煤矿井下瓦斯抽采钻孔钻进技术与装备ppt课件.ppt

煤矿井下钻探技术与装备的应用及发展方向,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。,ZDY3200S,ZDY3200L,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,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,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：,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,2-随钻定向钻进与常规回转钻进优势对比,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）,ZDY4000LD,ZDY6000LD,ZDY6000LD(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,ZDY6000LD(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,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。,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,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8.27m/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,2#钻孔轨迹孔平剖面,1#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,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,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1.8m/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30m/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30m/min；四个钻孔平均总流量达到30m/min以上；日平均抽采量达到43000m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,42,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750m左右；2009年9月后日均产气量达到3000m以上；2012年4月以来，日均产气量维持在3500m至4000m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,43,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,44,井下定向钻孔与地面直井压裂区贯通后，由于井下负压抽吸，地面直井的产气量下降；井下钻孔封闭终孔后，地面直井日均产气量逐步达到了4200m以上，产气量平均增幅达到了20%左右。,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,二、松软煤层中风压空气钻进技术与装备,煤矿安全生产地质保障技术与装备交流研讨会,1-松软煤层中风压空气钻进技术原理,松软煤层中打钻困难、成孔深度浅、且成孔后孔壁易坍塌、瓦斯抽采效果差。,水力排渣钻进技术 干式螺旋钻进技术 低风压空气钻进技术,低风压空气钻进,常规螺旋钻进,松软煤层瓦斯抽采钻孔平均成孔深度有所增加，但仍然达不到瓦斯高效抽采的深度要求。,1-松软煤层中风压空气钻进技术原理,高叶片螺旋钻杆排粉钻进工艺宽叶片螺旋钻杆排粉钻进工艺三棱钻杆排粉钻进工艺三棱螺旋钻杆排粉钻进工艺,中风压空气钻进技术借助小体积大功率钻机，以独立防爆空压机作为风源，配合宽矮叶片螺旋钻杆以复合方式排渣；利,用多级无力动力源除尘器解决孔口粉尘污染问题；施工到预定孔深后，通过大通孔钻杆和脱芯钻头下入筛管护孔，防止孔壁坍塌影响瓦斯抽采效果。,1-松软煤层中风压空气钻进技术原理,49,钻杆内孔安设筛管护孔技术,钻进到预定孔深 由钻杆内孔下入筛管 顶掉钻头内芯 提拔钻具,1-松软煤层中风压空气钻进护孔技术,中风压空气钻进成套装备,2-松软煤层中风压空气钻进装备组成,ZDY3200L钻机,钻机,ZDY4000L钻机,钻机扭矩大于3000Nm，转速大于120rpm，钻机起拔力大于15kN,2-松软煤层中风压空气钻进装备组成,宽叶片能够实现机械拧卸钻杆，减轻工人劳动强度叶片搅动钻孔内沉粉，提高排粉效果大通孔，减小过风阻力，为下入大直径筛管提供通道钻杆内径达到了50mm，可满足筛管下放,宽叶片螺旋（三棱）钻杆,2-松软煤层中风压空气钻进装备组成,钻头由内芯和钻头体两部分组成。内芯在筛管作用下与钻头体分离。残留内芯尺寸对采煤没有影响。,配套钻头,钻头内芯采用铰接，可侧向张开。内芯与钻头不分离。对采煤没有影响。,2-松软煤层中风压空气钻进装备组成,空压机技术参数,钻进用风为断续用风，空压机频繁加载，降低了空压机可靠性和寿命。空压机安装在主巷道，利用专用输风管路作为储气罐，形成稳压系统。,防爆空压机,2-松软煤层中风压空气钻进装备组成,利用排粉的残余风压作为动力，结构简单、安全可靠 采用惯性、水浴、文丘里除尘原理，按照大中小的顺序逐级分离钻屑，增强除尘效果,除尘器开启前后粉尘浓度实测数据,实物照片,三级无动力源孔口除尘器,除尘器,2-松软煤层中风压空气钻进装备组成,钻进试验现场粉尘浓度检测,处理风量大：最大处理风量可达20m3/min,结构简单，移动方便，使用便捷,可以与钻机进行集成，减少辅助装置,降尘效果好：现场试验降尘效果超过95%,高压水射流除尘器,2-松软煤层中风压空气钻进装备组成,除尘器,选用阻燃、抗静电的聚氯乙烯管质量轻、强度高，拉伸强度35MPa性能符合MT558.2标准要求筛眼直径10mm，间距200mm，四排，孔眼呈梅花型,整体式筛管,插接式筛管,阻燃式筛管,筛管局部示意图,2-松软煤层中风压空气钻进装备组成,筛管固定装置,重量轻，结构简单，安装与操作方便。满足固定护孔筛管强度的需要。可单个使用或多个串接，联接方式灵活。,筛管固定装置,筛管固定装置工作状态,2-松软煤层中风压空气钻进装备组成,59,淮北矿业集团芦岭煤矿,II827采面：煤层硬度系数0.20.45；施钻瓦斯抽采钻孔110余个，总进尺近8000m；平均成孔深度超过了70m，最大成孔深度120m。矿方原来用螺旋钻进技术平均成孔深度不足40m。使瓦斯实际抽采时间较预计缩短了4个月，保证了该采面顺利接续。,打钻现场照片,II827采面部分钻孔,4-松软煤层中风压空气钻进技术应用,60,打钻现场照片,34下3号工作面：煤层硬度系数0.50.8；施工瓦斯抽采钻孔50余个，总进尺超过了10000m；平均成孔深度达到了200m，最大成孔深度238.5m矿方原来用风钻进平均成孔深度100m左右。