煤矿井下探放水钻探技术——2013.9

煤矿井下探放水钻探技术报告人：田坤陕西能源职业技术学院2013年9月一、煤矿井下探放水钻探基础知识1、水文地质勘探的三大主要手段2、钻探定义3、钻探分类4、井下探放水钻探基本原理5、井下探放水钻探常用设备6、井下探放水钻探常用工具材料二、煤矿井下探放水钻探技术及质量管理1、井下钻孔基本参数2、井下探放水钻探施工质量管理3、井下探放水钻探施工技术管理三、煤矿井下探放水钻探作业效率分析四、煤矿井下探放水钻探安全管理1、井下钻孔止水套管的封固2、钻孔孔口安全装置及要求3、井下作业现场安全4、几种常见的钻孔事故及其处理方法五、岩石的性质六、煤矿探放水目录煤矿井下钻探的应用：1、《煤矿防治水规定》(国家安全生产监督管理总局令第28号)第3条规定：防治水工作应当坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采的原则，采取防、堵、疏、排、截的综合治理措施。2、山东省煤矿水害事故统计：1949～2004年共发生水害事故96起，死亡782人。其中老空水水害事故61起，死亡655人，占事故起数的63.5％，占死亡人数的83.8％；地表水水害事故12起，死亡111人；承压含水层水水害事故23起，死亡16人。目的煤矿井下探放水钻探基础知识一、煤矿井下探放水钻探基础知识1、综合探测技术手段钻探、物探、化探（水文地质实验）2、钻探定义钻探是用钻机设备从地表向地下钻进成孔，从而达到所要任务的工程施工工程。以钻为手段，以探为目的。一、煤矿井下探放水钻探基础知识冲击回转型潜孔钻机回转型岩心钻机冲击工程钻机潜孔定向钻进在定向钻进施工中，一般为了达到钻头沿设计的轨迹前行，往往使用螺杆钻具，螺杆钻具根据数据传输方式分为有线和无线。其钻头体上部连接一个液压马达（螺杆），高压液体由高压泵通过钻杆被输送到螺杆内，高压液体驱动螺杆内的液压马达回转，从而带动孔底钻头回转以克取岩石。这个螺杆钻具从另一个角度上说也是潜孔钻具，其钻进方式也叫潜孔钻进。一、煤矿井下探放水钻探基础知识3、钻探的分类（1）按照钻探目的分：地质钻探（煤田地质钻探、水文地质钻探）水文水井钻探工程勘察钻探石油钻探一、煤矿井下探放水钻探基础知识（2）按照钻头克取岩石的方式：回转式冲击式冲击回转式（3）按照取芯与否分：取芯钻探无芯钻探一、煤矿井下探放水钻探基础知识3、钻探的分类一、煤矿井下探放水钻探基础知识4、井下探放水钻探基本原理（1）地面钻探的4大系统凿岩系统（钻杆、钻头）动力系统（动力机和钻机）冲洗液循环系统（泥浆泵、管路、钻杆和钻孔）提升系统（钻机、滑车、钢丝绳、钻机卷扬机）（2）井下钻探的4大系统凿岩系统（钻杆、钻头）动力系统（动力机和钻机）冲洗液循环系统（泥浆泵、管路、钻杆和钻孔）提升系统（钻探、滑车、钢丝绳、钻机卷扬机）一、煤矿井下探放水钻探基础知识4、井下探放水钻探基本原理一、煤矿井下探放水钻探基础知识4、井下探放水钻探基本原理一、煤矿井下探放水钻探基础知识4、井下探放水钻探基本原理一、煤矿井下探放水钻探基础知识4、井下探放水钻探基本原理（1）煤矿井下常用的两种钻机ZLJ2350(原SGZL-3B、3A)钻机ZDY1500T（MK-5）钻机一、煤矿井下探放水钻探基础知识5、井下探放水钻探常用设备一、煤矿井下探放水钻探基础知识5、井下探放水钻探常用设备ZLJ2350(原SGZL-3B、3A)主要技术参数1、钻进能力钻孔孔深300m,终孔直径：Φ91mm钻孔角度范围0-360°2、孔内钻杆直径Φ42、Φ50Φ53mm3、回转器:给进力22.5KN;提升力36KN5、卷扬机行式行星齿轮式,最大提升能力2000kg钢丝绳直径13mm6、钻机平移行程350mm7、、油泵型号GB-Fa25c-FL齿轮泵,额定压力16Mpa8、动力机防爆电机型号YBK180M-4(使用电压：380-660V),额定功率18.5KW额定转速1470转/分9、钻机重量（不含动力）920kg10、外形尺寸（长×宽×高）1800×1095×1562mmZDY2300T钻机钻孔深度m:300开孔直径mm:Φ135、Φ155终孔直径mm:Φ95钻杆尺寸mm:Φ63、Φ73钻孔倾角(°):0～±90输出转速r/min:65/150输出转矩N•m：2300/1000最大给进力kN100最大起拔力kN70正常给进速度m/min0～1.2给进行程mm850工作压力Mpa:13（旋转）/11（给进）电机功率kW37380/660V防爆型电机外形尺寸m:2.3×1.0×1.3整机重量kg:2000（不含钻杆）一、煤矿井下探放水钻探基础知识5、井下探放水钻探常用设备一、煤矿井下探放水钻探基础知识5、井下探放水钻探常用设备3ZSB型高压注浆泵（高压注浆泵）NBB260/7泥浆泵（中压注浆泵）LHN7.0型便携式注浆泵（低压注浆泵）注（泥）浆泵工作原理常用的泥浆泵为往复式泵，分为活塞式或柱塞式。由动力机带动泵的曲轴回转﹐曲轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往复运动。在吸入和排出阀的交替作用下﹐实现压送与循环冲洗液的目的。一、煤矿井下探放水钻探基础知识5、井下探放水钻探常用设备一、煤矿井下探放水钻探基础知识5、井下探放水钻探常用设备一、煤矿井下探放水钻探基础知识5、井下探放水钻探常用设备注（泥）浆泵分类按照作用方式：单作用往复式泵双作用往复式泵按泵的缸数单缸泵双缸泵多缸泵按照泵量恒量泵和变量泵按照注浆压力低压注浆泵：＜3.0Mpa中压注浆泵：3.0-10.0Mpa高压注浆泵：10.0MPa-30Mpa超高压注浆泵：＞30Mpa一、煤矿井下探放水钻探基础知识5、井下探放水钻探常用设备注浆泵的基本参数缸套内径（直径）公称流量（理论流量）活塞行程活塞往复次数缸径及其厚度公称压力拉杆直径动力机功率一、煤矿井下探放水钻探基础知识5、井下探放水钻探常用设备（1）钻头钻头（bore］bit）安装在钻杆前端,回转破碎煤或岩石的刀具。★硬质合金钻头★金刚石钻头★PDC（人造金刚石）钻头★潜孔钻头一、煤矿井下探放水钻探基础知识6、井下探放水钻探常用工具材料硬质合金钻头（tungsten-carbidebit）一般硬合金钻头钻进岩石可钻性为Ⅱ一Ⅶ级的地层；针状硬质合金钻头可钻进Ⅵ一Ⅷ级岩石。一、煤矿井下探放水钻探基础知识6、井下探放水钻探常用工具材料一、煤矿井下探放水钻探基础知识6、井下探放水钻探常用工具材料直镶式钻头软至中硬地层正斜镶钻头极软的塑性地层负斜镶钻头较硬岩层或裂隙地层、软硬不均地层。磨锐式钻头需经修磨切削刃后再使用的钻头。自锐式钻头研磨性大和裂隙发育的硬地层。一、煤矿井下探放水钻探基础知识6、井下探放水钻探常用工具材料金刚石钻头用天然金刚石材料做切削刃，该钻头属一体式钻头，整个钻头没有活动的零部件，结构比较简单，具有高强度、高耐磨和抗冲击的能力金刚石钻头在软-中硬地层中钻进时，有速度快、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点。一、煤矿井下探放水钻探基础知识6、井下探放水钻探常用工具材料人造金刚石（PDC）钻头(PolycrystallineDiamondCompact)由人造金刚石和硬质合金经高温高压一次性合成而成。①地质勘探用复合片钻头适用于软到中硬岩层，超硬钻头十级硬度的岩层。②煤田钻探采用复合片钻头。由于煤田的岩层相对较软，复合片钻头被大量应用，如锚杆钻头，三翼钻头，取芯钻头等。③石油勘探用复合片钻头，用在油气田的钻采。一、煤矿井下探放水钻探基础知识6、井下探放水钻探常用工具材料PDC钻头失效原因1、地层中存在砾石2、地层硬夹层较多3、水力参数不合适4、钻进参数（操作工艺）不合适一、煤矿井下探放水钻探基础知识6、井下探放水钻探常用工具材料潜孔钻头用于潜孔冲击回转钻进。由回转钻机提供扭矩和转速，由高风压冲击器提供冲击动力。主要用于在完整坚硬岩石内的钻进效率高，属于冲击回转钻进。一、煤矿井下探放水钻探基础知识6、井下探放水钻探常用工具材料一、煤矿井下探放水钻探基础知识6、井下探放水钻探常用工具材料（2）套管止水止浆隔离耐压一般使用型号不低于DZ40的地质套管。