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。     

我国煤矿井下坑道钻探技术装备40年发展与展望

煤矿井下坑道钻探在保障煤矿安全高效开采、增加清洁能源供给、实现绿色发展等方面发挥着不可替代的作用。改革开放以来,我国煤矿井下坑道钻探技术与装备实现了"由无到有"向"由弱到强"的历史性跨越,依靠坑道钻探技术与装备科技创新,支撑煤矿地质保障能力持续增强。首先从矿井灾害防治、隐蔽致灾地质因素探查、煤层气资源开发和其他工程应用等方面,全面阐述了安全高效绿色开采对煤矿井下坑道钻探的需求,并结合煤矿井下坑道钻探领域专著、专利、论文、标准规范、获奖情况,系统回顾和总结了40年来我国煤矿井下坑道钻探技术与装备的发展历程和代表性成果。在坑道钻探技术与装备方面,提出和发展了煤矿井下坑道回转钻进技术、稳定组合钻具定向钻进技术和随钻测量定向钻进技术,实现了煤矿井下钻孔施工由"无控钻进"到"受控钻进"再到"精确定向钻进"的跨越;研制了坑道钻机、泥浆泵(车)、钻杆、钻头、螺杆钻具、随钻测量系统、冲洗液循环净化系统等装备,促进了煤矿井下坑道钻探装备国产化进程及其升级换代,形成了适应于我国煤层赋存地质条件和开采条件、同时具备自主知识产权的坑道钻探技术与装备体系,尤其是大功率定向钻进和自动化、智能化钻进技术与装备研发,使我国煤矿井下坑道钻探技术装备水平跃升到新的台阶,推动了煤矿地质保障技术的进步,支撑了我国煤炭科学产能的释放和煤层气高效开发。面对新一轮能源科技革命,针对新形势下煤矿安全发展新要求,以信息化、智能化为特征的精准快速坑道钻探技术与装备的发展已迫在眉睫,在此基础上,提出了煤矿井下坑道钻探技术与装备发展方向及建议。     

煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术与装备

在介绍国内外煤矿井下近水平定向钻进技术发展的基础上,分析和总结了定向钻机、随钻测量系统、配套钻具及定向钻进工艺的主要特点、适用范围和工艺方法.现场应用验证了煤矿井下近水平定向钻进技术在施工中具有钻进效率高、钻孔轨迹控制精度高(水平位移小于孔深的0.5％,上下位移小于孔深的0.1％)和施工可操作性强的特点.基于技术发展和现场应用现状,对煤矿井下近水平定向钻进技术与装备的发展趋势进行了展望.     

煤矿井下1800m水平定向钻进技术与装备

针对现有煤矿井下定向钻进技术与装备存在的技术问题,提出采用ZDY12000LD大功率定向钻机、泥浆脉冲无线随钻测量系统、配套钻具及复合定向钻进工艺进行煤矿井下定向钻进。结合现场试验,完成了主孔深度1 881 m的定向长钻孔,验证了ZDY12000LD钻机功率大、钻进及事故处理能力强的特点。同时,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。说明上述钻进技术与装备可满足水平定向长深钻孔等的施工要求。     

郑州煤矿区井下水文观测孔施工技术

郑州地区煤矿水文观测孔以前均在地面施工,由于施工和维护成本较高,近年来逐渐推广在井下施工。2013年国家煤矿安全监察局将《高压水探放技术与装备》列入《水害防治关键技术与装备研究课题》。随着井下钻探技术和装备日趋成熟,特别是井下专用探放水钻机、孔口防喷装置、松软破碎地层跟管钻进技术、硬岩层高效定向钻进技术等方面的难题相继被攻克,煤矿井下钻探已实现了安全型作业。针对井下钻探施工的特殊性,主要从水文观测孔施工难点和解决方法进行了详细阐述,包括设备选型、钻孔定位、破碎地层潜孔锤跟管钻进、固井和井控防喷以及成孔后酸化洗井等方面。     

ZDY15000LD大功率定向钻机研制

为了满足煤矿区超长工作面长距离高效区域瓦斯抽采、水害防治和隐蔽致灾因素探查需要,采用模块化的设计思路,开发了具备1 500 m钻进能力的ZDY15000LD大功率定向钻进装备。对大功率定向钻机的总体布局设计、双马达大扭矩回转器、给进装置、调角装置,具有保护功能的液压系统等关键技术进行研究,并对钻机进行了负载性能测试,性能参数达到设计要求。在兰花集团东峰煤矿和淮南矿业潘三矿进行了工业性试验,验证了钻机的技术性能,试验结果表明,大功率定向钻机钻进能力和事故处理能力强,保障了煤矿井下安全高效开采。     

