碎软煤层空气复合定向钻进工艺技术北大核心

针对碎软煤层钻孔施工存在的钻孔深度浅、成孔率低、瓦斯抽采效果差等问题,提出了基于空气螺杆马达施工的空气复合定向钻进工艺技术。从钻速、钻压和供风量等方面分析了空气复合定向钻进工艺参数对钻孔施工的影响。在贵州青龙煤矿开展现场试验,在16~#碎软煤层中共完成12个主孔、4个主分支孔施工,200 m以上钻孔成孔率达到94%,300 m以上钻孔成孔率达到75%,最大孔深406 m,并取得了显著的瓦斯抽采效果。     

松软煤层深孔钻进工艺实践

为了避免在松软煤层中打深孔引发煤与瓦斯突出等灾害,保证施工安全,根据孔周围的应力应变分布规律,分析了松软煤层打钻时经常遇到的问题,总结了钻进工艺和参数与深孔成孔的密切联系,提出了打深孔的工艺措施和参数.实践应用表明,对于定型的钻机和钻孔设计,给进压力、钻进速度和钻机转速等参数的优化配合是提高钻孔深度、实现施工安全的关键.     

回转钻进随钻轨迹测量系统的应用

YCSZ(A)型回转钻进随钻轨迹测量系统可以为煤矿钻孔施工提供可信的参考依据。系统对普通钻孔测孔,结果符合回转钻进钻孔走势经验和理论推断;使用纠偏装置时测孔结果体现出控制跑偏效果明显;通过姿态仪和测孔结果验证,得知控制开孔角度对于控制钻孔走向效果明显。回转钻进随钻轨迹测量系统可以适用于多种条件下的普通钻孔施工轨迹测量,具有良好的兼容性和很高的可信度。     

刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的合理参数研究

为充分发挥刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的优势,分析了刻槽钻杆螺旋槽宽度、深度、螺距的变化对排渣效果的影响情况。建立Φ50刻槽钻杆煤层钻孔三维模型,对不同参数的刻槽钻杆在钻孔内的排渣情况进行数值模拟。研究结果表明:螺旋槽宽度为12 mm,深度为1.1 mm,螺距为 76 mm ,排渣效果最优;通过突出煤层钻进工业性试验,钻进深度平均提高36.2%,钻进效率提高41.5%,且刻槽钻杆表面温差较小。     

深孔定向钻进技术及其在瓦斯抽采中的应用

基于定向钻进原理,探讨了深孔定向钻进技术的优缺点,并结合冀中能源东庞矿的实际条件,分析了深孔钻进技术在煤层瓦斯抽采中应用的可行性。通过对高位定向长钻孔在抽采过程中的瓦斯浓度及流量进行观测分析,确定了利用定向钻孔进行高位瓦斯抽采方法的有效性,从而为深孔定向钻进技术在瓦斯治理方面的推广应用提供了一定的技术支持。     

矿山大口径钻孔循环钻进技术研究

针对矿山大口径钻孔硬岩钻进存在排渣难、碎岩效率低的问题,研究了大口径反循环钻进技术。分析了建立反循环的基本条件,介绍了引射器式、多层橡胶片式、孔底孔口联合式等3种密封方法及其应用现状,基于孔底孔口联合式密封方法研制了311 mm、580/311 mm 2种规格大直径反循环潜孔锤和配套孔口密封装置。经现场应用表明:该方法可建立、维持反循环通道,排渣效果好,钻进效率高,可推广应用于矿山大口径钻孔施工中。     

