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。     

顺层瓦斯钻孔风力排渣模拟研究

本文针对顺层瓦斯抽放钻孔施工特点,对寺河矿二号井风力排渣中煤渣粒径的运动情况进行了数值模拟,确定风力排渣过程中所需的风流速度和风流压力值。通过FLUENT软件对矿井煤层瓦斯抽放钻孔过程中流场内的煤渣颗粒的变化情况进行了模拟,得出了钻孔内煤颗粒随着钻孔深度的增加的变化规律,从而高效地对瓦斯进行抽放。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题，提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案，形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题，又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%，抽采流量平均为4.60m3/min，日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d，与普通穿层钻孔抽采数据对比，压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题,提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案,形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题,又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%,抽采流量平均为4.60m3/min,日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d,与普通穿层钻孔抽采数据对比,压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

黄陵矿区定向长钻孔瓦斯预抽技术试验研究

针对黄陵矿区目前非定向钻孔煤层瓦斯抽采易穿顶板、底板,造成抽采空白带和重复交叉以及抽采范围小、时间短,无法超前治理瓦斯的问题,在黄陵一矿309工作面中厚煤层中进行定向长钻孔瓦斯抽采技术试验。通过钻机改进使钻孔进尺平均提高115.9~220.3m/d,有效提高钻进施工效率;定向长钻孔瓦斯抽采2a后,1#~5#钻孔最低瓦斯抽采浓度仍达11.5%~15.3%,累计抽采瓦斯量64.7万m3,煤层瓦斯含量及瓦斯压力显著降低,定向长钻孔瓦斯抽采技术抽采效果较好,能够达到超前区域治理瓦斯的目的。     

下行抽采钻孔排渣及排水技术研究与应用

我国很多煤矿区域瓦斯治理措施以高位巷穿层钻孔抽采为主,但是在实际抽采过程中发现瓦斯抽采浓度很低,瓦斯预抽效果不佳,主要是因为高位巷施工下行穿层抽采钻孔时,受到岩渣、煤渣、积水重力作用的影响,造成钻孔内的积水、积渣难以排出,进而影响封孔质量、降低瓦斯抽采效果.为了彻底解决下行抽采钻孔内积水、积渣问题,运用气举反循环原理,...     

复杂松软突出煤层瓦斯抽采深孔钻进技术

分析了松软突出煤层深孔钻进困难的原因,指出瓦斯激流及煤屑楔的形成阻滞了钻孔的顺利施工。在此基础上,提出双动力协同排渣技术,以提高排渣能力,实现均匀、安全、快速钻进;在地质构造复杂地带,采用递进式钻进施工方式及钻孔有效抽采段的有序结合来保证瓦斯治理质量。现场应用表明:采取综合措施后,平均单孔钻深及日进尺大幅度提高,瓦斯抽采效率得到明显改善。     

筛管护孔工艺技术应用试验及瓦斯抽采效果研究

神华宁煤集团金能煤业公司所属煤矿在使用穿层钻孔进行抽采瓦斯时,钻孔孔壁易坍塌,造成瓦斯抽采通道堵塞,影响瓦斯抽采效果。将筛管护孔工艺技术在该煤矿进行了适应性研究试验,以解决孔壁坍塌致堵塞钻孔的问题。     

煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采钻孔钻进工艺

碎软煤层在我国煤矿区分布广泛,具有瓦斯含量高、压力大、渗透率低等特征,在碎软煤层中钻进存在喷孔、塌孔、排渣不畅等问题,导致碎软煤层钻进困难、孔内事故频发,进而影响成孔深度和成孔率,造成瓦斯治理盲区;尤其是随着我国煤矿开采深度的增加,碎软煤层瓦斯抽采孔工作量和成孔难度不断增大。针对碎软煤层瓦斯抽采对钻孔施工需求,研究开发了高转速螺旋钻进工艺、中风压空气钻进工艺、气体定向钻进工艺等实用、经济的碎软煤层高效钻进技术,破解了碎软煤层钻孔排渣护孔、轨迹控制和高效成孔等方面难题,实现了碎软煤层钻孔在服役周期内的长效利用,相关技术在安徽、贵州、山西等地区成功推广应用,达到高效、精准抽采的目的,为矿井安全生产提供了技术保障。     

