煤矿井下瓦斯抽采钻孔钻进技术与装备--ppt课件

汇报人：李泉新中国煤炭科工集团西安研究院有限公司2014●义马煤矿安全生产地质保障技术与装备交流研讨会煤矿安全生产地质保障技术与装备交流研讨会煤矿井下瓦斯抽采钻孔钻进技术与装备煤矿水害防治与救援钻进技术与装备煤矿井下钻探技术与装备煤矿井下坑道钻进技术新进展及发展方向煤矿安全生产地质保障技术与装备交流研讨会第一部分：煤矿井下瓦斯抽采钻孔钻进技术与装备钻孔抽采瓦斯是煤矿井下瓦斯治理的有效手段，目前我国煤矿井下钻孔成孔技术与装备方面发展日趋成熟。引言形成了近水平回转钻进技术、螺旋钻进技术及风压钻进技术等几十种技术体系。开发了钻进深度50m-1000m的坑道钻进装备。ZDY3200SZDY3200L引言存在技术难题：钻孔测斜手段单一，钻孔轨迹不可控，钻孔偏斜严重，钻孔深度有限，钻孔施工周期长，严重影响井下瓦斯抽采效果。松软突出煤层在我国可采煤层中占有相当大的比例，松软突出煤层中成孔困难、成孔深度浅、且成孔后孔壁易坍塌、瓦斯抽采效果差。穿层钻孔遇煤段较短，钻孔利用率低，瓦斯卸压抽采效果不好。提纲一、煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备二、松软煤层中风压空气钻进技术与装备三、煤矿井下穿层钻孔施工技术与装备一、煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备煤矿安全生产地质保障技术与装备交流研讨会利用造斜工具使近水平钻孔轨迹按设计要求延伸钻进至预定目标的一种钻探方法，即有目的地将钻孔轴线由弯变直或由直变弯。同时随钻测量仪器实时监测钻孔参数，进而确定造斜工具的造斜方向。钻进原理定向钻进过程1.1随钻定向钻进技术原理1-随钻定向钻进技术原理配套钻进工艺千米履带定向钻机随钻测控仪器专用定向钻具1-随钻定向钻进技术原理1.2随钻定向钻进装备系统组成顶板高位长钻孔本煤层长钻孔底板穿层斜钻孔目前我国煤矿井下瓦斯抽采钻孔常用的三种布置形式。2-随钻定向钻进与常规回转钻进优势对比2.1本煤层瓦斯抽采钻孔钻孔深度有限钻孔数量多劳动强度大施工周期长封孔质量差常规回转工艺进行本煤层瓦斯抽采钻孔施工时，存在以下不足：2-随钻定向钻进与常规回转钻进优势对比近水平定向钻进工艺进行本煤层瓦斯抽采钻孔施工的技术优势：有效距离长多分支孔钻进效率高一孔多用集中抽采2-随钻定向钻进与常规回转钻进优势对比2.1本煤层瓦斯抽采钻孔常规回转成孔工艺，需做高位钻场，且轨迹不可控制，不能保证钻孔在预定的裂隙带内延伸。2.2顶板高位长钻孔弯曲下沉带裂隙带冒落带高位钻场2-随钻定向钻进与常规回转钻进优势对比弯曲下沉带裂隙带冒落带工作面巷道近水平定向成孔工艺，只需利用煤层巷道做钻场，且轨迹可精确控制，有效保证钻孔在预定的裂隙带内延伸。2.2顶板高位长钻孔2-随钻定向钻进与常规回转钻进优势对比底板岩巷常规回转成孔工艺，钻孔轨迹不可控制，穿层钻孔过煤有效段短，抽采卸压效果不理想。2.3底板穿层钻孔2-随钻定向钻进与常规回转钻进优势对比底板岩巷近水平定向成孔工艺，钻孔轨迹可精确控制，可有效增加过煤有效孔段，提高穿层钻孔的瓦斯卸压抽采效果。2-随钻定向钻进与常规回转钻进优势对比2.3底板穿层钻孔3.1定向钻机3-定向钻进装备系统组成针对国内巷道要求进行了钻机的系列化配套分体式钻机：钻机与动力泥浆泵分开适合于小断面巷道适应小型矿井巷道断面（长4m×宽4m×高3m）适应中大型矿井巷道断面（长6m×宽4m×高3m）ZDY4000LDZDY6000LDZDY6000LD(F)ZDY4000LD(A)ZDY6000LD(B)3-定向钻进装备系统组成3.1定向钻机一体式钻机：钻机与动力泥浆泵集成在钻进履带平台上适合于大断面巷道钻杆直径/mm73/89/95定向/回转钻进额定转矩/N·m3000～800/6000～1600额定转速/r/min50～190起拔能力/kN180给进能力/kN180电机功率/kW90外形尺寸（长×宽×高）/mm3500×2200×1900ZDY6000LD(A)3-定向钻进装备系统组成3.1定向钻机中心通缆式高强度大通孔钻杆3.2中心通缆钻杆3-定向钻进装备系统组成3.2中心通缆钻杆通过钻具中心布设弹性接触式绝缘电缆，既能输送高压水流，又可实现孔底测量探管与孔口监视器信号传输。