软煤气动螺杆钻具定向钻进技术与装备

针对软煤钻进成孔深度浅、钻孔轨迹不可控、易出现瓦斯抽采盲区等问题，发明了气动螺杆钻具定向钻进技术，开发了由气动螺杆钻具、窄体定向钻机、随钻测量系统等组成的煤矿井下气动定向钻进技术装备。其中，气动定向钻进工艺和完孔技术，解决了松软煤层顺层定向钻孔长距离安全成孔和可靠护孔难题。在淮南某矿进行试验，试验钻孔30个，最大孔深300 m，平均见煤率92.9%，并全孔段安设筛管；钻孔抽采瓦斯纯量32万m3，试验区域煤巷平均掘进效率9.3 m/d，实现覆盖区域煤层安全高效回采。该技术的成功研发探索出软煤横穿工作面递进式瓦斯治理新模式。      

淮南矿区软煤气动定向钻进技术与装备研究及应用

针对淮南矿区利用顺层定向钻孔对工作面和邻近巷道条带煤层瓦斯消突(简称“一孔两消”)的需求,提出了利用气动定向长钻孔实现“一孔两消”的技术思路。在前期气动螺杆定向钻进工艺试验基础上,开发了一款宽度仅为1.1 m、主轴倾角可在±90°范围内无级调整、具备50 m最大遥控距离的窄体全断面遥控定向钻机;优选了杆体直径73 mm、螺旋翼片外径82 mm的?73/82 mm螺旋气动螺杆钻具,最大转矩可达256 N·m;研制了集除尘系统、压风监测系统和油雾润滑系统为一体的多功能除尘车;改进了电磁波随钻测量系统供电电池,提高了系统使用时间和稳定性;开发了碎软煤层双动力复合强排渣技术和定向钻孔长距离筛管完孔技术。利用成套装备与技术在淮南矿区潘三煤矿1682(1)运输巷开展软煤气动定向钻进技术与装备的试验,先后完成16个孔深为240 m以上钻孔,试验总进尺4 548 m,煤层钻遇率达93.1%,所有定向孔全程下筛管,最大钻孔深度423 m。试验过程中即开始连抽,统计期间,抽采平均浓度(体积分数)60%,最大达到81%,抽采混合量基本维持在1.5 m3/min,平均抽采纯量0.9 m3/min,最大抽采纯量...     

液动潜孔锤钻进技术在潘一煤矿井下穿层钻孔中的应用

以穿层钻孔方式进行松软煤层瓦斯预抽采极大地克服了松软煤层瓦斯治理难的问题,然而部分矿区煤层顶（底）板岩石坚硬,影响了钻孔施工效率。结合地质岩心钻探的优势,将液动潜孔锤与高强PDC钻头结合应用于煤矿井下穿层瓦斯抽采孔施工中。淮南潘一煤矿现场试验表明,该工艺方法较传统回转钻进方法,钻进效率提高了83%,钻头进尺寿命提高近5倍,具有良好的经济性能。采用清水为冲洗介质,无粉尘污染,噪声污染小,较为适合空间狭小的煤矿井下巷道施工。     

煤矿井下复杂地层近水平钻孔绳索取心钻进工艺试验研究

针对煤矿井下钻孔常规单管取心存在取心率低、效率低下、工人劳动强度大,煤层底板复杂地层以清水为冲洗介质的近水平绳索取心钻进成孔困难等问题,选用适合绳索取心钻进工艺的坑道钻机及配套近水平绳索取心钻具,配合合理的工艺流程进行试验。现场共施工了3个钻孔,成孔2个,孔深分别为151.5、194.5 m;岩心采取率分别为77%、89%,比单管取心提高24%以上;平均日进尺分别为22.7、36.6 m/d,比单管取心效率提高10 m/d以上。通过现场3个取心钻孔的试验,优选出了一套适用于煤矿井下复杂地层以清水为冲洗介质的近水平绳索取心钻探装备与工艺。     

基于单柱齿破岩过程的高压液动冲击回转钻进试验研究

针对煤矿井下穿层钻孔硬岩钻进效率低的难题,基于冲击回转钻进机理和Wassara高压液动冲击器主要特点,分析柱齿在冲击荷载下形成的破碎坑形态,并将其划分为崩解区、密实区、开裂区和弹性区。在此基础之上,对柱齿连续破岩的大间隔冲击和小间隔冲击2种情况进行过程分析,结合淮南潘三矿现场试验条件讨论高压液动冲击回转钻进工艺参数,优选高压液动冲击回转钻进配套钻机、冲击器、钻杆、钻头和清水泵,及主要技术参数。试验结果表明：当清水压力在15 MPa以上时,高压液动冲击回转钻进的平均机械钻速为24.67 m/h,与采用该技术之前的8.48 m/h机械钻速相比提高了约1.9倍;并采用回归分析拟合得到机械钻速与水压之间的线性关系,经过数理统计的F检验,F=8.82大于F_0.05(1,7),验证了回归结果是显著的,机械钻速随水压的增大而线性增大。高压液动冲击回转钻进技术可有效提高煤矿井下硬岩层钻进效率,保障煤矿安全高效生产。     