钻孔孔径75mm91mm110mm130mm150mm170mm匹配套管直径73mm89mm108mm127mm146mm168mm89mm108mm127mm146mm井下钻孔常选钻孔孔径序列表岩层中探水钻孔超前钻距和止水套管长度表一、煤矿井下探放水钻探基础知识6、井下探放水钻探常用工具材料探放老空积水的超前钻距，最小水平钻距不得小于30m，止水套管长度不得小于10m；煤矿井下探放水钻探技术及质量管理（1）井下钻孔的基本参数◆钻孔坐标◆钻孔方位角、倾角◆钻孔孔径、孔深◆止水（止浆）套管长度、封固要求、耐压值◆开孔层位和终孔层位◆钻孔揭露的岩层名称及换层深度。◆钻孔涌水量、涌水深度、涌水层位和水压。◆钻孔孔径变化深度、层位。二、井下探放水钻探技术和质量管理1、井下钻孔的基本参数(1)钻孔坐标钻孔坐标：X=Y=Z=钻孔坐标包括钻孔的开孔和终孔坐标，反映了钻孔开始位置以及终止位置。通过钻孔坐标可以分析一个钻孔的基本参数。其中X表示经线，Y表示纬线。Z表示海拔标高。孔号位置XYZ1-3开孔位置3933108.22339404350.797-724.50终孔位置3933041.2333940444.62-690.302-1开孔位置3933109.84539404226.46-726.00终孔位置3933148.26539404137.477-755.90钻孔坐标测量方法测量的部分钻孔开孔和终孔坐标二、井下探放水钻探技术和质量管理1、井下钻孔的基本参数(2)钻孔方位角、倾角以大地坐标为依据，以北为起点，沿顺时针方向转动得到的夹角。就是钻孔线与正北0°之间的夹角。钻孔倾角是钻孔线与水平线的夹角。孔号方位倾角备注钻孔137°45°仰角孔钻孔2315°31°仰角孔钻孔3107°-47°俯角孔钻孔方位、倾角统计表二、井下探放水钻探技术和质量管理1、井下钻孔的基本参数(3)钻孔孔径、孔深钻孔孔径：钻孔裸孔段的内径。钻孔孔径由施工目的、钻孔性质和安全性要求。（地质勘探钻孔91mm。井下探放水钻孔一般不得大于75mm)。孔深：钻孔施工目的、钻孔开孔位置和终孔位置决定的。钻孔孔径75mm91mm110mm130mm150mm170mm匹配套管直径73mm89mm108mm127mm146mm168mm89mm108mm127mm146mm井下钻孔常选钻孔孔径序列表二、井下探放水钻探技术和质量管理1、井下钻孔的基本参数(4)开孔层位和终孔层位是指开孔地层和终孔地层名称(5)钻孔揭露的岩层名称及换层深度。钻孔钻进过程中所揭露的构造所处地层和深度位置。(6)钻孔涌水后要准确测量涌水量、涌水深度、涌水层位和水压。(7)钻孔孔径变化深度、层位。二、井下探放水钻探技术和质量管理1、井下钻孔的基本参数地质钻探的六大工程质量标准◆岩矿心采取率及其整理◆钻孔弯曲度及测量间距◆孔深误差的测量及校正◆简易水文地质观测◆钻孔封闭与检验◆原始报表填写按照上述指标，验收后钻孔质量分为特级孔、甲级孔、乙级孔和废孔。二、井下探放水钻探技术和质量管理2、井下探放水钻探质量管理（1）岩矿心采取率及其整理按照钻探规程要求，全孔平均采取率一般不得小于65%。在完整岩层段，采取率不得小于75%；断层破碎带岩心采取率一般不低于50%，并根据钻孔目的要求掌握。岩矿心采区方法：干钻采取法卡料卡取法卡簧卡取法对煤的采取一般采用单动双管，以保证煤样的品位。二、井下探放水钻探技术和质量管理2、井下探放水钻探质量管理岩矿心被取出钻孔后按照钻孔深度的上下关系用清水洗净后依次排列，不得颠倒。二、井下探放水钻探技术和质量管理2、井下探放水钻探质量管理（2）原始记录及原始报表钻探原始班报表简易水文观测记录孔深测量及校正记录现场地质资料编录钻孔固管及钻孔封闭报告钻孔终孔验收单二、井下探放水钻探技术和质量管理2、井下探放水钻探质量管理（3）孔深误差及校正孔深误差直接影响到钻孔的真实深度和各种钻孔资料的真实准确性。一般通过丈量钻具来进行校正。正常钻进50-100m