煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术与装备突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术PPT学习教案

1、会计学1 煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术与装备突出煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术与装备突出 煤层瓦斯抽采钻孔施工技术煤层瓦斯抽采钻孔施工技术 2021-8-102 方针”，进一步强化了瓦斯抽放 治理瓦斯灾害的地位。 第1页/共54页 2021-8-103 l 2009年5月14日 国家安全监管总局局长骆琳签署总局第19号令， 颁布防治煤与瓦斯突出规定，2009年8月1日起实施。原防 治煤与瓦斯突出细则同时废止。 防突规定提出了“区域防突措施先行、局 部防突措施补充”的理念，强调突出煤层必须 采取区域综合防突措施并达到规定标准后方可 进行采掘作业。区域防突工作应当做到多措并 举、可保必保、应抽尽抽、效果达标

2、。 第2页/共54页 2021-8-104 u 松软突出煤层（硬度系数f1）渗透性差、瓦斯含量高。钻进过 程中，容易产生垮孔、卡钻、喷孔等现象。我国在松软突出煤层 虽然有钻孔深度超过150m甚至达到240m的记录，但大部分的钻孔 深度都在100m以下，且成孔率低，防突成本和瓦斯抽放成本很高。 我国松软煤层在所开采煤层中所占比例较大，因此，松软突出煤 层的钻进成孔问题一直是个亟待解决的难题。 u 实现松软煤层中打深孔，必须采取综合的办法来解决，综合办法 包括：钻孔设计、打钻设备和打钻工艺等方面。 第3页/共54页 2021-8-105 科技装备司对这些项目进行了 现场检查和总结验收工作。 第4页

3、/共54页 2021-8-106 龙煤集团鹤岗分公司、沈阳煤业 集团、抚顺矿业集团 淮南矿业集团、淮北矿业集团 郑州煤炭集团、焦作煤业集团 阳泉煤业集团、晋城煤业集团 松藻煤电公司 第5页/共54页 2021-8-107 松软突出煤层中风压空气钻进装备研制与配套工艺开发 井下水平长钻孔钻机研制及配套工艺开发 低透气性煤层瓦斯抽采增效技术开发 低浓度瓦斯输送安全保障成套技术开发与装备研制 防突远距离控制钻机研制及配套工艺开发 松软突出煤层顺层钻孔螺旋钻进装备研制与配套工艺开 发 瓦斯抽采矿井的风流监测与智能控制关键技术研制 地面瓦斯抽采的欠平衡车装钻机研制 第6页/共54页 2021-8-108

4、 u 示范工程建设取得阶段性效果： 推广了一批瓦斯治理、瓦斯抽采、 瓦斯利用的先进适用技术和装备。 第7页/共54页 2021-8-109 第8页/共54页 2021-8-1010 第9页/共54页 2021-8-1011 第10页/共54页 2021-8-1012 第11页/共54页 2021-8-1013 第12页/共54页 2021-8-1014 第13页/共54页 2021-8-1015 第14页/共54页 2021-8-1016 第15页/共54页 2021-8-1017 有叶片式螺旋钻杆、浅槽螺旋钻杆两种。叶片式螺旋钻杆、浅槽螺旋钻杆两种。 晋城赵庄矿晋城赵庄矿50 mm1 000

5、 mm的浅槽螺的浅槽螺 旋钻杆旋钻杆 叶片、插接式螺旋钻杆叶片、插接式螺旋钻杆 第16页/共54页 2021-8-1018 第17页/共54页 2021-8-1019 第18页/共54页 2021-8-1020 第19页/共54页 2021-8-1021 稳定组合钻具定向钻进技术：就是在回转钻进的基础上,在 靠近钻头的1020 m的钻杆上接上35个接近于钻头直径的稳定 器(也称扶正器),通过调整稳定器的位置和数量,并配合相应 的钻进工艺参数,使钻具对钻头产生向上、向下或保直钻进 的控制力,从而起到控制钻孔轨迹的目的。 顺层长钻孔的施 工,关健在于打 钻过程中,防止 钻杆下沉,保持 钻杆一定的直

6、度 。 第20页/共54页 2021-8-1022 套筒式稳定器套筒式稳定器 稳定组合钻具定向钻进技术主要适用于对钻孔轨迹有特殊 要求的瓦斯抽放钻孔施工,如沿煤层水平定向长钻孔的施工 (孔深500 m)、顶板高位水平定向钻孔的施工。 第21页/共54页 2021-8-1023 5、引进国外定向长钻孔钻机的应 用情况 美国、德国、日本等工业发达国 家，从上世纪70年代初就开始了 井下近水平长钻孔钻进技术的研 究。通过三十年的发展，目前以 孔底动力为主要钻进方法、随钻 测斜为主要定向手段的钻孔工艺 方法已非常成熟，并取得较广泛 的推广应用，技术上处于国际领 先水平。 第22页/共54页 2021-