下向长钻孔成孔工艺技术试验与应用

针对矿井多重保护层"Y"型通风沿空留巷开采情况,分析了瓦斯抽采下向钻孔的成孔工艺技术难点,通过现场试验考察成功解决了下向长钻孔的施工、排渣、护孔等关键工艺技术难题,为矿井瓦斯抽采提供技术支撑。该工艺技术也可应用于煤层瓦斯压力的测定。     

下向钻孔抽采被保护层煤巷条带瓦斯的工艺技术研究

针对皖北矿区祁东煤矿中近距离上保护层沿空留巷开采时被保护层煤巷条带瓦斯抽采问题,采用理论分析、现场试验等方法,研究了下向抽采钻孔的排渣、成孔、护孔、封孔、排水等工艺,并进行了下向钻孔排水工艺、瓦斯抽采效果考察,总结出瓦斯抽采、钻孔排水等成套技术。     

顺层钻孔下花管技术在余吾煤业的应用

随着煤矿采深的不断延伸,所采煤层逐渐变为松软煤层。松软煤层具有瓦斯压力大,瓦斯含量高、透气性低等特点,预抽钻孔成孔后易发生塌孔现象,严重降低钻孔瓦斯排放通道的有效利用长度,导致钻孔瓦斯抽采效率低下、抽采周期变短、抽采达标时间延长等问题。为解决钻孔松软煤层预抽钻孔塌孔问题,针对性的选择余吾煤业公司N1101胶带巷作为试验地点,通过考察不同类型花管对于支撑钻孔稳定性及不同支护条件下瓦斯抽采纯流量的变化,确定筛眼密度和直径最优参数,从而增加钻孔瓦斯抽采纯流量,提高煤层瓦斯抽采率。     

“Y”型通风沿空留巷下向穿层钻孔瓦斯抽采技术

"Y"型通风沿空留巷是治理煤层群瓦斯隐患的可靠方式,实现了沿空留巷下向钻孔在工作面回采前后连续进行瓦斯抽采,达到沿空留巷"一巷多用"的目的。对下向钻孔的施工方式进行了改进,并利用泥浆排渣方法,大幅提高了排渣效率及成孔率。研究发现,应避开工作面超前应力集中区域和回采覆岩移动影响范围,以获得较好的成孔效果。为获得较好的抽采效果,在布置下向抽采钻孔进行瓦斯抽采时,应使钻孔的终孔位置与巷道之间的距离大于10 m。     

瓦斯抽采钻孔水射流协同修护技术研究与应用

瓦斯抽采钻孔普遍存在因变形、煤渣积聚及塌孔等导致钻孔堵塞和抽采效果差的问题。通过分析钻孔塌堵失稳机制,得出煤岩体性质、地质构造及多应力耦合条件是造成钻孔失稳的主要因素,进而推断相应堵孔段情形。利用高压水射流解堵作用,提出了水射流疏通-筛管护孔协同修护技术,并研制出轻型气动钻孔修复装备。应用结果表明,该协同修护技术能有效解决瓦斯抽采钻孔塌堵后无法有效抽采的技术难题,试验钻孔修护深度达到50 m,修护完成后单孔抽采瓦斯浓度和瓦斯纯流量比修复前提高0.57~3.67倍和0.99~5.15倍,抽采效果大幅改善,实现了塌堵钻孔的快速便捷修复进而确保了瓦斯流动通道的畅通。     

基于应变软化模型的抽采钻孔封孔段稳定性研究

为了解决软弱煤层中瓦斯抽采钻孔漏气严重的问题,基于煤岩体黏聚力沿塑性区线性弱化的应变软化模型,采用理论推导的方法得出了应变软化效应下抽采钻孔封孔段围岩的应力、位移及塑性范围的求解公式,利用数值模拟的方法对抽采钻孔封孔段围岩稳定性进行了数值模拟研究。研究表明:基于煤岩体应变软化模型钻孔围岩的塑性区范围及孔壁位移显著大于未考虑煤岩体应变软化效应的结果;随着孔内压力的增大,钻孔塑性区缩小,孔壁位移降低,钻孔的变形破坏受到抑制,且服从应变软化模型的围岩变形更易受到孔内压力的抑制。研究成果应用于河南某煤矿软弱煤层的瓦斯抽采封孔实践,表明在该矿软弱煤层瓦斯抽采中采用具有主动支护作用的囊袋式封孔法较聚氨酯封孔法瓦斯抽采浓度提高约18.1%,取得了良好的抽采效果。     

