煤矿井下近水平定向钻进配套钻杆的研制

针对进口定向钻进装备配套钻具在使用过程中出现的问题,结合我国煤矿具体地质赋存特点和定向钻进技术要求,通过对定向钻进配套钻具工作条件分析、材料优选、结构优化和性能检测,确定了中心通缆钻杆的螺纹结构和信号传递装置结构,研制成功了高强度(￠)73 mm中心通缆钻杆及其配套钻具,并制定了钻杆的性能检测标准.现场工业性试验期间,利用(￠)73 mm中心通缆钻杆实现了煤矿井下近水平定向钻进钻孔深度1 212 m,钻进过程中信号传递实时、高效、可靠,可满足煤矿井下随钻测量千米孔深定向钻进的使用要求.     

基于外部供电的矿用随钻测量装置研究及应用

为了解决现有煤矿井下随钻测量装置探管的电池寿命、信号稳定性、电池环保等方面存在的问题,根据电流环的工作原理研制开发了基于外部供电的矿用随钻测量装置ZSZ1000,该装置可通过专用通缆钻杆同时对随钻测量装置探管进行供电和传输信号.在不同地质条件的多个煤矿进行工业性试验,试验证明该装置在各种钻孔轨迹的情况下都可以保证高可靠性运行,钻孔效率提高10％以上,每年每根探管节省千米定向钻机运行电池成本约25万元.     

Φ63.5 mm螺旋钻杆随钻定向测量系统

研制了外径63.5 mm的螺旋钻杆随钻定向测量系统。该系统的测量探管通过中心通缆式钻杆与孔口的防爆计算机相连,由井下交流127 V为测量探管及孔口防爆计算机供电,测量数据由数字载波信号通过通缆钻杆实时传送给孔口的防爆计算机,实现数据实时显示、存储和图形绘制。性能测试表明系统可满足煤矿井下较小孔径探放水孔或瓦斯抽放孔施工中的定向钻进要求。     

中心通缆钻杆及其在煤矿井下定向钻进中的应用

针对煤矿井下定向钻技术对钻杆的随钻测量通讯和强度要求,钻杆采用中心通缆方式,可实时传输钻孔随钻测量信号。采用高强度管材、特种螺纹丝扣结构、摩擦焊技术,可提高钻杆抗拉、压、弯、扭强度。并根据现场使用中存在的问题给出了解决方法。大佛寺煤矿随钻测量应用实例说明中心通缆钻杆满足最大孔深1200 m的随钻测量通讯和钻杆强度要求,朱仙庄梳状孔应用实例说明中心通缆钻杆满足最小弯曲半径54 m定向孔施工,哈沙图煤矿定向钻孔应用实例说明中心通缆钻杆满足急倾斜58°煤层定向孔施工。     

煤矿井下随钻测量电磁传输信道建模

煤矿井下随钻测量系统目前主要采用有线方式进行信号传输,但是存在通缆钻杆加工技术要求严格、使用成本高等缺点,研制适用于煤矿井下的电磁波随钻测量系统十分必要。与地面钻进中井下-地面电磁传输信道不同,煤矿井下电磁波随钻测量采用孔内-孔口电磁传输信道,电磁信号传输过程中衰减特性亟待研究。基于经典电磁理论,结合煤层及煤层围岩电性,运用等效传输线法,计算了孔口接收电极间信号电压,包括煤岩层导电性、发射信号频率、钻杆电阻率、钻杆长度对接收信号电压的影响。仿真结果表明,相同工作条件下,煤矿井下孔口电极接收电压小于地面电极接收电压,大于地面电极接收电压一半。     

矿用中心通缆式钻杆关键技术研究

为使矿用中心通缆钻杆能由孔口向孔底输送电力信号的同时,又能建立孔口与孔底设备之间的双向和高速的信息通道,对煤矿中心通缆式钻杆进行了外管设计、内部结构设计以及在中心通缆式钻杆上对于信号传输过程有影响的关键点进行了研究,详细阐述了煤矿用中心通缆式钻杆的设计、热处理、加工制造以及中心通缆式钻杆的密封性和导电性对其性能的重要作用。该煤矿用中心通缆式钻杆的应用为煤矿井下定向长钻孔的钻进提供了技术装备,为煤矿安全高效开采提供保障。     

煤矿井下随钻测量技术的应用研究

目前煤矿行业广泛采用定向钻进,对随钻测量装置的要求越来越高。介绍了随钻测量装置系统的原理,并采用无需电池供电的方法给测斜探管供电,节省了以往因探管电池电量耗尽而退出全部钻杆更换电池的时间以及减少了测量装置系统的成本。在此基础上研制了实际的随钻测量装置,并通过工业试验证明,研制的随钻测量系统能够完成倾角、方位角、工具面向角等参数的测量,提高了钻进效率。     