世界最大竖井钻机首钻大显身手

由中信重工研制的世界最大、具有完全自主知识产权的大型AD130／1000竖井钻机日前圆满完成了淮北矿务局直径7．1m、深301m通风井的凿钻任务。目前该钻机正调往淮南准备凿钻直径12m、深500m的淮南煤矿副井。     

冲击地压煤层大直径卸压孔快速成孔关键技术

为了提高冲击地压矿井大直径卸压钻孔的成孔率和施工效率，通过对冲击地压矿井煤岩体应力特征、卸压孔孔壁扰动动力失稳特性及施工特点的分析，探讨了大直径卸压孔快速施工的关键点在于高效排渣、快速成孔提钻。采用具有1.25 m行程轨道、大通孔动力头的ZDY4000LR型钻机，优化了大直径卸压钻孔施工操作流程，形成了水介质螺旋宽翼片双动力排渣高效成孔工艺方法，并在河南义马矿区和陕西彬长矿区进行了现场试验。结果表明:该工艺技术能够安全、高效地施工大直径卸压钻孔，施工效率较大螺旋钻进技术提高了48.9%，成孔率可达到100%。研究成果对类似冲击地压矿区施工煤层卸压孔提供借鉴。      

我国煤矿水平深孔施工设备及技术取得重大突破

20 0 2年 12月 4日至 19日 ,煤炭科学研究总院西安分院利用自行研制的MK - 7型坑道钻机 ,与铜川矿务局合作 ,在该局陈家山煤矿联合开展科技部专项资金项目“坑道大直径水平深孔钻机及定向钻进钻具”的工业性试验。在平均厚度10m的煤层中完成两个钻孔 ,总进尺 16 6 7 5m ,其中一个钻孔孔深 86 5m ,最高时效达到 2 8m h ,开孔倾角 5°,开孔孔径Φ30 0mm ,终孔孔径Φ15 0mm ,是目前我国煤矿井下最深的近水平定向钻孔 ,也是目前我国煤矿最深的全煤层钻孔。两个试验孔于 2 0 0 2年 12月 19日开始连孔抽放 ,混合流量 70m3/min ,平均混合浓度 2 8%…     

ZDY5000RF钻机与配套装备的试验及应用

针对松软煤层空气钻进装备集成性差、工艺流程复杂、操作繁琐等问题,特别配套了ZDY5000RF型钻机及配套装备,结合配套装备的技术参数、性能特点,在祁南煤矿进行了工业性试验。现场应用表明,ZDY5000RF松软煤层钻进专用钻机具备在f值为0.5左右的煤层中钻进200 m深孔的能力,具有集成性好、钻进效率高、除尘效果显著等特点,各项技术指标均达到了设计要求。      

富含FeS2结核松软突出煤层高效成孔技术与装备

针对河南义煤集团义安矿二1煤11080工作面富含FeS₂结核的松软突出煤层中的瓦斯抽采孔施工时,采用常规风压钻进技术出现的成孔深度浅、排粉困难、煤层钻遇率低等难题,提出了以钻杆翼片排粉为主、风压排粉为辅的复合排粉方式,通过对钻机能力的优选,钻具级配的参数优化,研制了Φ95/60.3 mm插接密封式螺旋钻杆和Φ98 mm胎体弧角型钻头,制定了钻进工艺参数,形成了一套可解决富含FeS₂结核的松软突出煤层施工的技术与装备。通过现场工业性试验,累计施工8个钻孔,最大成孔深度103.5 m,平均成孔深度近97 m,平均钻进效率10.4 m/h,纯钻进效率约18.3 m/h,表明了该套技术与装备在同类煤层施工中具有很好的应用效果。      

