底抽巷梳状钻孔代替保护层的瓦斯治理工艺技术研究

为解决赵庄煤业松软煤层中瓦斯抽采钻孔成孔性差、抽采距离短、抽采区域小等难题,提出了采用深孔定向千米钻机施工底板梳状钻孔的技术方法,先在松软煤层稳定的底板岩层中施工长距离主孔,再从主孔开梳状分支孔进入煤层,实现对松软煤层瓦斯远距离抽采,形成借助底抽巷利用千米钻机施工梳状钻孔治理瓦斯代替保护层的瓦斯治理工艺,达到区域递进式抽采瓦斯的目的。     

松软煤层底板定向长钻瓦斯抽采技术实践

为解决松软煤层瓦斯抽采钻孔施工难、成孔差的问题,提出了松软煤层底板定向长钻瓦斯抽采技术:在被保护煤层底板选择合适层位,采用定向钻进技术施工长距离钻孔作为主孔,再从主孔施工若干探煤层的分支钻孔抽采卸压煤层瓦斯。现场试验2个主孔进尺都达到了603m,累计抽采瓦斯纯量183 204.98 m3,工程实践表明该技术不仅回避了松软煤层本煤层钻孔难于施工的问题,而且分支钻孔很好的实现了区域煤层瓦斯抽采。     

定向钻进技术在松软煤层瓦斯抽放中的应用

为了提高松软煤层瓦斯抽采钻孔深度、增大钻孔煤层进尺,利用定向钻进技术钻孔轨迹可控的优势,通过优化定向钻孔布置形式和采用定向钻进用冲洗液,试验钻孔深度超过700 m,煤中连续进尺超过400 m,在一定程度上提高了松软煤层瓦斯抽采钻孔深度和煤中进尺,也使得定向钻进技术在松软煤层瓦斯抽采钻孔施工中具有更好的应用与推广价值。     

松软煤层ZDY5000RF大功率两体式履带钻机研制

针对松软突出煤层钻进装备钻进与事故处理能力不足、体积大集成性差等问题,结合松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工需要,研制了ZDY5000RF型大功率两体式履带钻机。该钻机采用两体式安全布局,履带驱动行走,增加了安全防护系统和防护措施,整机功率达到75 kW,额定转矩达到5 000 N·m,给进起拔力达到210 kN。现场试验选择在淮北祁南煤矿进行,在f值为0.5左右的松软突出煤层中,完成孔深200 m以上钻孔5个。试验结果表明：该钻机具有功率大、体积小、搬迁方便、安全性高、钻进和事故处理能力强等等显著优点,在松软突出煤层中具备200 m深瓦斯抽采的钻孔施工能力,为松软突出煤层矿井瓦斯灾害治理提供了设备保障。     

不同方式的定向钻孔在采面治理瓦斯上的应用

随着定向千米钻机在煤矿井下的推广应用,深孔定向钻进技术已广泛应用于矿井瓦斯抽采、地质构造探测等方面。利用其钻孔轨迹精确定位的特性,施工模块和条带钻孔抽采本煤层瓦斯,施工采空区定向高位钻孔抽采空区瓦斯,预测煤层的赋存状态及地质构造等异常区,实现矿井综合瓦斯治理。     

ZDY4000S全液压坑道钻机在煤矿高位钻孔中的应用技术研究

淮北矿区松软低透气性煤层瓦斯抽采孔施工困难。海孜矿采用ZDY4000S钻机施工高位钻孔替代高抽巷进行瓦斯抽采;桃园矿采用定向钻进技术施工顶板穿层高位钻孔治理工作面上隅角瓦斯超限。2种施工技术及方法取得了很好的试验效果,并在淮北矿区进行了进一步的推广应用。     

长距离定向钻孔大区域瓦斯治理技术及应用

为解决突出煤层群瓦斯抽采消突周期长、煤层松软难护孔、大工作面难消空白带等问题,提出了底板梳状长距离定向钻孔进行大区域瓦斯治理技术,实现大区域瓦斯治理、布置大采煤工作面。在青龙煤矿进行了现场试验,结果表明:长距离定向钻孔深度一般可达600 m;平均单孔瓦斯抽采纯量超过0.8 m3/min,最大单孔瓦斯抽采纯量超过2.53 m3/min;与普通钻孔相比,瓦斯抽采纯量提高了16倍,瓦斯抽采体积分数提升50%左右。长距离定向钻孔抽采效果明显提高,为松软突出煤层群高产高效创造了安全条件。     