3-定向钻进装备系统组成YHD1-1000便携式YHD1-1000（A）机载式YHD2-1000机载式测量精度：倾角：±0.2°方位：±1.5°工具面：±1.5°3.3随钻测量系统3-定向钻进装备系统组成实现钻孔轨迹的精确测量、计算及三维显示3-定向钻进装备系统组成3.3随钻测量系统4-定向钻进技术与装备的应用煤矿瓦斯抽采中硬煤层和松软煤层煤矿井下探放水煤矿井下底板注浆煤矿井下隐蔽地质致灾因素探测治理井下水平定向长钻孔最大主孔深度1212m，单孔最多分支孔24个，最大分支孔深度915m，水平偏差小于孔深的5‰，垂直偏差小于孔深的1‰，为各应用矿区在瓦斯抽采和利用方面创造了可观的间接经济效益。定向钻进用于井下煤层气（瓦斯）抽采的四种模式梳状定向钻孔抽采煤层气顶板高位定向长钻孔抽采煤层气集束型定向钻孔抽采煤层气井上下联合抽采煤层气4.1定向钻进技术与装备应用于井下瓦斯抽采4-定向钻进技术与装备的应用集束型定向钻孔是指在一个钻场内施工多个多分支定向钻孔，其主孔开孔点孔段相对集中，钻孔或分支孔方位呈扇型、花束型展开或平行延伸，主孔深度也基本相同的钻孔集合体。集束型定向钻孔结构示意图模式一：集束型定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用集束型定向钻孔瓦斯抽采（宁夏汝箕沟煤矿）534工作面施工钻孔总进尺为12868.5m，共施工了23个孔，最大月进尺2308米，最大单班进尺108米，最大穿煤率96.7%。工作面长度较短模式一：集束型定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用集束型定向钻孔瓦斯抽采（宁夏汝箕沟煤矿）32215工作面施工总进尺7000米，施工10个主孔，14个分支孔，最深孔961m，平均钻孔深度大于700m，穿煤率100%。工作面长度较长模式一：集束型定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用保德煤矿五盘区81503综采工作面定向钻孔平面布置图（钻孔平均深度达到800米以上，100m瓦斯抽采效率达到常规钻孔的5倍，瓦斯抽采浓度达到85%以上）保德煤矿81306回撤通道2号钻场3#钻孔剖面示意图（单孔最深达到1111.6m，开分支7次，探顶5次）工作面长度较长模式一：集束型定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用2011年8月大佛寺煤矿2#辅运大巷1#钻场4#钻孔（孔深1212m，探顶两次，开分支5次。纯瓦斯流量达到8.27m³/min）模式一：集束型定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用某矿每百米钻孔瓦斯抽采效果对比某矿相同条件下工作面瓦斯抽采量对比单孔瓦斯抽采量，随钻测量定向钻进装备施工钻孔瓦斯抽采量是常规回转钻进装备的3-5倍。整个工作面瓦斯抽采量，随钻测量定向钻进方法施工的钻孔覆盖的工作面抽采量是常规回转钻进施工方法的3-4倍。模式一：集束型定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用煤层硬度系数小于1，煤质松软，在煤层中难以成孔，采用梳状钻孔进行瓦斯抽采。梳状钻孔技术是通过在目标煤层上（下）较稳定岩层施工水平长钻孔，并进行分支穿入煤层实现难成孔软煤层的瓦斯有效长期抽采。顶板梳状定向钻孔示意图底板梳状定向钻孔示意图模式二：梳状定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用施工梳状定向钻孔分为前进式和后退式两种方式。前进式梳状钻孔施工后退式梳状钻孔施工模式二：梳状定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用平面剖面-5515250501001502002503003504004505005506002#钻孔轨迹孔平剖面-5515250501001502002503003504004505005506001#钻孔含分支孔8个，主孔最大孔深603m，分支孔最大孔深147m，总进尺1268m2#钻孔含分支孔9个，主孔最大孔深603m，分支孔最大孔深135m，总进尺1371m淮北朱仙庄煤矿梳状定向钻孔施钻轨迹图模式二：梳状定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用焦作九里山煤矿梳状定向钻孔施钻轨迹图（主孔深510m，梳状分支孔7个，试验总进尺848m）模式二：梳状定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用-井下瓦斯抽采某煤矿工作面高位钻场煤层气抽采量曲线图梳状钻孔1月中旬开始抽采，截止5月底，共抽采煤层气88173m3。