我国煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工装备与技术

在回顾我国煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工技术发展的基础上,总结了现阶段煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工装备的现状及适用条件,分别介绍了各种钻孔施工技术的原理、技术特点及应用情况,分析总结了我国煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工装备和技术发展所面临的问题是如何实现水平长钻孔的准确定向,进一步延长钻孔的有效抽放段距离和有效抽采时间;如何提高松软突出煤层钻孔深度和有效成孔率,并提出未来发展趋势是履带一体化和随钻测量定向钻进技术和装备;松软突出煤层的瓦斯抽采关键技术及其装备;研制开发安全、可靠、有效的远程控制钻机及绿色产品设计思想.     

煤矿井下智能化定向钻探发展路径与关键技术分析

煤矿井下智能化定向钻探是坑道钻探发展的高级阶段,是一个涉及多学科领域的系统工程,具有显著的特殊性和独立性,服务于智能化开采的全过程,为煤炭资源安全、高效、绿色、智能开采提供着技术支撑和装备保障。描述了我国煤矿井下定向钻进技术与装备发展历程,从稳定组合钻具定向钻进到有线随钻测控定向钻进,再到无线随钻测控大功率定向钻进,坑道钻探技术的创新发展与装备的升级换代推动实现顺煤层定向钻孔深度从"1 000 m"跨越到"3 000 m"。明确了现阶段我国煤矿井下坑道钻探仍处于从机械化向自动化转变的发展定位,分析了智能化定向钻探面临的突出问题,提出了在实现自动化定向钻探的基础上向智能化定向钻探迈进的发展路径,归纳分析了自动化和智能化定向钻探的技术内涵和属性特征,自动化定向钻探强调钻探动作的自动控制执行,包括自动化定向钻机集成控制、多参数随钻测量信息融合、高精度导向控制、冲洗液循环自动控制等方面;智能化定向钻探强调钻探过程的智能最优化控制,包括智能分析与决策、低延时大容量数据传输、智能钻杆、钻探装备智能检测与诊断等方面。针对我国复杂多样的煤层赋存条件和不均衡发展的开采技术条件,建议分阶段、分区域、分层次推进煤矿井下智能化定向钻探探索与发展,并提出了智能化定向钻探亟待攻克的关键技术难题,包括自动化定向钻机研制、旋转导向钻进技术、地质导向钻进技术、随钻地质信息三维动态建模技术、智能化钻探数据库建立、钻孔事故预防与处理技术,同时介绍了"十三五"期间我国煤矿井下智能化定向钻探部分阶段性发展成果。     

煤矿井下定向钻探数字化平台技术研究

从随钻测量数字化、钻场环境监测数字化和钻机监测数字化3个方面分析了现有煤矿井下钻探数字化平台的国内研究现状；结合当前煤矿井下智能钻探实际需求，设计了煤矿井下定向钻探数字化平台总体架构，分析了多传感器数据融合和远程交互等关键技术内涵与路径，并在乌海矿区天荣煤矿开展了相关技术的工程实践，通过试运行系统验证了钻探数字化平台的综合管控能力；指出了煤矿井下定向钻探数字化发展趋势。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人研究现状及关键技术

结合煤矿井下普通钻机应用存在的问题,分析了国内外钻孔机器人发展及研究现状,介绍了瓦斯抽采钻孔机器人的系统组成,提出煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人的关键技术及主要研究内容,为煤矿井下瓦斯防治智能化的装备研究提供参考。     

煤矿井下近水平定向钻进中的随钻测量技术

随钻测量是煤矿井下近水平定向钻进中的关键技术之一.本文介绍了我国煤矿井下近水平定向钻进技术的发展概况及随钻测量系统的原理与构成,并对煤矿井下的定向钻进随钻测量技术的发展、应用进行了讨论和展望.     