煤矿井下梳状定向孔钻进技术与装备

为解决松软煤层瓦斯抽采孔成孔性差、抽采距离短、抽采区域小等难题,利用梳状定向孔钻进技术在松软煤层稳定的顶底板岩层施工长距离主孔,再从主孔开梳状分支孔进入目标层位,实现对松软煤层瓦斯远距离与区域抽采。根据梳状孔在松软煤层施工特点,研制了梳状孔施工所需钻探设备,研究出不同梳状孔类型的施工工艺。梳状定向钻技术在朱仙庄和九里山煤矿应用效果表明：该技术满足孔深大于500 m施工要求,可实现软煤中本煤层和采空区卸压瓦斯治理,在采空区卸压瓦斯治理中单孔最高日抽采瓦斯纯量4 224.3 m3,为松软煤层瓦斯治理提供了新的技术途径。     

千米钻机在松软煤层中的应用与研究

余吾煤业主采的3#煤层为松软煤层,普通钻机在打钻过程中钻进深度短、抽采纯量低而且经常发生塌孔、掉钻现象,为此余吾煤业引进了澳大利亚威利朗沃公司生产的VLD-1000型千米定向钻机对本煤层进行采前预抽和掘前预抽。通过对千米钻机在S1206进风顺槽长距离煤孔的施工情况和抽采效果分析,总结了千米钻机的技术优点及改进措施,为解决余吾煤业的松软煤层瓦斯治理难题提供了一种节约高效的方法。     

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。     

定向长钻孔瓦斯抽采技术在低透气煤层中应用

针对采用本煤层顺层抽采钻孔进行煤层瓦斯抽采时,钻孔施工量大、施工周期长、瓦斯抽采效率低等技术难题,司马矿在1208工作面应用定向长钻孔技术抽采瓦斯,现场结果表明,相比本煤层顺层钻孔瓦斯抽采技术,定向长钻孔瓦斯抽采技术可减少钻孔长度4 500 m,钻孔成孔率提高1.5倍,瓦斯抽采率提高1.7倍,取得了显著应用成效。     

复杂煤岩层复合强排渣定向钻进工艺及应用

针对复杂煤岩层顶板高位孔定向钻进技术难题,提出复合强排渣定向钻进工艺,设计了以泥浆脉冲随钻测量系统与三棱螺旋钻杆为核心的强排渣定向钻具组合,分析了三棱螺旋钻杆强排渣技术原理,形成了复合强排渣定向钻进成套装备。在王坡煤矿3314采煤工作面进行了应用研究,结果表明：在以泥岩为代表的复杂顶板岩层中,完成顶板高位定向钻孔6个,成孔率达到100%,最大钻孔深度500m,日平均进尺不低于70m,累计定向钻孔进尺2325m,钻孔成孔效率与成孔率较常规定向钻进工艺大幅提升。为利用顶板高位定向长钻孔代替高抽巷进行工作面及采空区瓦斯抽采治理、保障采煤工作面的安全高效生产提供了技术支撑。     

定向钻孔预抽突出煤层煤巷条带瓦斯技术

为缓解突出煤层矿井采掘衔接紧张的矛盾、实现煤巷掘进前快速消突的目标,针对传统瓦斯抽采消突方法存在的施工周期长、成本高的问题,提出利用定向钻孔预抽突出煤层煤巷条带瓦斯,采用空气复合定向钻进技术解决突出煤层定向长钻孔钻进难题,并且研制选型了配套的空气复合定向钻进装备。在青龙煤矿试验情况表明：该技术装备成孔效果显著,攻克了钻孔施工过程中存在的钻孔轨迹精确控制、下斜孔高效排渣、空气螺杆钻具正常运转等技术难题,定向长钻孔抽采瓦斯流量大、浓度高,其中21608轨顺钻场已抽采200万m3瓦斯;21601运顺钻场瓦斯抽采达标,经区域效果检验合格后已安全掘进。研究为碎软突出煤层煤巷条带消突提供了新的思路。     