泥浆脉冲式随钻测量系统在高位定向孔中的应用

近年来,煤矿井下随钻测量系统由于其效率高、精度准的优点,已被广泛应用于煤矿瓦斯治理、地质构造勘探及水害防治中。通过在山西临汾市德通煤业现场实际应用泥浆脉冲随钻测量系统,对比中心通缆式测量装置与泥浆脉冲测量装置的精度和效率,证实新型泥浆脉冲仪器钻进效率高、节约成本、工作稳定,具有高安全性和可靠性的特性。可在高位定向孔中推广应用。     

煤层井下定向钻进用随钻测量系统的研制

为实现煤矿井下定向钻进的安全高效进行,需要研制煤矿井下定向钻进用随钻测量系统,对钻孔轨迹进行实时测量和控制.通过分析煤矿井下施工环境、钻进工艺和功能结构要求等,总结了系统研制技术要求和研制关键技术,制定了系统组成结构与工作原理、工作模式与控制流程、孔口仪器研制、测量探管设计及系统软件设计等关键技术的实施方案,并具体实施和研制出了4种型号随钻测量系统,应用效果良好,可满足煤矿井下定向钻进需要.     

无线随钻测量系统在煤矿底板水害防治中的应用

为解决唐家会煤矿煤层底板水害问题,计划通过搭配无线随钻测量系统的钻孔注浆方法来解决。井下无线随钻测量系统由隔爆计算机、本安型键盘、数据存储器、压力变送器和隔爆测量探管组成,通过实时测量倾角、方位等数据,为控制钻孔轨迹提供依据。实践结果表明,通过设计合理的钻孔轨迹,采用三级孔身结构,同时配合无线随钻测量系统和定向钻进工艺,可精确控制钻孔在目标层位延伸,达到底板水害防治钻孔的要求。钻孔无线测量系统较传统的有线测量系统钻速明显提高,钻进效率得到提升,且无需对通缆钻杆进行维护和测试,劳动强度有所降低。     

煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备现状及展望

煤矿井下近水平定向钻孔可实现超前、区域、精准灾害防治与瓦斯抽采利用,在煤矿地质保障中发挥着重要作用。系统介绍了国内外煤矿井下随钻测量定向钻进技术发展历程与应用现状,对国内定向钻进装备中的钻机、泥浆泵车、防爆型随钻测量系统、包括中心通缆钻杆、螺杆马达和钻头在内的配套钻具、包括滑动定向钻进和复合定向钻进在内的定向钻进工艺技术与套铣打捞工艺技术等关键技术和装备进行了简要分析和总结,对小体积防爆型随钻测量系统中的有线随钻测量系统、泥浆脉冲无线随钻测量系统、电磁波无线随钻测量系统和地质导向随钻测量系统的功能特点及适用性作了阐述,针对解决提高复杂顶板岩层中定向钻进成孔率、超深孔钻进施工能力和地层适应性等难题,介绍了该成套技术与装备在保德煤矿、龙王沟煤矿和顾桥煤矿进行顺煤层超深定向钻孔和复杂顶板高位定向钻孔的典型现场应用案例。基于成套技术与装备发展现状和现场应用,展望了煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备的发展方向和趋势,指出装备的自动化、信息化和智能化将成为技术攻关的方向与现场重点需求,高效快速钻进的旋转导向钻进系统和大直径定向钻孔将得到现场实践验证。     

顺煤层随钻测量定向钻进技术在金泰煤矿的应用研究

针对金泰煤矿待掘区域普通钻孔瓦斯治理存在的钻孔深度浅、轨迹不可控和抽采效率低等问题,基于煤矿井下随钻测量定向钻进技术,集成了有线随钻测量技术、双动力复合钻进技术和缓升倾角探顶技术等关键技术,配套了定向钻机、液动螺杆马达、随钻测量装置、中心通缆钻杆和定向钻头等装备,提出了顺煤层随钻测量定向钻进技术。在金泰煤矿10605运输顺槽开展了现场试验,共施工9个顺煤层定向钻孔,最大进尺232 m/d,最大孔深552 m;单孔抽采瓦斯浓度最高可达96%,单孔抽采瓦斯纯量最大可达0.66 m³/min,分别为普通钻孔6倍和20倍;主管路瓦斯抽采浓度提高到50%以上,抽采纯量提高到4 m³/min以上。应用顺煤层随钻测量定向钻进技术显著提高了本煤层瓦斯抽采效果,达到了超前掩护巷道掘进的目的,可为矿井瓦斯治理提供一种新的技术途径。     