煤矿井下复合定向钻进技术优势探讨

煤矿井下滑动定向钻进技术已是一种成熟的钻孔施工技术,随着该技术应用领域的不断扩大,其逐渐暴露出钻进效率低、钻进安全性差以及不利于实现深孔钻进等问题。介绍了滑动定向钻进技术与复合定向钻进技术（即滑动定向钻进技术和复合钻进技术结合的定向钻进方法）的特点,从安全、高效以及深孔钻进3个方面对复合定向钻进技术优势进行深入分析,实践证明,复合定向钻进技术可有效提高钻进效率、预防钻孔事故和实现深孔钻进,可作为煤矿井下安全、高效及深孔定向钻进新技术进行试验和推广。最后,针对复合钻进钻速的提高仅仅是由于钻头绝对转速的提高的观点之不足,提出应进行包括转速、扭矩、碎岩功率等与钻进效率之间关系的全方位研究。     

小口径金刚石钻进在大岗山水电站帷幕灌浆工程中的应用

以小口径金刚石钻进在大岗山水电站帷幕灌浆工程中的应用为例,总结了小口径金刚石钻进在坚硬地层中的施工技术。从设备机具的选择、施工工艺、相关参数的确定、钻进中遇到的常见问题及预防措施等方面进行了论述,并结合钻孔轨迹平面投影图对孔斜进行分析。     

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。     

ZDY2800LG高转速螺旋钻进钻机的研制及应用

为了满足松软煤层瓦斯抽放高效钻孔施工的要求,研制了ZDY2800LG高转速螺旋钻进钻机。介绍了钻机的研制思路和试验应用情况,解决了松软煤层钻进成孔问题。通过现场试验,钻机能力大、施工效率高,适合松软煤层钻孔施工,能为矿井高效安全开采提供设备保障。     

气动潜孔锤反循环钻头结构改进与优化设计

运用理论分析、数值模拟与实验研究相结合的科学研究手段,对影响气动贯通式潜孔锤反循环形成的钻头新增引射孔各参数、底喷孔各参数以及其它相关参数进行优化设计,得到一系列适合不同规格钻头的相关参数值及其回归方程。运用Visual Basic语言,将研究结论与专家的经验总结汇合,编写了钻头参数优选系统软件。研究结论应用于生产试验中取得令人满意的结论,岩矿心采取率达到98%以上,反循环形成顺利,岩矿心完整度好。参数优选系统的建立为该项硬岩钻进技术的完善提供了参考性依据。     

基于有限元的钻进参数相互影响机理研究

在实际的岩土钻进过程中会经常遇到软弱岩土层、破碎带及断层、岩溶、高地应力等不良地质,因此给 钻进工程带来一系列问题和灾害。 众多文献资料和试验数据证明,此类问题与钻进的运行参数以及岩土的力学参数 有着密不可分的关系。 由此,本项目以 PDC 复合片钻头为研究对象并进行仿真模拟分析,设置不同的岩体参数以及 不同的钻进参数,将在不同条件下所得的作业数据进行分析研究,揭示钻头在不同岩石中钻进参数表现的区别和在 不同岩体在相同钻进条件下轴压和扭矩的区别和联系。 分析发现岩石性质越好的其 Mises 等效应力就越高;在一定 范围内钻头轴压和扭矩均与钻速呈现出正相关的关系,钻压的提高增加了钻齿的切入深度与岩石切削作用,扭矩继 而随之增加;在相同钻速条件下转速的提高并没有对轴压产生较明显的影响,扭矩则呈现正相关变化。 最后通过 Python 语言建立人工神经网络,经过机器学习对数值模拟数据和实际钻孔数据进行训练,验证利用钻进参数和机器学习 的方法来实现对岩石种类的判识具有可实现性,最终结果表明对模拟数据训练预测的准确率达到 90%左右,实际数 据的准确率最高达到 78%。     

12000N·m煤矿用钻机试验台的研制

为满足目前我国煤矿大转矩钻机的检测水平,研制了12 000 N·m大转矩煤矿用钻机试验台,介绍了该试验台的结构及其功能原理,根据钻机技术参数,确定钻机试验台测试参数,并通过确定试验台增速器和变速器的传动比以及试验台变速器的基本参数,设计了钻机试验台的负载加载装置和力测试架。经过对百余台各种类型的钻机进行现场检测,运行结果表明,该大转矩钻机试验台可满足滑履式钻机和履带式钻机各种参数的检测要求。     