,713工作面：煤层硬度系数0.18左右；施钻瓦斯抽采钻孔150余个，总进尺超过了10000m；平均成孔深度达到了70.5m矿方原来用风钻进平均成孔深度30m左右,淮北矿业集团祁南煤矿,4-松软煤层中风压空气钻进技术应用,61,煤层气（瓦斯）抽采对比,4-松软煤层中风压空气钻进技术应用,62,在淮南矿区丁集矿1331（1）工作面运输顺槽，采用快速全程护孔筛管瓦斯抽采技术，平均下套管深度110m。与传统工艺相比，采用快速全程护孔筛管瓦斯抽采技术，下套管时间由8小时减少至40分钟以内，平均抽采浓度12%提高到45%，百孔抽采纯量由3m3/min提高到9m3/min。,煤层气（瓦斯）抽采对比,4-松软煤层中风压空气钻进技术应用,三、煤矿井下穿层钻孔施工技术与装备,煤矿水害防治与瓦斯抽采技术与装备研讨会,广泛应用于松软强突出煤层的防突、消突治理。钻孔穿过目的煤层的顶、底板进入或穿过煤层，达到抽采煤层瓦斯、降低煤层瓦斯压力、减小瓦斯突出危险性和突出规模的目的。,1-井下穿层钻孔钻进技术原理,2-井下穿层钻孔钻进技术存在问题,钻孔过煤有效段较短，钻孔利用率低，钻孔瓦斯卸压抽采效果不好。为达到较好的瓦斯卸压抽采效果，单个钻场布置的钻孔较多，加大了钻孔施工时间，缩短了工作面瓦斯预抽时间。,3-提高穿层钻孔瓦斯卸压抽采效果的技术方法,应用状况：应用于煤层底板的岩石巷中施工上仰孔，穿过煤层底板、煤层和顶板，为瓦斯采前预抽放提供通道。钻进原理：利用细钻杆减小钻杆对钻头的约束，加大钻头对孔底下侧孔壁的切削力，并在正常钻进时上仰倾角有变小趋势的导向作用下，加压后细钻杆进一步弯曲，加大钻头的向下切削力。使钻孔倾角快速变小，从而延长了钻孔见煤段的长度。特 点：钻头直径越大，钻杆越细，造斜强度越大。,细钻杆造斜钻具钻进穿层瓦斯抽采孔,3-提高穿层钻孔瓦斯卸压抽采效果的技术方法,通过组合钻具的使用，使穿层钻孔过煤段钻孔长度由原来的15m提高到了75m，提高了瓦斯抽采效果。,3-提高穿层钻孔瓦斯卸压抽采效果的技术方法,穿层钻孔煤层段扩孔增透技术,通过采用可伸缩式钻孔实现钻孔在岩层段孔径小，在煤层段孔径大的钻孔结构，钻进过程中采用75mm或96mm的钻孔在岩层内成孔，钻进至煤层段利用高压水将钻头侧翼切削齿压开，实现113mm-400mm钻孔扩孔钻进。,3-提高穿层钻孔瓦斯卸压抽采效果的技术方法,穿层钻孔煤层段扩孔增透技术,2种可伸缩式扩孔钻头,3-提高穿层钻孔瓦斯卸压抽采效果的技术方法,穿层钻孔煤层段扩孔增透技术,淮南矿区潘三矿17101（3）顺槽，采用煤层扩孔增透技术后，高浓抽采时间长（300天以上），单孔抽采浓度由29%提高到44%提高1.5倍，百孔抽采纯量由0.5m3/min提高到3m3/min，542个掏穴钻孔，累计抽采瓦斯322万m3。,4-配套的钻进装备,用于穿层钻孔施工的钻机要求倾角调整范围宽，钻机体积小，相对搬迁灵活，多采用分体式钻机，对于钻孔倾角在-20-45之间的可采用履带式钻机,坑道钻机,ZDY4000L钻机,ZDY1200L钻机,ZDY4000S钻机,ZDY3200S钻机,4-配套的钻进装备,坑道钻机,4-配套的钻进装备,配套钻具,如果煤层比较完整，可采用外平钻杆，清水钻进如果煤层松软破碎，可采用螺旋钻杆或三棱钻杆，风排粉钻进,外平钻杆,螺旋钻杆,宽叶片螺旋钻杆,煤矿安全生产地质保障技术与装备交流研讨会,第二部分：煤矿水害防治与救 援钻进技术与装备,提 纲,一、煤矿井下水害防治定向钻进技术二、矿山钻孔救援技术与配套装备,一、煤矿井下水害防治定向 钻进技术,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,钻机、泥浆泵、钻杆、钻头等；水风做冲洗介质携带岩、煤粉；受到钻具自重的影响，钻孔轨迹 自然弯曲；钻孔终孔位置不能确定。