井下水平长钻孔定向钻进装备及配套工艺技术

2020/7/141井下定向水平长钻孔装备及配套工艺技术李泉新煤炭科学研究总院西安研究院装备研发中心2020/7/142目录六、与国外定向装备主要技术性能对比五、现场应用四、定向钻进工艺研究三、随钻测量定向钻进系统二、履带定向钻进钻机一、设备研发背景2020/7/143传统的钻孔施工设备及工艺不能完全满足瓦斯高效抽采的需求。钻孔深度有限钻孔数量多劳动强度大施工周期长封孔质量差存在问题一、设备研发背景2020/7/144水平定向长钻孔是国内外瓦斯高效抽采的主要技术途径。有效距离长多分支孔钻进效率高一孔多用集中抽采主要优点一、设备研发背景2020/7/145一、设备研发背景2.存在问题澳大利亚VLD钻机2020/7/146一、设备研发背景2.存在问题国外设备使用效果不理想，严重制约着瓦斯高效抽采高价销售孔内事故多售后服务滞后15~188~10151~2国外国内价格(百万)服务周期(天)高价销售孔内事故多售后服务滞后2020/7/147ZDY6000LD(A)ZDY6000LDZDY4000LD二履带定向钻进钻机2020/7/148适应中型矿井巷道断面（长4m×宽4m×高3m）适应中大型矿井巷道断面（长6m×宽4m×高3m）适应大型矿井巷道断面（长6m×宽6m×高3m）ZDY4000LDZDY6000LDZDY6000LD(A)可实现定向功能的机型：二履带定向钻进钻机2020/7/149三随钻测量定向钻进系统2020/7/14103.1高强度大通孔钻杆a.能够进行孔底马达定向钻进(内径≥55mm)；b.具有传输测量定向信号的能力;c.能够进行大直径钻孔回转钻进(扭矩≥3000Nm)；d.具有施工千米近水平钻孔和分支孔的能力。2020/7/14113.1高强度大通孔钻杆中心通缆式高强度大通孔钻杆2020/7/1412钻杆特点钻杆抗拉强度≥950kN抗扭强度≥6000Nm。2020/7/14133.2孔底测量探管测量探管最长工作时间达45天，超进口产品近50%测量精度提高1倍可反复充电，循环使用2020/7/14143.2孔底测量探管精度指标项目测量范围测量精度限制条件倾角－90°～90°±0.2°水平为0，低于水平为-方位角0～360°±1.5°倾角：-84°～84°弯头方向0～360°±1.5°倾角：-84°～84°2020/7/14153.3孔口监视器2020/7/14163.3.1钻孔轨迹设计软件界面2020/7/14173.3.1钻孔轨迹参数设计界面2020/7/14182.3.2随钻测量系统主界面2020/7/14192.3.2探管检测、测量操作界面2020/7/1420（3）Φ85mm三翼刮刀造斜钻头（4）Φ94mm/Φ153mm扩孔钻头3.4钻头2020/7/1421测斜仪无磁钻杆旁通阀马达万向轴传动轴钻头螺杆马达组合结构示意图3.5螺杆马达2020/7/14223.5螺杆马达螺杆马达结构图2020/7/1423进口φ73螺杆钻具按不同分类方式的主要技术参数表外径mm钻头尺寸mm长度m排量lpm转速rpm上紧扭矩Nm输出扭矩Nm最大过载拉力kN最大钻压kN7382-1142.85113-350140-37516202578927螺杆马达主要技术参数2020/7/14243.5螺杆马达a.能够满足定向不同钻进的需要；b.工作性能稳定，工作基本参数能够满足配套机具的要求；c.使用寿命长，可以满足施工千米近水平钻孔的能力。2020/7/14253.6无磁钻杆无磁钻杆分为上无磁和下无磁钻杆。2020/7/1426分支钻孔多级无孔底侧钻分支技术螺杆马达四定向钻进工艺研究2020/7/1427应用效果：实现了长钻孔和分支孔在抽采区域的均匀布置钻孔轨迹设计与分析软件开发四定向钻进工艺研究2020/7/1428宁夏汝萁沟煤矿实钻轨迹四定向钻进工艺研究2020/7/1429五推广应用情况定向钻进装备已在我国22个矿井进行推广应用，累计施工瓦斯抽采钻孔近257745m，不但为煤矿企业的安全生产提供了保障，同时也提高了矿井瓦斯抽采利用，为煤矿企业带来可观的经济效益。截至2010年11月我院已累计销售44余台套煤矿井下定向钻进装备。2020/7/1430●陕西彬长大佛寺煤矿，最深孔810m。●陕西长武亭南煤矿一期，最深孔1046m。