松软高突煤层筛孔管护孔工艺的应用研究

由于松软高突煤层成孔性差、孔壁不稳定,造成塌孔,影响钻孔施工质量和预抽效果。通过在首山一矿顺层瓦斯抽采钻孔应用筛孔管护孔下放工艺,既解决了松软煤层成孔难、塌孔、筛管下不到位等钻孔施工技术难题,又提高了钻孔瓦斯抽采浓度,同时分析了应用过程中存在的问题,为松软高突煤层筛孔管护孔下放工艺在抽采瓦斯技术中的应用提供技术经验。     

随管护孔及氮气辅助排渣联合钻进工艺的研究与应用

为有效解决瓦斯抽采钻孔成孔难的问题，首先通过分析陈四楼煤矿巷道围岩应力和不同区域煤体破坏情况，找出钻孔成孔难的原因。在此基础上，研究应用了随管护孔及氮气辅助排渣联合钻进工艺，并通过钻机改进和钻具选型，配置了与工艺相适应的设备。现场应用表明，采用该工艺后，钻孔的最大深度可以达到130.0 m，钻孔的平均深度可以达到84.7 m，比传统工艺提高了152%。随管护孔及氮气辅助排渣联合钻进工艺的成功应用，彻底解决了陈四楼煤矿瓦斯抽采钻孔成孔难的问题，大大提高了瓦斯抽采钻孔的钻进效率，取得了明显的安全效益与经济效益。     

松软破碎煤层顺层孔全程下筛管护孔抽采技术研究

针对余吾煤业松软破碎煤层打钻困难,成孔后由于煤质松软、瓦斯压力大、地应力等原因导致钻孔塌孔,堵塞瓦斯抽采通道,影响抽采效果的难题。研究了松软破碎煤层成孔后全程快速下筛管,既解决了松软煤层钻孔塌孔问题,又解决了退钻后筛管下入深度浅和下筛管效率低的问题,其效果对本煤层破碎区域瓦斯快速抽采达标具有重要的工程意义。     

定向复合钻进预抽煤层中部瓦斯的以孔代巷技术研究

为解决常规穿层钻孔预抽大采长突出煤层中部瓦斯存在抽采空白带,利用轻型定向钻机在己₁₅-22080工作面施工了定向穿层钻孔,基于定向钻孔轨迹可控的特点设计了定向穿层钻孔参数,分析了定向穿层钻孔覆盖的范围、瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采纯量。研究结果表明：(1)定向穿层钻孔能够精准覆盖突出煤层中部抽采空白带,同时实现两相邻煤层瓦斯治理;(2)定向穿层钻孔总工程量为19 706 m,其中定向钻孔岩孔段13 366 m,煤孔段工程量6 340 m,己₁₅煤层水力冲孔煤段工程量2 911 m,累计冲煤量为1 537 t;(3)定向钻孔实际抽采浓度比常规钻孔普遍提高10%～25%,累计抽采瓦斯140.8万m³.研究结果可为煤与瓦斯突出煤层的瓦斯治理提供技术支撑和理论依据。     

特厚煤层首分层开采瓦斯立体抽采技术

为了有效解决白芨沟煤矿010203区段首分层开采期间瓦斯涌出量大的问题,提出采前实施定向长钻孔+底板穿层钻孔大面积预抽,降低煤层瓦斯含量。工作回采期间,结合瓦斯涌出来源,提出顺层钻孔边采边抽首分层瓦斯,定向长钻孔+底板穿层钻孔+沿空巷道卸压钻孔抽采下伏分层卸压瓦斯,沿空巷道大孔径钻孔+采空区埋管抽采采空区瓦斯。利用分源预测法对瓦斯涌出量进行预测及各项抽采措施抽采量分配,立体抽采技术可满足010203区段首分层开采期间瓦斯治理需要。