7、8-1024 5、引进国外定向长钻孔钻机的应用情况 19971998年间，国内松藻、铁法、淮南、平顶 山和抚顺5个矿务局引进了9套美国和澳大利亚千 米定向钻机。共打成钻孔19个，钻孔深度范围为 45470m，其中:小于100m的有10个，100200m 的有2个，200 400m的有6个，最深的一个孔达 470m。在煤层中打成顺层钻孔的深度几乎都不超 过100m。孔深都没有达到引进钻机设计施工能力 的二分之一。试验效果不好。 第23页/共54页 2021-8-1025 5、引进国外定向长钻孔钻机的应 用情况 第24页/共54页 2021-8-1026 5、引进国外定向长钻孔钻机的应用情况 20

8、022007年间，山西亚美大宁能源有限公司大 宁煤矿、晋城无烟煤矿业集团公司引进了4套美 国和澳大利亚生产的采用孔底马达定向钻进的千 米钻机，用于煤矿井下定向长钻孔抽采瓦斯。使 用情况很不错。 大宁煤矿为高瓦斯矿井，预抽本煤层（3号煤层） 瓦斯为主，最大孔深达1002m。至2007年底已完 成钻孔数1980个，累计进尺803753m，抽混合瓦 斯9.05亿m3。 据不完全统计，近几年国内已定购的澳大利亚 VLD1000定向长钻孔钻进设备多达50余套。 第25页/共54页 2021-8-1027 山西亚美大宁能源有 限公司大宁煤矿采用 孔底马达定向钻进的 千米钻机，预抽本煤 层（3号煤层）瓦斯

9、为主，最大孔深达 1002m。 5、引进国外定向长钻孔钻机的应用情况 第26页/共54页 2021-8-1028 5、引进国外定向长钻孔钻机的应用情况 晋城煤业井下区域性递进式预抽采 千米钻机 等机具施 工长钻孔 ，一个预 抽区域至 少应涵盖 1个工作 面。 第27页/共54页 2021-8-1029 5、引进国外定向长钻孔钻机的应 用情况 国内从上世纪90年代正式开始煤 矿井下定向钻进技术的研究，在 对以螺杆马达为孔底动力的钻进 方法的研究方面曾取得过一些阶 段性成果。但是由于国产孔底马 达可靠性较差，寿命太短，设备 成本比回转钻进钻机的高，不便 于推广，导致国内对这项技术研 究并没有继续深

10、入下去。 第28页/共54页 2021-8-1030 6、部分国产长钻孔钻进设备的使 用情况 目前，ZDY8000 10000S型全液压 钻机已在铜川矿务局推广使用， 施工的瓦斯预抽采钻孔深度多在 600m左右。晋城无烟煤矿业集团 有限责任公司已大面积推广使用 ZDY6000S 钻机，施工深度为 400600m的本煤层瓦斯预抽采 长钻孔。 第29页/共54页 2021-8-1031 第30页/共54页 2021-8-1032 1、顺层长钻孔排渣工艺 n 水力排渣 传统的排渣工艺是用水作冲洗介质携带和排出 钻屑、冷却钻头。由于水注满整个钻孔，对瓦斯的 自然排放起封闭作用，易造成喷孔，对钻孔施工人

11、 员的安全有一定的威胁。在松软煤层中钻进时,循 环水对于孔壁的冲刷、浸泡等破坏作用相当严重, 钻孔极易破碎坍塌,成孔极其困难。 因而，在施工顺煤层抽放钻孔时，用水作为排 渣介质是不利于深钻孔的施工。 第31页/共54页 2021-8-1033 1、顺层长钻孔排渣工艺 n 风力排渣 风力排渣用风作介质排渣和钻头冷却。其显著 的优点在于压风对孔壁的冲击较弱，对瓦斯解吸 影响小。因此，从技术上来看，风力排渣更适合 于突出煤层顺层长钻孔的施工。 其缺点是作业地点粉尘不易控制，多数矿井的 风压、流量也不能满足长钻孔的要求。 第32页/共54页 2021-8-1034 2、松软突出煤层打钻遇到的问题及原因

12、分析 n 问题： 第33页/共54页 2021-8-1035 2、松软煤层打钻遇到的问题及原因分析 n问题 喷孔、卡钻形成过程。喷孔可分成：煤体 破碎瓦斯聚积（瓦斯迅速解吸孔壁破 裂孔内堵塞瓦斯梯度猛增） 瓦斯释 放（突破堵塞喷孔和卡钻）三个阶段。 第34页/共54页 2021-8-1036 2、松软煤层打钻遇到的问题及原因分析 问题 喷孔和卡钻原因分析：喷孔应看作是钻孔中出现的 动力现象，类似煤与瓦斯突出，是高压瓦斯、应力 集中和软煤存在三个因素综合作用的结果。 当钻孔进入软煤分层时，钻头切削旋转，对软煤产 生一种冲击和破碎力，使煤体破裂、粉碎，钻孔周 边煤体瓦斯迅速解吸，流入钻孔中的瓦斯增