●陕西长武亭南煤矿二期，最深孔830m。●神华宁煤汝箕沟煤矿，最深孔961m。●金能公司二矿，最深孔600m。●晋城煤业集团成庄矿，最深孔600m。●阳泉煤业集团石港煤矿，最深孔510m。五推广应用情况2020/7/1431五推广应用情况●阳泉煤业集团新景煤矿，最深孔600m。●神华神东保德煤矿，最深孔984m。●山西焦煤杜儿平矿，最深孔570m。●西山矿务局汾西煤矿，最深孔552m。●山西焦煤双柳煤矿，最深孔744m。●铜川矿务局陈家山煤矿，最深孔648m。●晋城煤业集团寺河煤矿，最深孔1059m。●晋城煤业集团沁秀公司岳成煤矿，最深孔300m。2020/7/14325.1陕西长武亭南煤矿一期1#主孔终孔深度1046m，创造了我国煤矿井下瓦斯抽放水平定向钻孔的最高记录，并施工3个分支孔，1-1分支和1-3分支从回顺巷道中靶穿出；2#主孔深度822m，施工1个分支孔，从运顺巷道中部中靶穿出。钻进最高时效26.4m/h，平均进尺160m/d；终孔直径96mm。在1000m的设计目标位置，钻孔纵向偏差不足1m，横向摆动不超过8m，体现出了我国定向钻进装备和工艺的最高水平。钻孔轨迹示意图2020/7/14334.2陕西长武亭南煤矿一期-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50510152025303540455001002003004005006007008009001,0001,100钻孔深度(m)垂直位移(m)蓝色线条为实测轨迹终孔深度:1046m测量深度:1038m开孔倾角-2.3度红色线条为设计轨迹黑色线条为煤层顶底板曲线2020/7/1434-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50510152025303540455001002003004005006007008009001,000钻孔深度(m)垂直位移(m)蓝色线条为实测轨迹终孔深度:822m测量深度:816m开孔倾角-2.3度红色线条为设计轨迹黑色线条为煤层顶底板曲线2020/7/14354.2陕西长武亭南煤矿一期2020/7/14364.2陕西长武亭南煤矿一期2020/7/14375.3宁煤汝箕沟煤矿32215钻场设计与实钻轨迹平面图2020/7/1438杜儿坪煤矿定向钻进实钻轨迹施工总进尺3775m，最大进尺570m，主孔从6个陷落柱穿过构造及陷落柱较多，对钻孔控制技术要求较高5.4山西焦煤杜儿坪煤矿2020/7/1439煤层f系数0.5左右，施工总进尺1202m，其中主孔孔深405m新景煤矿定向钻进实钻轨迹图煤层相对松软，瓦斯喷孔严重，钻孔成孔困难5.5山西阳煤集团新景煤矿2020/7/1440主孔实钻深度1059m，探顶分支7次，探底分支3次，总进尺1656m寺河煤矿定向钻进实钻轨迹图5.5山西晋煤集团寺河煤矿2020/7/1441主要性能参数ZDY6000LD(A)VLD-1000最大转矩/Nm6000/30003000主轴倾角/°-10～20-5～10最大给进/起拔力/kN180150给进行程/mm1000900电动机额定功率/kW9090外形尺寸（长×宽×高）/mm3500×2200×19004000×2000(2340)×1600钻机质量/kg100008500适合钻进方式常规回转钻进、孔底螺杆马达钻进孔底螺杆马达钻进主要液压件（泵、阀）派克力士乐派克力士乐钻机特点负载敏感液压控制、三泵系统，一体式设计负载敏感液压控制、三泵系统，一体式设计6.1钻机六与国外定向装备主要技术性能对比2020/7/1442六与国外定向装备主要技术性能对比6.2配套机具主要性能参数ZDY6000LD(A)VLD-1000钻杆配套钻杆直径/mm73/89/9569.9强度抗拉/kN≥950≤500抗扭/Nm≥6000≤3000材质牌号/壁厚G105/7.1相当R780/5.5数据传输方式钻杆孔内埋缆钻杆孔内埋缆测斜仪探管研制开发配套amt公司主要传感器/产地磁通门、加速度计/美国磁通门、加速度计/美国孔口监视器/方式计算机/触摸鼠标计算机/简易键盘操作系统Winme供电方式电池/外接电源电池探管电池续航能力30-45天15天配套螺杆马达美国进口美国进口2020/7/1443谢谢！