,常规回转钻进常用钻具组成示意图,目前煤矿一般采用常规钻孔进行水害隐患防治。利用钻机回转通过钻杆柱带动钻头回转破碎孔底岩石的钻进方法。其又称为常规回转钻进技术。,1-技术背景,问题一：常规钻孔钻具级配简单，钻孔轨迹不能控制，钻孔为直孔或斜孔，钻孔钻遇含水层的有效孔段较短，钻遇含水体和裂隙带的几率较低。钻孔多以发散形式布置，易造成防治水盲区。,常规回转钻进底板注浆钻孔布置示意图,常规回转钻进探放水钻孔布置示意图,1-技术背景,问题二：常规回转钻进技术不具备轨迹随钻测量装置，不能准确计算异常区位置，如对井下老空积水进行疏放时，需施工很多钻孔，不能保证钻孔进入老空区，不能实现定点探放老空积水。,常规回转钻孔探查异常区,常规回转钻孔探测老空积水,1-技术背景,问题三：钻孔孔深一般较浅，只能边掘（边采）边进行水害致灾因素探查与治理，在未形成工作面运顺和回顺前，无法实现超前防治水，给煤矿安全高效采煤带来一定的压力。问题四：钻孔工作量大，施工周期长，施钻人员劳动强度高。,工作面已形成常规防治水钻孔施工,工作面未形成常规防治水钻孔施工,1-技术背景,定向探放水及探查治理老空水,以先进的随钻测控技术为依托，通过对实钻钻孔轨迹的实时测量和精确控制，保证定向孔在目的层位延伸或精确中靶，并可进行分支孔施工，提高钻孔覆盖面积，成孔用于疏顶板放水或老空水，减少水害发生概率，保障煤矿安全高效生产。,定向孔探放顶板水原理示意图,定向孔探放老空水原理示意图,2-技术方案,83,在井下主巷道内即可开拓钻场，利用定向钻进技术进行造斜钻进，使钻孔进入欲加固层位并在其内部延伸，成孔后高压注浆，将钻孔钻遇的裂隙填满，形成隔水层。,底板注浆加固定向钻孔布置示意图,工作面底板注浆改造,2-技术方案,84,地质异常体探查,利用定向钻孔主孔施工技术实现远距离超前探查，利用侧钻分支技术在地质异常体附近施工多个角度的分支钻孔，经过轨迹测量可计算出地质异常体的三维坐标，获取地质异常体空间信息。,2-技术方案,定向钻孔探放顶板水技术,3121工作面地层柱状图,施工地点：西北侏罗系裂隙水害宁煤红柳煤矿3121工作面。水文地质条件：3121工作面主采煤层为二1煤层，煤层上部有两层含水层，上段含水层厚度大于3.37m，下部含水层厚度大于9.32m。试验目的：对直罗组粗砂岩裂隙孔隙含水层进行超前区域探放水。,3-技术现场应用,成孔情况：现场试验共施工6个定向孔，5个分支孔，钻孔总进尺达到3363m，最大孔深为594m，最大出水量216 m3/h。图中蓝色为施工完成钻孔轨迹，红色为钻孔设计轨迹。,红柳煤矿3121工作面探放水定向孔实钻轨迹平面图,定向钻孔探放顶板水技术,3-技术现场应用,成孔情况：施工的6个定向孔，其中2#和4#钻孔布置在含水层下分层中，其余钻孔布置在含水层上分层中，解决了试验区上部两个含水层的水患问题。图中蓝色为施工完成钻孔轨迹，红色为钻孔设计轨迹。,含水层上分层探放水3#定向孔实钻实钻剖面图,含水层下分层探放水4#定向孔实钻实钻剖面图,定向钻孔探放顶板水技术,3-技术现场应用,3121工作面定向孔放水量图（上左）、水压变化图（上右）和放水情况统计表（下）,定向钻孔探放顶板水技术,3-技术现场应用,与常规钻孔探放水效果比较:定向孔最大出水量216 m3/h，终孔时平均出水量133.66 m3/h，疏放水周期约7个月时放水962400.883m3，平均放水量为160400.147 m3，是临近工作面常规钻孔终孔平均出水量的2.69倍、平均放水量的41.5倍（相同疏放水周期）。,红柳煤矿定向孔与常规钻孔探放水效果对比表,定向钻孔探放顶板水技术,3-技术现场应用,定向钻孔探放老空积水技术,施工地点：石炭井焦煤公司一号井位置关系：一、二号井间以F0正断层和勘探线为界，勘探线两侧煤层自上而下留设梯形隔离煤柱。大多数煤层个别地段煤柱小于规定值，且无专门的防隔水煤柱。治理方案：在二号井布置泄水钻场，施工定向孔精确钻至老空区内巷道进行老空积水疏放，将一号井老空水全部引入二号井排水系统。,3-技术现场应用,石炭井一号井探放老空积水定向孔实钻数据统计表（上）与轨迹平面图（下）,共完成4个主孔和4个分支孔，累计进尺2135 m，均准确中靶；最大钻孔深度438 m，最大放水量130 m3/h。,定向钻孔探放老空积水技术,3-技术现场应用,钻场,采空区内目标巷道,石炭井一号井定向孔探放老空积水效果统计表,1#定向孔实钻剖面图,定向钻孔探放老空积水技术,3-技术现场应用,施工地点：焦作赵固一矿11151工作面水文地质条件：工作面水文地质条件较复杂。L8灰岩厚7.89m，隔水层厚度为2427m，水压为4.85.4MPa，突水系数为0.225MPa/m，存在有突水危险性。工程目的：对二1煤底板L8灰岩下砂岩层富水区段和导水通道进行注浆加固，封堵导水裂隙和构造，提高隔水层有效厚度和完整性，补强其阻水性能，有效阻隔L8灰岩下砂岩层下伏高压水导升裂隙向上延伸。,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,3-技术现场应用,实现区域煤层底板超前治理；增加钻孔钻遇含水层的有效孔段；对煤层底板地质构造进行超前探测；准确计算出水点坐标位置。,边掘巷道边治理；钻孔加固有效孔段短；不能按照有效的注浆半径布置钻孔；易造成注浆盲区。,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,3-技术现场应用,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,3-技术现场应用,成孔情况：钻孔总进尺3455m，施工最大孔深610.5m。图中红色部分为施工完成钻孔轨迹，蓝色为钻孔分支孔轨迹。,赵固一矿底板注浆定向孔实钻轨迹平面图,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,3-技术现场应用,钻孔出水及注浆情况：共注入粘土水泥浆18310.8m3，干料合计5931.1 t，钻孔平均注浆量为3051.8 m3，单孔最大注浆量达到14889.303 m3。,赵固一矿底板注浆定向孔实钻出水点及出水量,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,3-技术现场应用,钻孔出水量和注浆量：先施工的定向孔出水最多，注浆量也最多，由于先施工的定向孔区域注浆影响使得后施工的定向孔出水量和注浆量明显减少，充分体现了定向孔区域注浆的效果。,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,3-技术现场应用,加固效果检验:施工了89个常规钻孔进行检验，定向孔注浆加固范围内钻孔出水量均小于5 m3/h(标准：10m3/h)。目前11151工作面全部回采结束，巷道掘进和工作面回采顺利，未发生底鼓或突水情况。,赵固一矿常规检验孔实钻平面与出水情况图,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,3-技术现场应用,11131工作面和11151工作面相邻，工作面地质和水文地质条件类似，且11131工作面完全采用常规回转钻孔进行底板注浆加固。,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,3-技术现场应用,11131工作面共完成钻孔141个，单孔最大注浆量为5502.628 m3。