煤矿井下2570m顺煤层超深定向孔高效成孔关键技术

针对现有定向钻进技术装备不能满足超长工作面瓦斯大区域治理对井下顺煤层定向钻孔深度要求的问题,提出利用泥浆脉冲无线随钻测量系统替代有线随钻测量系统进行钻进参数测量,避免了有线随钻测量系统信号传输受通缆钻杆影响的问题;基于近水平钻孔回转钻进的"岩屑楔"理论,通过优化螺杆钻具结构及调整钻进工艺参数实现复合钻进状态下钻孔增、降、稳倾角调节,进一步提高了复合钻进进尺比例,使钻进系统压力明显降低。结合保德煤矿生产需要施工完成主孔深度2 570 m、孔径120mm的顺煤层超长定向钻孔,钻孔平均日进尺达到200 m以上,通过对该超深孔施工关键装备适应性分析可知:钻进装备稳定可靠,无线随钻测量系统信号在超深钻孔中传输稳定,复合钻进倾角控制效果良好,系统压力参数下降明显,说明该套技术装备能满足煤矿井下2 500 m顺煤层超深定向钻孔的施工要求。研究成果可为顺煤层超深定向钻孔施工和超长工作面瓦斯超前治理提供重要借鉴。     

煤矿井下定向钻进新技术

通过调查煤矿井下现有定向钻进的技术现状以及石油钻井领域的一些新技术,论述了煤矿井下定向钻进的新技术和发展趋势,包括测量钻头位置的随钻测量系统、提供钻头动力的孔底马达以及全新的旋转导向钻进系统等先进技术。其中,随钻测量系统的关键技术是在保证钻杆强度的前提下钻杆本体的密封以及钻杆内永久电缆联接处的密封;孔底马达重点要解决定子和轴承的寿命问题。随钻测量系统与孔底马达在国内煤矿已有初步应用,但仍需发展完善;旋转导向系统在煤矿井下的应用将是一个主要的发展方向。     

孔深及通缆钻杆故障检测仪

针对煤矿井下钻孔施工中孔深检测和通缆钻杆故障点检测问题,为了达到快速检测和验证单个钻孔的深度并检测通缆钻杆故障类型及故障点位置的目的,设计了可同时解决这2种问题的集成式煤矿井下孔深及通缆钻杆故障检测仪,通过介绍检测仪的检测原理、结构设计和应用于常规回转钻进和水平定向钻进施工的使用方式,分析了现场试验中仪器的使用效果。     

矿用电磁波随钻测量系统在定向钻进中的姿态校准

矿用无线电磁波随钻测量系统适用于煤矿井下定向钻孔施工,既能满足水力钻进,又满足空气钻进,在松软煤层的瓦斯抽采钻孔施工中逐步得到应用。本文介绍了矿用无线电磁波测量系统的组成、姿态测量原理以及电磁波系统定向钻进施工技术。为了准确测量和控制钻孔的轨迹,现场实测数据并对采集的数据进行成图分析,直观反映定向钻进姿态误差来源和趋势,得出影响测量精度的因素是无磁钻杆和测量探管间的不同轴造成的,进一步分析找出了造成不同轴的原因,对提高电磁波系统现场的精度给出了建议措施。通过数据分析也验证了测量探管的姿态测量精度满足仪器设计要求。     

矿用电磁波随钻测量仪在定向钻进中的应用

为了提高定向钻进的效率和降低定向钻进配套设备成本,中煤科工集团西安研究院有限公司开发了矿用电磁波随钻测量仪系统。该系统以普通钻杆来进行随钻参数的信号传输,具有随钻和无线测量两大特点。目前,该测量系统已经在煤矿井下定向钻孔施工中进行应用,随钻测量超过20个钻孔,累计进尺约超过10 km,取得了良好的应用效果和示范作用。     

基于定向钻机及随钻测量系统的定向长钻孔成孔工艺

针对大型高瓦斯矿井的钻掘交替矛盾日益突出难题,详细介绍了定向钻机的组成部分和工作原理。定向钻进装备主要包括全液压动力头式履带钻机、孔底测量探管、通缆钻杆、孔口监视器等主要配套设备,通过基于计算机自动控制系统的孔口监视器对螺杆钻具反扭角进行定量计算来实现钻孔的定向钻进和方位控制。最后,进行了工业试验,试验结果表明:主孔深度≥500m,钻孔成孔率达80%,各个参数均达到预期指标,可以满足煤矿实际生产的需要。     

YSDC矿用电磁波随钻测量系统及在煤矿井下空气钻进中的应用

针对采用通缆钻杆进行数据传输的有缆随钻测量系统和采用钻井液进行数据传输的泥浆脉冲无线随钻测量系统在软煤钻进时易造成塌孔及埋钻等事故的问题,提出采用电磁波随钻测量技术进行软煤空气钻进的解决方案,开发了YSDC矿用电磁波随钻测量系统,并在淮南某矿进行了软煤空气钻进应用。实钻应用结果表明:YSDC矿用电磁波随钻测量系统在整个钻进过程中传输稳定、数据可靠;为软煤钻进提供了新的技术与装备支撑,具有不受通栏钻杆与钻井液束缚的特点,可显著提高顺煤层钻孔深度和钻进效率。     

煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展

煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域。经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺。结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高。