低、工艺复杂等问题,因此在施工中引入小功率定向钻机一次成孔工艺。基于此,介绍了大直径定向钻孔成孔工艺和钻具组合,为煤矿井下大直径高位定向钻孔施工提供了一种新方法,具有较高的推广应用价值。

井约束处理技术在高精度煤田地震勘探中的研究与应用

小微构造识别、薄煤层预测等一直是煤田地震勘探解释层面的难题,解决问题的关键在于拥有一套高保真、高信噪比、高分辨率的地震数据体。为提高地震数据体品质,将井约束处理技术应用于煤田地震勘探数据处理中显得尤为重要。本文将井约束处理技术应用到山西赵庄煤矿三维地震资料处理中,解释成果通过钻孔、工作面和巷道进行了验证,达到了精细识别小微构造、薄煤层的目的,论证了井约束处理技术在高精度煤田地震勘探资料处理中的可行性与优越性。

煤矿地质防治水中定向钻技术的研究

随着煤矿开采的不断深入,矿井水害问题日益突出。为了解决煤矿地质防治水的难题,通过对定向钻技术进行深入研究,探讨了其在煤矿地质防治水中的应用,并通过实地调查和实验研究,系统地分析了定向钻技术在煤矿水害治理中的优势和适用性。研究结果表明,定向钻技术能够高效定位并治理煤矿地下水害,为煤矿地质防治水提供了1种创新的解决方案。

地质工程一体化技术在塔河南岸超深井钻探施工中的应用

塔河南岸是塔里木油田勘探开发增储上产的主要区域之一,以深层、超深层为主要勘探目标,但受二叠系火成岩发育影响,在钻井过程中,井漏、卡钻事故频发,严重制约了钻井提速。为此,在钻完井阶段通过地质工程一体化技术,提前进行井下事故复杂预警,减少钻井过程中工程事故复杂。即钻前利用地震、测井、录井识别方法,总结火成岩分布规律及火成岩相组合方式,进行单井岩性预测,建立地质风险预测模板,以此指导钻头选型,同时提前制定防漏措施;钻中利用元素、全岩、岩石薄片鉴定、扫描电镜等录井技术组合,从“化学成分+微观结构”角度识别火成岩岩性,建立火成岩识别标准,进行火成岩岩性识别,实现现场精准卡层、裂缝识别、可钻性评价,从而进行实时风险预警;钻后总结施工经验,完善二叠系火成岩段安全钻井提速模板,对后续钻井提供指导。运用地质工程一体化技术为优化火成岩发育区钻井施工提供了地质技术支撑,有效降低了区域事故复杂率,提升了钻井时效。

煤矿防治水作业中定向钻探技术研究

煤矿井下积水会增加井下气体浓度,影响井下作业安全,防治水可以及时排除井下积水,保障井下作业人员的生命安全。主要利用定向钻探技术,探查煤矿内老空积水现象、探测煤炭作业面底板承压、顶板水的探测技术、定向探水钻孔、开展注水耐压试验,保证煤矿防治水作业更顺畅,保障了井下安全生产和地面地下水环境的安全。

FLAIR录井技术在白云凹陷随钻判识天然气成因类型中的应用

在油气勘探中,随钻判识天然气成因类型具有重要意义,它可以实时反映重要的油气地质信息。目前随钻判识天然气成因类型方法少,针对判识方法多元性的问题,选择白云凹陷作为研究区域,利用FLAIR录井技术,以乙烷碳同位素判识储层的天然气成因类型和储层对应的FLAIR录井3个敏感参数C_(7)H14、n C_(7)、C_(7)H_(8)为研究对象,借鉴C_(7)轻烃系统三角图判识方法,建立了适用于白云凹陷的天然气成因类型判识新方法。研究结果表明:利用与天然气成因类型密切相关的FLAIR敏感参数建立的新C_(7)轻烃系统三角图判识方法,可以准确鉴别油型气和煤型气,在随钻判识中取得了较好的应用效果,可为油气成藏特征及运聚分布体系研究提供重要的数据依据,具有推广价值。

定向分支钻井技术在张集煤矿陷落柱中的应用

单县张集煤矿存在岩溶陷落柱地质灾害,为了确保采区开采安全,开展3#异常区地面探查工作。该文通过地质、钻孔等资料合理分析了煤矿的基本情况以及陷落柱发育特征,对单县张集煤矿进行了地面定向探查钻孔布置。根据定向分支井设计主要工程难点,总结了施工设备、井身结构、钻具组合、钻井设计参数、钻井液体、施工步骤等定向分支钻井施工关键技术,并且记录剩余分支孔的实钻轨迹与理论轨迹,统计定向钻进过程中多条轨迹的最大钻进偏差。结果表明:测得的6个分支孔定向钻进轨迹最大偏差均未超过0.1 mm,实现对钻进轨迹进行高精度控制,从而安全有效地实现对陷落柱边界的准确探测,保障煤矿的安全高效生产。