中硬煤层瓦斯抽采定向长钻孔高效钻进工艺

钻孔抽采瓦斯是治理瓦斯最直接有效的手段。根据煤矿井下本煤层定向钻进技术原理,提出一种适用于中硬煤层定向长钻孔的高效钻进工艺,该工艺是将复合钻进技术与煤矿井下定向钻进技术相结合实现定向长钻孔高效钻进的一种钻进方法。通过现场试验证明,该方法能使钻孔孔壁平滑,防止憋泵、卡钻,减少事故处理时间,提高钻孔成功率和钻进效率。经分析,使用该技术后,与常规定向钻进相比,平均机械钻速提高了26.8%,该技术为今后煤矿井下定向钻进技术的推广提供了新思路。     

ZDY6000LD(A)型履带式全液压定向钻机及其应用

近水平定向长钻孔钻进技术是提高我国煤矿井下瓦斯抽采效率的一条重要途径。介绍了ZDY6000LD(A)型履带式全液压千米定向钻机的研制,包括整体布局、履带底盘、主要结构和液压系统。井下试验表明,该钻机适于在井下巷道钻进孔深1 000 m以上的多分支钻孔,性能可靠,定向精度高,移动稳固、快速、方便。      

ZDY3500T型煤矿用中深孔探放水钻机的研制

为了有效预防煤矿水害,针对煤矿探放水钻孔施工的需求,研制了一种高转速、长行程、适用于300 m孔深的ZDY3500T型探放水专用钻机。介绍了钻机的防水设计、给进装置、大角度变幅装置、卡瓦组件、大开口夹持器、动力泵组以及孔口安全装置。试验表明,该钻机技术方案先进,能满足多数煤矿对探放水钻孔施工的需求,为降低煤矿水害提供了一种可靠的设备支持。      

煤矿井下碎软煤层泡沫钻进技术及应用

针对煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采中风压空气钻进施工中排粉能力有限，易造成粉尘污染问题，提出采用煤矿井下泡沫灌注系统及宽翼螺旋钻杆进行高效泡沫钻进的技术方案。通过对钻孔环空间隙流场的数值模拟，研究宽翼螺旋钻杆结构对泡沫钻进高效排粉的影响，确定头数3、槽宽26 mm、螺距110 mm为宽翼螺旋钻杆的优化结构参数。在淮北某矿3204工作面碎软煤层中进行了深度达195 m的本煤层钻孔试验，结果表明，相对于中风压空气钻进工艺，钻进回转阻力降低了42%~48%，表现出高效的排粉效果，可提高煤矿井下碎软煤层钻孔深度和成孔率。该工艺可为类似煤矿井下深钻孔施工提供借鉴。      

ZDY4000LS型煤矿用履带式全液压坑道钻机的研制

一般传统钻机主要由主机、操作台、泵站三大件组成,质量大,搬运不方便。ZDY4000LS型煤矿用履带式全液压坑道钻机是一种新型的钻机,结构布置合理,辅助功能齐全,它能有效地改善中小煤矿钻孔施工效率,提高钻掘产量,降低工人劳动强度。主要介绍了ZDY4000LS型煤矿用履带式全液压坑道钻机的主要技术参数、结构布局特点、液压系统及生产试验情况。试验应用表明,对于巷道较小或者有运输皮带限制的煤矿巷道,该钻机具有推广价值。     

定向钻进技术与装备在穿层定向长钻孔中的应用

针对硫磺沟煤矿工作面常规施工单孔深度不足、有效孔段短、钻进施工效率低、钻孔孔径小等诸多问题,提出采用窄体式ZDY4000LD（C）型履带钻机、第二代随钻测量系统（YHD2-1000（A）型）等附属定向设备进行穿层定向长钻孔成孔技术,以提高钻孔成孔精度、钻孔深度,增大钻孔孔径等参数,减小煤层因受采动影响,导致工作面瓦斯涌出量增大的问题。现场试验施工了4个大直径穿层定向长钻孔,孔深300 m以上钻孔成孔率达到100%,孔深最深399 m,最大钻孔孔径193 mm,钻进总进尺1581 m,平均孔深395.25 m,钻孔抽采效率显著增加。其中3号钻孔最大抽采混合流量8.3 m³/min,最大抽采纯量1.6 m³/min,瓦斯抽采浓度51%,瓦斯抽采效果显著。     