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。     

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。     

煤矿井下定向钻进技术与装备动画制作

结合新型千米定向钻机随钻测量系统和定向钻进工艺方法,利用动画视频软件,模拟成套技术与装备在煤矿井下进行瓦斯抽放钻孔施工的主要工作流程和功能动作,力求使相关人员建立起定向钻进成套技术与装备在实际应用过程中的完整直观印象。     

我国煤矿坑道钻探装备技术进展与展望

煤矿坑道钻探装备技术在发展过程中受到诸多不利条件的限制,导致新技术发展滞后,随着我国煤矿大力推进智能化建设,给煤矿坑道钻探装备技术带来了革命性的发展机遇。通过分析国外坑道钻探装备的技术特点和发展状况,以及国内坑道钻探装备技术的3个阶段发展,包括初级阶段的分体式钻机与稳定组合钻具轨迹控制方法,蓬勃发展阶段的履带式钻机、定向钻进装备技术及松软煤层钻进技术,新发展阶段的自动化和智能化装备技术,提出了今后我国煤矿智能化发展阶段钻探装备技术需要解决的关键问题,为推进钻探装备技术智能化水平的提高提供支撑。     

ZDY23000LDK电液控制大功率定向钻机研制与应用

根据大功率定向钻机的市场需求和煤矿智能化的发展要求，提出了基于防爆电液控制技术的煤矿井下智能化大功率定向钻进装备解决方案。重点解决紧凑布局、关键部件设计、自动装卸钻杆、防爆电液控制等问题。研制了ZDY23000LDK智能化定向钻机，实现了施工过程的远距离遥控、自动装卸钻杆、参数监测等功能，提高了钻进装备的智能化水平，减轻了工人劳动强度，为“以孔代巷”大直径定向钻孔高效施工提供了装备保障。     

煤矿井下取心钻进技术与装备研究现状及发展趋势

为了测定煤层瓦斯含量、查明煤层顶底板含水层分布和富水性以及工作面地质异常体赋存情况,均需要通过钻探取心获得符合相关规定的煤心、煤样及岩心。文章根据煤矿井下取心钻孔施工工艺及装备的发展情况,结合密闭取心技术、绳索取心技术及水力反循环连续取心技术,介绍了煤矿井下获取煤层、岩层相关地质信息的主要技术方法,概述了各自的技术原理、相关配套装备、应用情况,结合上述3种煤矿井下取心钻进技术在各个矿区的应用情况,总结了上述3种取心技术在煤矿井下应用的技术难点。最后指出煤矿井下取心钻进技术的研究前景及发展趋势,并为加速煤矿井下取心技术的发展提出了相关建议,为煤矿井下取心钻进技术的发展提供参考。     

履带式中深孔定向钻进装备设计关键技术研究

基于煤矿井下中深定向钻孔施工对钻进装备窄体紧凑布局设计的需求,提出了采用分体式布局设计的履带式中深孔定向钻进装备的设计思路。结合狭窄巷道定向钻进施工条件和现有定向钻机应用中存在的不足,介绍了中深孔用定向钻进装备设计中的关键技术,包括整体布局、关键结构、液压系统和泥浆泵单元的具体设计思路。现场试验结果表明:履带式中深孔定向钻进装备的各项性能指标符合设计要求,分体式窄体布局设计显著提升了装备搬迁运输的灵活性,有效减轻了工人劳动强度,提高了中深孔定向钻进施工效率,增收节支效果明显。     

煤矿井下钻探装备和钻探施工技术发展与探索

我国井下钻探装备经历了机械立轴钻机、全液压钻机和智能化钻机3个发展阶段,提高了井下特定环境下钻探安全可控程度和施工效率,但仍面临软岩钻进难题。开滦矿区结合自身大水、高瓦斯等矿井地质特点和矿井发展定位,引进国内外先进钻探装备和技术,探索实践综合配套钻探技术方法。     

ZYWL-4000SY遥控自动钻机试验研究

为消除突出工作面钻进施工安全隐患,提高煤矿钻探装备自动化程度,减少井下工作人数,采用ZYWL-4000SY型双履带式自动控制钻机在淮南谢桥煤矿施工瓦斯抽放孔。根据试验矿井的地质条件与巷道瓦斯赋存情况,选择了钻具及排渣方式。试验过程中,分别对钻机的综合台效、自动换杆系统、自动钻进系统、控制系统等进行了考察。试验结果表明,遥控自动钻机各项功能均能满足现场需求,为煤矿的安全高效生产提供了可靠的装备支持。