基于无线测量技术的煤矿工程随钻设备设计

为实现针对井下钻进设施的实时控制，研究设计了一套基于无线测量技术的煤矿工程随钻设备，综合运用倾角传感器、工具面向角传感器、磁方位角传感器等小型传感设备来采集钻井设施当前的姿态参数，通过防爆计算机对各项参数实施编码与计算，并在视频器上实现钻进轨迹参数的图形化显示。经应用试验后发现，研究所提出的煤矿工程随钻设备信号传输距离长、解调准确率高，可充分兼容结构较为简单的钻杆，控制过程稳定。     

数值方法在钻进模拟试验中的应用

用不同规格的硬质合金取心钻头在同一种岩石中进行钻进模拟试验，通过对试验数据的整理，利用数值分析方法，建立在最优钻进规程下的钻头直径与机械钻速之间的相关方程。     

报废钻杆的合理利用研究

钻杆是一种与钻机配合使用,用于煤层或岩层钻孔的易消耗材料,详细分析了钻杆的报废形式,通过对可回收利用的钻杆进行了详细的力学分析,结合现场试验和计算机数值计算,提出了能够合理利用的具体技术参数。     

数字钻探随钻参数与岩石单轴抗压强度关系

针对常规的现场岩石单轴抗压强度测试方法周期长、成本高的问题,提出一种基于数字钻探测试岩石单轴抗压强度的方法。根据岩石钻进过程中的受力特点,基于能量分析法,推导了岩石单位切削能与随钻参数的关系式。同时,基于自主研发的多功能岩石钻探测试系统,开展了砂岩及不同强度砂浆试件等完整岩石的数字钻探试验,通过试验结果分析,建立了随钻参数与岩石单轴抗压强度的定量关系模型(DP-UCS模型),并对其进行了验证,结果表明:DP-UCS模型预测的单轴抗压强度与单轴压缩试验测定的单轴抗压强度的差异率平均值小于10%,证明了该模型的有效性。     

大直径钻孔用煤矿车载钻机研制及应用

为满足地面电缆孔和矿山地面救援孔等大直径深孔钻进的施工需要,对现有MDY-60型车载钻机结构进行分析研究,针对大直径深孔钻进对车载钻机的功能性要求,设计了大转矩回转器总成、大转矩卸扣装置和大开口孔口装置,最终形成了MDY-60A新型钻机及配套装置,并完成了性能测试及工业性试验。试验结果表明,改型后的钻机转矩大,上、卸扣效率高,孔口大直径钻具通过性好,可适用于空气潜孔锤钻进、气举反循环钻进和定向钻进等多种钻探工艺,为高效安全钻孔施工提供了设备保障。     

气动潜孔锤钻进用孔口密封装置优化设计

气动潜孔锤钻进具有效率高的优点,是矿山地面应急救援孔、煤层气井和水井等施工中重点考虑的工艺方法。其缺点是在钻进过程中,孔口会出现大量粉尘。孔口密封装置的作用是实现孔口的密封净化,并将返出的粉尘导向远离孔口的沉渣池。介绍了气动潜孔锤钻进用孔口密封装置的设计,并通过计算流体力学分析,对设计进行了优化,最后进行了现场试验,证明了孔口密封装置完全满足了气动潜孔锤钻进的需要。     

程家沟-沙沟银多金属矿区坑道钻探工艺

坑道内孔深大于300 m大顶角钻孔施工,施工难度明显加大,通过在坑道内完善施工硐室设计,确保钻孔顺利施工及钻探施工安全。从设备选择与安装、钻孔结构、钻进参数、冲洗液的配置、常见事故及其预防等方面的完善,完成了顶角56°、设计孔深593 m钻孔的施工,总结出了坑道内大顶角钻孔施工工艺。