抽采存量最大3.32m3/min.高位钻场1月初开始抽采，截止5月底，共抽采煤层气53887m3。梳状钻孔抽采煤层效果较好，能够满足煤矿井下松软煤层煤层气抽采的需要。某煤矿工作面梳状钻孔煤层气抽采量曲线图模式二：梳状定向钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用采空区工作面钻场技术特点钻孔轨迹可实时精确测量钻孔轨迹弯曲方向可人为控制优点钻进效率高成孔率高钻孔工程量小施工成本低模式三：顶板高位定向长钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用在219工作面灌浆行距回采面450m处完成定向钻孔5个，最大单孔深度408m，累计进尺1380m，最大瓦斯抽采浓度达到64%，最大瓦斯纯流量达到1.8m³/min。（即可以抽采采空区瓦斯，又可抽采采动影响区瓦斯）铜川下石节煤矿高位定向长钻孔平面布置图模式三：顶板高位定向长钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用晋煤集团寺河煤矿在W1305工作面顶板布置了四个高位定向钻孔，钻孔平面间距14-16m，钻孔剖面上在煤层顶板以上约28m，即4.6倍采高，成孔后通过扩孔工艺，实现钻孔终孔直径153mm。模式三：顶板高位定向长钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用靠近工作面中心的4#的钻孔纯瓦斯流量最大达到30m³/min，随着抽采时间的推移，边缘的1#、2#、3#钻孔抽采流量也逐渐上升。随着工作面不断推进，高位钻孔抽采流量呈逐渐上升趋势。模式三：顶板高位定向长钻孔抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用寺河矿W1305工作面大直径定向高位钻孔：最大单孔流量达到30m³/min；四个钻孔平均总流量达到30m³/min以上；日平均抽采量达到43000m³以上；回采工作面上隅角及回风巷瓦斯浓度显著降低。高位钻孔总管路瓦斯抽采流量随时间变化高位钻孔总管路瓦斯抽采流量随工作面推进变化4-定向钻进技术与装备的应用模式三：顶板高位定向长钻孔抽采瓦斯模式四：井上下联合抽采瓦斯煤矿井下集束定向钻孔群穿过地面竖井压裂区域，利用集束型定向钻孔在井下排水并进行水位控制，地面竖井进行煤层气无动力抽采，实现采气、排水分离作业，形成地面、井下煤层气立体化抽采模式。煤层气地面、井下立体化抽采示意图煤层气地面、井下立体化抽采剖面图4-定向钻进技术与装备的应用目标直井（YH-075）是一口取芯生产井，2008年8月3日完井，完井深度为505.90m，完井方式为射孔压裂，钻井的是一方面是获取储层资料，另一方面是开发利用3#煤层的煤层气、降低煤层瓦斯含量。YH-075井于2009年4月开始产气，最初日均产气量为750m³左右；2009年9月后日均产气量达到3000m³以上；2012年4月以来，日均产气量维持在3500m³至4000m³之间。YH-075排采井场YH-075产气历史数据模式四：井上下联合抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用42井下定向孔水平面内实钻轨迹井下定向孔剖面实钻轨迹井下水平定向孔施工钻场位于寺河矿西盘区W23014巷与W2301工作面辅撤交汇处；试验孔5月10日开孔，通过注水泥浆方式固定钢质封孔管，封孔长度9.0m；5月13日终孔，最大主孔深度252m，分支孔6个，总进尺536m。模式四：井上下联合抽采瓦斯4-定向钻进技术与装备的应用43日期日产气量m³/d5月10日17:00—5月11日17:0039285月12日17:0037615月13日17:0038445月14日17:0024535月15日17:0033585月16日17:0044655月17日17:0048335月18日17:0047605月19日17:0042875月