而11151工作面仅施工5个钻孔，单孔注浆量达到14889.303 m3，远远大于常规钻孔注浆量。,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,3-技术现场应用,钻孔进尺降低了77.7%钻孔数量降低了95%施工费用成本节约了60.9%套管材料成本节约了89.7%,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,3-技术现场应用,定向钻孔改造工作面底板隔水层技术,多个工作面定向钻孔注浆加固示意图,3-技术现场应用,定向钻孔探查地质异常体技术,试验地点：陕西孟村煤矿401101工作面试验背景：根据矿方前期三维地震解释显示401101工作面中存在DF29断层。但是受地质条件和工艺手段的限制，常规回转钻进施工探测断层难度较大，不能精确确定断层位置及产状。探查目的：验证DF29断层是否存在及具体位置；确定控制区域内DF29断层的断距；对401101工作面煤层起伏情况进行探测。,3-技术现场应用,成孔情况：现场试验共施工1个定向孔，探顶分支孔5个，探断层分支孔6个，施工总进尺1523m，成孔探查出断层位置和煤层起伏情况。,孟村煤矿地质异常体探查定向孔实钻轨迹剖面图,定向钻孔探查地质异常体技术,3-技术现场应用,断层存在性：DF29断层存在。,断层断距：DF29断层断距约为10.5122.57m 煤层起伏状况：,定向钻孔探查地质异常体技术,3-技术现场应用,在宁煤汝箕沟煤矿534工作面施工定向钻孔，探查出工作面小窑越界开采的巷道，为后续工作面煤层安全开采提供了地质保障。,定向钻孔探查地质异常体技术,3-技术现场应用,在淮北朱仙庄煤矿10715工作面施工定向钻孔，探查验证了工作面内的1条断层，准确的获取了工作面的地质信息，回采时可预防断层造成不必要的地质灾害。,定向钻孔探查地质异常体技术,3-技术现场应用,在阳泉新景煤矿北八钻场施工超前施工定向钻孔，探查巷道掘进前方煤层赋存瓦斯异常、水异常及地质构造情况，探查钻孔深度达到405m，探查分支孔8个，显著降低掘进与超前探测交替的次数，提高了掘进效率。,定向钻孔探查地质异常体技术,3-技术现场应用,探测煤层顶板倾角（宁夏汝箕沟煤矿）,探测煤层底板倾角（晋城寺河煤矿）,定向钻进过程中，按照一定的间距采用前进式分支钻孔施工工艺探测煤层顶底板，确定煤层产状和煤层厚度。,定向钻孔探查地质异常体技术,3-技术现场应用,二、矿山钻孔救援技术与 配套装备,煤矿水害防治与瓦斯抽采技术与装备研讨会,1-矿山救援地面钻进技术与装备,我国的矿井由于地质结构复杂、开采周期长，老巷道多，安全设施相对落后等因素，造成矿山事故多发。常见的人员被困事故有：顶板冒落堵塞巷道，透水及带出的泥石淤积堵塞井巷，井下区域性火灾等等。,技术简介,地面钻进技术是实施矿山救援的重要技术手段，在地面开展救援活动不受井下事故发生后复杂情况的限制，是构建“立体化”救援体系的重要组成部分。,搜索被困人员，建立联系，了解井下情况 建立生命维系系统：通风，提供饮用水和食品等 形成逃生通道，借助专用装备解救被困人员 工程用途：注浆堵水、灭火、排风、抽水、管道、电缆等,地 面 救 援 井 的 功 能,1-矿山救援地面钻进技术与装备,技术简介,分类,关键技术装备,地面救援孔,工程用途,1-矿山救援地面钻进技术与装备,技术简介,国外矿山事故地面救援典型案例 智利圣何塞铜矿矿难救援,2010年8月5日智利圣何塞铜矿因主巷道坍塌而导致33人被困井下688m深处，在事故救援中，利用地面钻进工艺技术先后完成了搜救井和逃生井的施工，并借助救生舱将被困人员全部救出。