13、加到正 常瓦斯涌出的几倍到几十倍，此时钻孔前后方出现 了较大的瓦斯梯度，产生明显的瓦斯激流，承压的 瓦斯激流对破坏的煤颗粒起着边运送边粉化的作用， 瓦斯激流和粉化了的煤颗粒难以顺利的向孔外排出， 进一步增加了孔内瓦斯压力梯度，形成喷孔。 第35页/共54页 2021-8-1037 2、松软煤层打钻遇到的问题及原 因分析 问题 另一种喷孔是由于煤层中含 水，钻头切削时的煤粉难以顺利 排出，在钻孔的浅部（1020m的 范围内）出现堵孔。再就是打钻 风压和风量不够，排碴不力，出 现堵孔。堵孔造成迅速解吸的瓦 斯无法排出，孔内的压力梯度达 到某个极限时，发生喷孔。 第36页/共54页 2021-8-1

14、038 2、松软煤层打钻遇到的问题及原 因分析 问题 卡钻是与喷孔联系和同时发 生的一种现象，喷孔时末能及时 退出钻杆，破碎的煤体将钻杆和 钻头箍紧。或是孔内出现塌孔、 堵孔时，排渣不力，此时仍然钻 进，使堵孔、塌孔的范围不断扩 大，造成钻杆和钻头箍紧，钻头 无法进退。 喷孔、垮孔、堵孔和卡钻是 不同现象，但又是相互联系的， 卡钻是严重的打钻事故，往往可 能出现扭断钻杆丢失钻头。 第37页/共54页 2021-8-1039 打钻速度等，运用气体输送理论 计算出风力排渣的合理风速，以 确保足够的排渣能力。 第38页/共54页 2021-8-1040 2、提高突出煤层钻孔孔深的技术 途径 l2)确

15、定 为达到要 求的风速，需要足够的风量和 风压。目前矿井的井下压风管 道风压一般不超过0.5MPa，而 对目前的钻具而言，这一风压 显然不能达到足够的供风量。 为此，可使用井下移动式空压 机，使打钻地点的风压正常时 达到0.65MPa以上，最大时达 0.7MPa。 第39页/共54页 2021-8-1041 不同深度钻孔正常排渣所需的供风压力 （煤科总院重庆研究院在芙蓉珙泉煤业公司芙蓉珙泉煤业公司 试验结果） 第40页/共54页 2021-8-1042 2、提高突出煤层钻孔孔深的技术 途径 l3)采用满足风力排渣和长钻孔施 工的大扭矩钻杆。由于压风的压 力最高为0.7MPa， 要在一定的 压力

16、下提高孔内的风速(或风量)， 就只有降低压风的沿程阻力损失， 这就要适当扩大输送压风的钻杆 内孔直径。同时，顺层长钻孔的 长度大，孔壁、钻屑与钻杆之间 的摩擦阻力也大，应适当增加钻 杆强度。 第41页/共54页 2021-8-1043 2、提高突出煤层钻孔孔深的技术 途径 l4)根据矿井具体的地质条件和煤 层特征，采用较大能力并适合顺 层钻孔施工条件的钻机。尽管顺 层长钻孔成孔的关键是打钻排渣 工艺技术，但足够能力的钻机是 施工长钻孔的基础。 第42页/共54页 2021-8-1044 2、提高突出煤层钻孔孔深的技术 途径 l5)采用多级组合钻头，利用前端 小直径钻头的超前卸压作用减轻 钻孔的

17、喷孔程度，同时提高钻孔 的定向钻进效果。 l6)其他辅助技术措施还包括降尘、 安全防护、防止孔内爆燃等，制 订操作规程，对打钻过程中的各 种现象提出观察、应对方法。 第43页/共54页 2021-8-1045 搞好钻孔设计：钻孔设计不 能简单化，一次完成。工作面布 孔设计分为方案设计、分段设计 和施工设计3个阶段进行。 布孔方案设计：布孔方案设计是 工作面瓦斯抽放设计的重要组成 部分。根据煤层和巷道状况，按 不留或少留空白带的要求，对采 面全面布孔。明确布孔形式、钻 孔密度和施工顺序。 第44页/共54页 2021-8-1046 钻孔施工分段设计：目的：根据 工作面抽放方案设计的要求，结 合不

18、同地段的瓦斯地质和巷道条 件，进行逐段设计。通过分段设 计优选钻孔施工参数，实现抽放 钻孔优化。分段设计前要调查该 段地质构造煤层倾角、煤厚、巷 道条件等。设计中包括不冈钻孔 的方位角、倾角、孔深、孔径和 开孔点距底板高度等，并有附图。 第45页/共54页 2021-8-1047 钻孔施工设计：主要是钻孔参数 的调整。由于煤层产状和厚度不 稳定，钻孔深处往往存在变化， 因此必须通过施工钻孔，及时判 断钻孔前方的煤层赋存状况。对 设计钻孔及时调整参数，经调整 参数后施工的钻孔基本能达到设 计深度。 第46页/共54页 2021-8-1048 第47页/共54页 2021-8-1049 掌握给进压力和钻进速度：钻机给进压力的极限是 固定的，不同层段要