定向长钻孔整体水力压裂增透技术在赵固二矿的应用

针对赵固二矿煤层透气性低、钻孔有效影响半径小,实施定向长钻孔代替底板岩巷进行区域瓦斯治理期间钻孔工程量大、瓦斯抽采效果不理想的问题。结合煤层赋存特征及钻孔施工情况,采用定向长钻孔整体水力压裂增透技术,理论分析了合理坐封位置、压裂参数,完成200 m煤巷条带一次整体压裂,最大泵注压力24.3 MPa、累计注水量1 613 m³。并基于煤层全水分变化,考察确定了单个钻孔压裂影响范围达到巷道两帮30 m,有效改善了煤体储层特性,提高了煤层瓦斯抽采效率。在实现定向钻孔对预抽煤巷条带可靠控制的同时,最大程度降低了钻孔工程量、缩短了瓦斯治理周期,为实现矿区“以孔代巷”及高效安全开采提供了技术支撑。     

低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术及应用

如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术,现场试验及应用研究形成了液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法。研究表明:孔壁破裂压力受钻孔方位角、倾角影响具有明显的方向性,并确定了试验区液态CO_2相变定向射孔优势致裂方向;该技术可有效增加煤样孔隙度、孔径、比表面积、可见孔比例等,改善煤岩体内孔隙结构及渗流能力,提高瓦斯抽采纯流量9~12倍,降低煤层瓦斯抽采流量衰减系数92%;现场试验及PFC2D数值模拟研究确定了该技术的影响半径为9~13 m;应用表明液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可有效预防低透气高突煤层巷道掘进期间的瓦斯超限问题,提高巷道掘进速度4~5倍。     

突出煤层掘进工作面本煤层预抽瓦斯技术实践

为消除回采巷道掘进过程中煤与瓦斯突出危险,解决瓦斯涌出量大的问题,采用本煤层定向钻孔与普通钻孔相结合的瓦斯抽采方法,严格落实瓦斯抽放钻孔施工技术措施。实践表明,采取综合瓦斯抽采措施后,消除了突出危险,瓦斯抽采浓度最高达58%,掘进工作面瓦斯浓度控制在0.5%以下,巷道单月最高进尺达到200 m以上,保证了巷道掘进施工安全。     

大孔径超长定向钻孔综合瓦斯抽采技术研究

 摘要:为解决沙曲煤矿综采工作面上隅角和回风流中瓦斯浓度经常超限问题,结合从德国引进的长距离大孔径定向钻机,在14205工作面试验了顶板岩层千米定向长钻孔抽采邻近层瓦斯与本煤层长钻孔瓦斯抽采相结合的综合瓦斯抽采方法,为瓦斯抽采提供新的技术途径。结果表明,大孔径定向长钻孔综合瓦斯抽放技术效果明显,顶板岩石水平长钻孔抽采浓度在60%以上,平均抽采量达13.3 m3/min,本煤层长钻孔单孔瓦斯抽采浓度达15%左右,钻孔控制区域瓦斯预抽率达到35%左右,有效解决上隅角和回风流瓦斯超限问题,实现高瓦斯工作面安全高效开采。     

区域瓦斯超前治理大功率定向钻进装备与技术

针对当前超长走向工作面区域瓦斯超前防治需求,以及常规定向钻孔孔深浅、效率低、覆盖面积不足的问题,提出采用先进的国产大功率定向钻进装备及技术进行区域瓦斯治理定向长钻孔施工。形成基于ZDY12000LD定向钻机、BLY390/12泵车、随钻测量系统及复合定向钻进工艺的完整配套装备及技术。通过现场试验表明,完成6个定向长钻孔主孔及7个主分支孔,最大孔深达1 521 m,孔径达到φ120 mm,平均成孔周期8.85 d,平均进尺211.6 m/d,相较于常规定向装备钻进速度增加30%以上,显著提高顺层定向长钻孔钻进效率,对加强煤矿区域瓦斯超前治理具有重要意义。     

复杂松软煤层中风压钻进工艺技术

针对在祁南煤矿松软煤层中施工顺煤层瓦斯抽放钻孔较难的现状,采用ZDY-3200L型钻机等配套设备进行了中风压钻进工艺技术试验,并配套使用了自制的孔口除尘、瓦斯、集渣一体化装置,采用上述措施后,施工钻孔的平均孔深达到了127.9m,瓦斯抽放体积分数达到了30%～40%,并有效解决了钻进中的粉尘问题。