,1-矿山救援地面钻进技术与装备,技术简介,雪姆T130XD钻机,国外矿山事故地面救援典型案例 智利圣何塞铜矿矿难救援,1-矿山救援地面钻进技术与装备,技术简介,国外矿山事故地面救援典型案例 美国宾州魁溪煤矿透水事故救援,2002年7月24日，魁溪煤矿发生特大突水事故，井下9人被堵在采掘工作面；当局应用快速钻机从地面进行救援，首先钻进一个直径150mm的搜救孔，确认被困人员依然存活，并用此钻孔给被困人员供氧，实现通讯联系，随后施工了一个660mm逃生孔，下放吊桶将9人全部成功救出。,1-矿山救援地面钻进技术与装备,技术简介,钻机采用整体式车载设计，选用柴油机为动力源，钻机主机、操控系统、动力泵站和冷却系统集成安装在车载底盘上，施工占地面积小。可实施气动潜孔锤钻进、泥浆回转钻进、孔底马达定向钻进及复合钻进等多种钻进工艺。适用于600m（311mm/711mm）以内直孔段的快速钻进施工。,MDY-60/60(A)型全液压车载钻机,1-矿山救援地面钻进技术与装备,装备开发,多种类型的随钻测量仪器能够满足常规钻进井斜测量、随钻轨迹控制（泥浆钻进、空气钻进）及特殊井眼对接连通等施工要求。,随钻测量系统,1-矿山救援地面钻进技术与装备,装备开发,泥浆脉冲MWD无线随钻测量系统软件界面,测量探管及脉冲发生器,泥浆脉冲随钻测量系统,1-矿山救援地面钻进技术与装备,装备开发,放大器及计算机,井下仪器串,参考天线,司钻显示器,电磁波无线随钻测量系统,地面部分,井下部分,1-矿山救援地面钻进技术与装备,装备开发,泥浆脉冲随钻测量系统,钻杆生产线,配套钻杆生产线,1-矿山救援地面钻进技术与装备,装备开发,配套钻杆规格,1-矿山救援地面钻进技术与装备,装备开发,金刚石复合片钻头,配套钻头,1-矿山救援地面钻进技术与装备,装备开发,配套钻头与扩孔钻头,全断面牙轮钻头/牙轮扩孔钻头,1-矿山救援地面钻进技术与装备,装备开发,救援提升装备的特点:集救生舱和提升设备于一体 车载式快速救援装备，机动灵活性好，响应速度快 安全性和可靠性高、功能齐全,救援提升装备系统,1-矿山救援地面钻进技术与装备,装备开发,救生舱特点：舱内人员可以和地面人员进行实时的语音对讲，并配备氧气装备，700m缓降机装备，舱内应急逃生装置等。为了预防在提升过程中突然出现的钢丝绳断裂情况，创新设计了防断绳安全保护装置，有效地保障了提升舱的人员安全，避免发生二次伤害。,1-矿山救援地面钻进技术与装备,装备开发,冀中能源峰峰矿务局黄沙矿透水事故堵水救援,2011年12月11日凌晨4时黄沙矿在112106工作面在综采过程中发生了透水事故，最大出水量达到了380m3/min。,堵水救援：利用雪姆T200XD钻机完成了4号、11号、18号和T3号四个孔的钻进及通井作业任务。,黄沙井田位置,1-矿山救援地面钻进技术与装备,地面救援钻进技术相关工程实践,4号、11号和18号三个钻孔均一次成功钻穿井下巷道 T3号孔属后期水文补勘孔，成功探寻到陷落柱,冀中能源峰峰矿务局黄沙矿透水事故堵水救援,1-矿山救援地面钻进技术与装备,地面救援钻进技术相关工程实践,4号钻孔轨迹图,777m透巷,巷道基本数据位置：上巷巷高：3.5m巷宽：4m巷道方位：205巷道倾角：11透巷要求：正中透巷,4号钻孔基本数据一开直径：311.2mm一开套管外径:244.5mm二开直径:215.9mm二开套管外径：177.8mm三开直径：152.4mm（裸眼）,冀中能源峰峰矿务局黄沙矿透水事故堵水救援,1-矿山救援地面钻进技术与装备,地面救援钻进技术相关工程实践,4号孔累计注入骨料达12700m3，占整个堵水工程注入量的20.48%，为所有18个钻孔最多，为堵水施工赢得了宝贵时间，在堵水关键时刻起到决定性作用，得到峰峰集团的高度肯定。