长庆油田深层煤层气储层的录井分类评价

国内煤层气历经30年勘探开发,主要集中在1 200 m以浅煤层,随着浅层煤层气资源的逐步枯竭,深层煤层气资源的利用已成为必然趋势。鉴于深层煤层气评价在录井属于新领域,近两年针对深层煤层气多口新钻井围绕地质-工程“双甜点”评价开展技术攻关,结合之前在国内各浅层煤系气市场服务成果,通过优选适用于深层煤层气的录井技术系列,从岩性、脆性、烃源岩特性、含气性4个方面揭示储层的情况,形成了深层煤层气的录井分类评价方法。该方法已成功应用于长庆油田深层煤层气15口井评价和压裂选层方案设计,凸显了录井技术多信息综合评价的技术优势,满足了深层煤层气非常规储层勘探开发的需求。

高瓦斯煤层工作面综合瓦斯治理技术应用

某矿为了优化工作面布置方式,提高回采率,缓解采掘接续紧张等问题,工作面布置方式由U+L型变为简单的单U型。根据煤层赋存情况及瓦斯涌出量特征,在合理的通风系统及充足的配风基础上,采取了综合瓦斯治理措施,掘进采取边掘边抽+释放钻孔,回采采取单侧顺层定向本煤层钻孔+顶板倾向定向钻孔+上隅角埋管瓦斯抽采等技术措施。通过以上瓦斯治理技术,有效解决了高瓦斯煤层单U型通风工作面采掘过程中的瓦斯问题,经济和社会效益显著。

煤矿工作面探放水钻孔机器人研制

针对煤矿水害防治中的探放水钻孔施工存在的问题,研发了一种新型的煤矿工作面探放水钻孔机器人。该机器人集成了大容量钻杆自动化输送系统和高水压智能孔口安全系统,实现了钻孔施工过程的自动化、智能化、安全性和精准度的提升,为煤矿水害的有效防治提供了有力的装备支撑。

钻探技术在某煤矿井下防治水的应用探究

煤矿开采受开采环境、地势结构等方面的影响。其中水害为较为常见的问题,会导致后期开采工作无法顺利开展。本文针对钻探技术在煤矿井下防治水中的应用展开分析,以先进科学钻探技术为支撑,实现高质量煤矿防治水施工。同时应综合考虑煤矿井下水害类型,合理应用全煤层钻孔螺旋钻杆、高角度上仰孔等多项钻进技术,顺利实现煤矿井下防治水目标。

自动化煤矿掘进技术在先进设备协同作业中的应用

本文深入探讨了自动化煤矿掘进技术在先进设备协同作业中的关键应用,通过分析其概念、特点及关键技术,详细阐述了在煤矿掘进过程中,自动化技术在智能控制、精准操控等方面的突出优势。以某全机械化煤矿的应用案例为例,证实了该技术对提高煤炭开采效率、降低劳动强度和提升安全性的显著影响。自动化煤矿掘进技术在先进设备协同作业中表现出巨大潜力,为煤炭产业的智能升级提供了可行路径。

松软煤层“护孔卸压”钻进力学机制

为解决常规套管钻具应用软煤层钻进存在着钻进阻力大、效率低的技术难题,提出“护孔卸压”钻进新观点,建立护孔钻进旋转阻力矩模型、轴向阻力模型及护孔数值模型,分析常规套管钻具应用于软煤层钻进存在的技术缺陷,探讨“护孔卸压”钻进工艺方法实现卸压、降阻的力学机制。结果表明:受软弱煤岩层钻孔收缩产生的围压影响,应用常规套管钻具钻进,在较短的钻孔深度范围内其旋转阻力矩和轴向阻力超过了钻机的额定扭矩及提拔力,钻杆将无法旋转及退钻,致使钻进终止;通过在套管钻具表面设置间隙或孔结构,减小护孔钻杆与钻孔壁的接触面积,为钻孔孔壁留设变形空间,钻杆表面形成的“卸压区”释放了钻杆周围煤体膨胀应力,并且旋转的钻杆不断切除膨胀的煤体,降低了软煤钻孔膨胀变形对钻杆产生的摩擦阻力;提出护孔面积比Sk概念,用来表征钻杆表面孔隙留设面积大小,伴随Sk减小,其旋转阻力矩和轴向钻进阻力呈逐渐降低趋势,降低幅度可达50%以上,从而降低了钻机的动力损耗,有效提高松软煤层的钻孔深度。基于“护孔卸压”原理,构建了螺旋护孔钻杆模型和多孔结构护孔钻杆模型,在实际应用中,结合施工地点的煤岩力学参数,合理确定护孔面积比Sk是护孔卸压钻具结构优化设计的关键。