定向钻进论文：VLD型定向钻机在沙曲矿瓦斯抽采中的应用

1、定向钻进论文：VLD型定向钻机在沙曲矿瓦斯抽采中的应用摘要：多年的现场实践表明，瓦斯抽采是灾害治理和资源利用的根本性措施之一。沙曲矿自2005年开始引进vld-1000型定向钻机，在突出煤层中实施区域预抽及掘进预抽，取得了显著成效。实践表明，定向钻机对于消除煤层突出危险性，提高瓦斯抽采量及抽采效率，确保矿井安全高效开采起到了关键作用，该项技术具有良好的推广应用前景。关键词：定向钻进 vld-1000型钻机 瓦斯抽采沙曲矿为高瓦斯及具有煤与瓦斯突出危险的矿井，隶属于山西焦煤集团华晋焦煤有限责任公司，位于吕梁山脉中段西部，河东煤田中部，行政区划属山西省吕梁市柳林县管辖。为加大瓦斯治理力度，沙曲矿于

2、2005年引进澳大利亚vld-1000型定向钻机，开展了长期的本煤层长钻孔预抽瓦斯试验研究。1 vld-1000型钻机的主要特点1.1 电-液驱动的操作功能钻机通过90kw电机（电压：1140/660v，频率：50hz）驱动3台液压泵（主泵、高压泵、辅助泵）实现各自的功能，最小推力（拉力）为150 kn。钻机在压力为30mpa时力矩最大，低速旋转时为3048nm，高速旋转时为2286nm，其旋转速度可在200600r/min（低速大力矩）与2501200r/min（高速小力矩）之间进行无级调节。1.2 采用孔底马达钻进的钻进能力钻机采用孔底马达钻进，无需钻杆旋转。孔底马达靠高压水（煤层施钻压力

3、为22.8mpa，岩石施钻压力为3.54.1mpa）驱动，钻进速度为05m/min，回收钻杆时速度为020m/min。采用孔底马达钻进，减少了钻杆与孔壁的摩擦阻力，因而，该钻机在较小动力损失的情况下具有超过1000m的钻进能力。目前，沙曲矿瓦斯抽采钻孔施工长度大多在500m左右。1.3 定向功能定向功能可绕过已探明的地质构造，确保成孔质量。孔底马达弯头偏角为1.3°，每施工一根钻杆倾斜1.3°，理论上施工100m钻孔最大偏移角度为43°。在沙曲矿实际施工中，100m最大偏移角度为20°，轨迹呈弧形，如图1所示。1.4 钻进检测导线连接单元钻机装备有先进的

4、定向钻进检测系统，由孔底测量单元、孔外计算机、专用钻杆及安装于钻杆中间的永久测量连接导线组成，测量过程约5s，测量精度为垂直角偏差±0.2°，水平角偏差±0.5°。孔底测量单元：长2650mm，外径70mm，质量52 kg，通过非磁性铜铍短钻杆与普通定向钻杆连接。孔外计算机：每3m测量一次，根据测试所得的方位角、弯头方向、下行轨迹、左/右偏差、上/下偏差、时间及日期、仰角/俯角、孔深等孔内参数，自动绘制钻机运行轨迹在水平及垂直平面上的投影图；钻机司机可根据偏差情况及时调整弯接头方向，以期使钻进轨迹最大限度的符合设计要求。孔外计算机可存储615组测量数据，

5、利用红外线u盘将数据提取带至地面，以excel电子表格形式存储在计算机上，可方便地进行数据分析。专用测量钻杆：为n系列钻杆，带有96mm的金刚石复合片钻头。钻杆外径为70mm，内径为61mm，长度为3000mm，质量为25.9kg，钻杆中心安装有永久电缆。2 定向钻机在瓦斯抽采中的应用2.1 钻机在区域预抽中的应用沙曲矿4号煤层为煤与瓦斯突出煤层，煤层厚度为2.34.3m，平均瓦斯含量为10.89m3/t，钻孔流量衰减系数为0.020820.04356d-1，煤层透气性系数为1.31462.9962m2/（mpa2·d），属于可以抽采煤层。为防止煤与瓦斯突出以及瓦斯超限等问题，在24

6、207回风巷布置钻场，利用vld1000型定向钻机向24208采煤工作面施工区域预抽钻孔，如图2所示。钻场每隔100m布置一组，每组钻场施工510个钻孔，可贯穿24208采煤工作面的可采长度，从而消除目标区域内的抽采空白带（钻场之间的三角形空白区域采用小型钻机施工短钻孔来弥补）。自2009年10月开始施工1#区域第一个钻场，目前已施工完成6个钻场、47个钻孔，覆盖区域达2.48×105m2，解放煤量1.07mt。平均瓦斯抽采速度为12.2m3/min，截至2010年10月，共抽采瓦斯6.85×106m3（纯量）。按照4号煤层平均瓦斯含量10.89m3/t计算，已抽采该区域4

7、3.38%的瓦斯，煤层瓦斯已得到充分释放。2.2 钻机在掘进预抽中的应用沙曲矿14203轨道巷掘进工作面断面为4×2.5m，共施工3个钻孔，设计长度为400m。预抽时间为67天，1、2、3#钻孔瓦斯纯量分别为49664、51683、55381m3，累计抽采瓦斯纯量达156728m3，单孔平均抽采纯量为52243m3，平均纯瓦斯量为0.6m3/min。3个钻孔节流为25mmh2o，负压为3050mmhg，浓度为5090%，充分体现了预抽钻孔低节流、高负压、高浓度的特点。掘进预抽结束后，采用综掘机掘进巷道，月进尺达390m。在掘进过程中，严格进行预抽效果检验，均未发现突出危险，瓦斯涌出数

8、据见表1。以掘进进度为横坐标，回风瓦斯浓度、瓦斯涌出量为纵坐标绘图，如图3所示。由图3可以看出，到第一阶段掘进结束，瓦斯浓度均在0.8%以下，从未出现瓦斯超限现象。需要说明的是，14203轨道巷右侧为14202工作面采空区，一部分瓦斯已提前释放，这也是瓦斯浓度较低的影响因素之一。现场实践表明，通过大孔径、长钻孔、长时间预抽后，掘进工作面实现了在消除突出危险和低瓦斯状态下的连续掘进，为以后实现无突出、低瓦斯状态下远距离掘进、提高掘进进尺，奠定了良好的基础。3 结束语vld-1000型定向钻机在沙曲矿区域预抽及掘进预抽中的成功应用，对于消除煤层突出危险性，提高瓦斯抽采量及抽采效率，确保矿井安全高效开采起到了关键作用。定向钻进技术具有良好的推广应用前景，但其前提是，必须及时提高