,矿领导到现场慰问,感谢信,冀中能源峰峰矿务局黄沙矿透水事故堵水救援,1-矿山救援地面钻进技术与装备,地面救援钻进技术相关工程实践,大直径钻孔扩孔钻进,上排渣扩孔钻进,下排渣扩孔钻进,1-矿山救援地面钻进技术与装备,地面救援钻进技术相关工程实践,亭南煤矿大直径电缆孔工程,2012年12月山东能源淄矿集团亭南煤业公司西部风井配套电缆孔工程使用MDY-60钻机，泥浆正循环钻进工艺。先导孔311.15mm孔径钻进至320m215.9mm孔径定向钻进至661m一开扩孔550/311mm、770/550mm两级扩孔至216m二开扩孔550/216mm扩孔至331m393/216mm扩孔至416m,亭南煤矿大直径电缆孔工程,1-矿山救援地面钻进技术与装备,地面救援钻进技术相关工程实践,钻 机施工现场,下 套 管 现 场,亭南煤矿大直径电缆孔工程,1-矿山救援地面钻进技术与装备,地面救援钻进技术相关工程实践,大直径电缆孔透巷照片,亭南煤矿大直径电缆孔工程,1-矿山救援地面钻进技术与装备,地面救援钻进技术相关工程实践,煤矿井下钻孔救援可有效、快速实现煤矿井下灾害被困人员定位、生命维持、心理疏导、直接救援以及灾害治理等。,煤矿井下钻孔救援适用条件,2-矿山井下救援钻进技术与装备,救援侦查,可通过钻孔下入相关探测或通讯装置，探测井下生命和环境参数，并与被困人员联络、沟通，指导后续救援工作。,探测仪器通道,搜救机器人通道,煤矿井下救援钻孔用途,2-矿山井下救援钻进技术与装备,钻孔供风原理,利用钻孔内钻具为事故区被困人员通风供氧。,煤矿井下救援钻孔用途,2-矿山井下救援钻进技术与装备,食物供应,下钻输送流程图,施工救援钻孔,终孔提钻,携食物下钻,提钻,循环,水力输送原理图,煤矿井下救援钻孔用途,2-矿山井下救援钻进技术与装备,排 水,直接排水,水泵排水,煤矿井下救援钻孔用途,2-矿山井下救援钻进技术与装备,灭 火,矿井火区灭火,定向钻孔注浆防灭火示意图,煤矿井下救援钻孔用途,2-矿山井下救援钻进技术与装备,设计方法：钻孔轨迹一般按直线设计，从开孔点连接目标区域的直线便是钻孔设计轨迹。,钻进工艺：,一开钻具组合,扩孔钻具组合,煤矿井下救援钻进技术,2-矿山井下救援钻进技术与装备,钻 机,履带钻机,分体钻机,小型,中型,大型,煤矿井下救援钻进装备,2-矿山井下救援钻进技术与装备,钻 具,外平钻杆,扩孔钻头,给养输送钻杆,螺旋扶正器,煤矿井下救援钻进装备,2-矿山井下救援钻进技术与装备,案例一：王家岭煤矿突水事故抢险救援,2010年3月28日13时40分，山西华晋公司王家岭矿北翼盘区101回风顺槽发生透水事故，造成153人被困井下。经过八天八夜的抽水救援，4月5日透水事故153名被困人员中115人成功被救出井，38名工人遇难。,王家岭矿难示意图,煤矿井下救援钻进技术应用,2-矿山井下救援钻进技术与装备,放水钻孔救援示意图,现场设计钻孔5个，单孔设计深度150m；实际施工94mm钻孔3个，孔深125130m，均与被淹巷道成功贯通，并大量出水，成功地将被淹巷道涌水排出，为缓解事故灾情做出了贡献。,案例一：王家岭煤矿突水事故抢险救援,煤矿井下救援钻进技术应用,2-矿山井下救援钻进技术与装备,案例二：神木赵家梁煤矿钻孔救援,2008年7月31日，陕西榆林神木县赵家梁煤矿发生大面积顶板坍塌事故，9人被困，现场迅速组织救援。救援现场向事故区施工钻孔，通过敲击钻具和被困人员取得联系，并通过钻孔向被困人员输送氧气、食物和水，使得井下被困人员生命得以维持，最终成功救出8人。钻孔给养为成功救援赢得了宝贵时间。,煤矿井下救援钻进技术应用,2-矿山井下救援钻进技术与装备,案例三：陕西宝鸡秦源煤业采空区灭火孔,2014年5月，西安院在陕西宝鸡秦源煤业采用ZDY4000S钻机，利用“松软煤层钻进工艺