井下碎软煤层双管双动空气定向钻进工艺研究

碎软煤层钻进过程中易发生喷孔、塌孔,造成钻孔深度浅、成孔率低,严重制约碎软煤层瓦斯高效治理。随着“以孔代巷”、递进式抽采等瓦斯治理模式的兴起,煤矿对碎软煤层瓦斯抽采钻孔成孔提出了更高的要求,为了进一步提高碎软煤层钻孔深度、钻孔精度和成孔率,以满足煤矿安全、高效、精准瓦斯治理的需要,提出煤矿井下碎软煤层双管双动空气定向钻进工艺方法。针对该钻进方法涉及的关键钻具和钻进工艺,根据煤矿井下空气螺杆钻具规格和通过性试验,分析确定外管套管、内管螺杆钻具、领眼钻头以及扩眼器等钻具级配;通过理论分析螺旋钻进煤粉颗粒运动速度,优化套管螺旋叶片螺距、头数等参数;根据钻进排粉需求、空气螺杆钻具用风要求,计算双管钻进用风量、风压;采用数值模拟方法,研究排粉规律和最佳钻进工艺参数,最后通过现场钻进试验,验证双管双动钻具级配和钻进工艺的合理性。结果表明:增加风量比增加转速提高排粉效果更明显;钻进时套管转速40 r/min时,对应风量应最小达到500 m3/h,内管钻具滑动定向造斜完成后,应尽快复合钻进排粉,当风量低于400 m3/h时,应当充分回转扫孔排渣;采用?90 mm领眼钻头+?120 mm扩眼器+?73 mm空气螺杆钻具+?73/35 mm宽叶片螺旋钻杆的内管钻具+?140 mm套管钻头+?120/96 mm反螺旋套管的外管钻具组合,采用风量1 000 m3/h、风压1.25 MPa以上的风源、转速40~120 r/min的工艺参数,钻孔深度达到350 m以上、套管护孔深度168 m以上,钻孔轨迹可控制在煤层内,有效提高了钻孔深度和精度,为碎软煤层随钻护孔精确钻进提供新工艺方法。      

基于新型履带式全液压钻机的螺旋钻进试验研究

采用了新型履带式全液压钻机在阳泉煤业集团二矿进行的煤层螺旋钻进试验,试验表明使用该履带式钻机减少了钻孔的辅助时间,提高了钻孔效率。通过本次试验发挥了钻机及钻具的优势,并总结了螺旋钻进技术一些注意事项。     

煤矿坑道钻进过程智能优化与控制技术

煤矿坑道钻进施工环境恶劣、复杂的煤层结构和繁杂的操作工序造成钻进效率低、钻进成本高。开展煤矿坑道钻进过程优化与控制技术的研究势在必行。围绕煤矿坑道钻进控制过程关键技术，从含煤地层岩性智能识别、钻进参数智能优化和智能控制3方面展开。首先，为了准确判断含煤地层类型，建立基于BP-Adaboost的含煤地层岩性智能识别模型。然后，在不同含煤地层条件下，建立基于机械比能和钻速的智能优化模型，为司钻人员提供最优给进压力和转速参考值。进而，提出一种基于模糊PID的给进压力控制策略，实现给进压力的有效控制。最后，基于煤矿坑道钻机智能钻进系统在淮南矿区某煤矿井下进行了现场试验。试验结果表明：所提含煤地层岩性智能识别方法的识别准确率达到96.75%；智能优化方法显著提升现场钻速，消耗的机械比能降低，在提高钻进效率的同时降低了钻进成本；给进压力控制策略使给进压力稳定运行在最优值附近，减小给进系统超调的同时，提升系统的响应速度，使给进压力的动态响应更加平稳。煤矿坑道钻进过程智能优化与控制技术能够保障钻进过程安全高效运行，促进煤矿坑道钻进技术智能化发展。     

基于瓦斯涌出量的煤巷合理掘进速度确定

科学确定掘进速度是保障高瓦斯、突出矿井安全高效生产的重要前提。为确定煤巷最佳掘进速度,减小动力灾害发生,理论分析掘进工作面前方瓦斯分布规律,并建立瓦斯涌出量数学模型,分析不同掘进速度下瓦斯涌出特征。以山西汾西矿区金晖万峰煤矿为例,分析其巷道瓦斯涌出规律,确定其最佳掘进速度。结果表明:煤巷掘进速度v等于应力迁移速度v_σ,即以v=v_σ持续掘进时,落煤瓦斯涌出量Q₁不变,瓦斯涌出总量Q不变;当v < v_σ持续掘进时,Q₁线性减小,Q也持续减小;当v>v_σ持续掘进时,Q₁呈指数增加,Q持续增加;金晖万峰煤矿1115工作面区域应力迁移速度约为2.1 m每班次,以2.1 m每班次持续掘进或分别以每班次2.4、1.6、2.4 m速度循环掘进时,能够实现煤巷快速安全掘进。在该矿1115工作面进风巷对研究结果进行现场验证并证实了该方法的可行性。