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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

煤矿井下定向钻进技术

来源:《煤炭科学技术》2013年第3期

近年来,随着我国煤炭工业的飞速发展,煤矿井下定向钻进技术以其独有的技术优势在煤矿安全和地质勘探领域得到较大的推广和应用,特别是在煤矿井下煤层气(瓦斯)抽采钻孔、勘探孔、水害防治钻孔等施工中发挥着越来越重要的作用。 随着煤矿开采水平的延伸,地质条件日趋复杂,煤矿安全生产对各类钻孔的施工装备和技术要求不断提高,不但要求钻孔施工装备具有较高的钻进效率,同时需要对钻孔轨迹精确测量和控制。定向钻进技术以其钻进效率高、钻孔深度大、钻孔轨迹可测控、一孔多分支、单孔抽采瓦斯浓度高、钻孔瓦斯抽采区域面积大等优点,已成为煤矿井下高效钻孔施工的主要技术手段。«煤炭科学技术» 针对此技术热点,联合中国煤炭科工集团西安研究院和重庆研究院,共同策划了“煤矿井下定向钻进技术”专题。从定向钻探设备研发、钻孔轨迹设计与控制、随钻测量系统设计、专用钻具研制等方面介绍了我国煤矿井下定向钻进的新技术、新进展ꎬ以期进一步推广煤矿井下定向钻进技术。

行业视野

安全

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  • 作者(Author): 石智军, 董书宁, 姚宁平, 李泉新, 田东庄, 姚克

    摘要:在介绍国内外煤矿井下近水平定向钻进技术发展的基础上,分析和总结了定向钻机、随钻测量系统、配套钻具及定向钻进工艺的主要特点、适用范围和工艺方法。现场应用验证了煤矿井下近水平定向钻进技术在施工中具有钻进效率高、钻孔轨迹控制精度高(水平位移小于孔深的0.5%,上下位移小于孔深的0.1%)和施工可操作性强的特点。基于技术发展和现场应用现状,对煤矿井下近水平定向钻进技术与装备的发展趋势进行了展望。
  • 作者(Author): 姚宁平, 张杰, 李泉新, 宋昱播, 刘睿全, 李浩

    摘要:为了更好地控制钻孔轨迹,通过研究煤矿井下定向钻孔轨迹算法,得出钻孔轨迹设计参数,按照钻孔设计步骤系统总结出钻孔轨迹参数设计准则以指导钻孔轨迹设计,并给出利用实钻对钻孔轨迹设计优化方法。通过研究定向钻造斜规律得出工具面向角是影响螺杆钻具改变钻孔轨迹主要因素,结合地层硬度、重力作用等因素对钻孔造斜影响,得出利用工具面向角预测钻孔轨迹方法。最后根据定向钻造斜规律和施工经验归纳总结出满足不同钻孔轨迹控制需求的工具面组合,以控制钻孔轨迹在目标区域的施工。
  • 作者(Author): 王清峰, 黄麟森

    摘要:为了解决现有煤矿井下随钻测量装置探管的电池寿命、信号稳定性、电池环保等方面存在的问题,根据电流环的工作原理研制开发了基于外部供电的矿用随钻测量装置ZSZ1000,该装置可通过专用通缆钻杆同时对随钻测量装置探管进行供电和传输信号。在不同地质条件的多个煤矿进行工业性试验,试验证明该装置在各种钻孔轨迹的情况下都可以保证高可靠性运行,钻孔效率提高10%以上,每年每根探管节省千米定向钻机运行电池成本约25万元。
  • 作者(Author): 石智军, 温榕, 方俊, 李泉新, 高珺

    摘要:为实现煤矿井下定向钻进的安全高效进行,需要研制煤矿井下定向钻进用随钻测量系统,对钻孔轨迹进行实时测量和控制。通过分析煤矿井下施工环境、钻进工艺和功能结构要求等,总结了系统研制技术要求和研制关键技术,制定了系统组成结构与工作原理、工作模式与控制流程、孔口仪器研制、测量探管设计及系统软件设计等关键技术的实施方案,并具体实施和研制出了4种型号随钻测量系统,应用效果良好,可满足煤矿井下定向钻进需要。
  • 作者(Author): 刁文庆, 唐大勇

    摘要:针对红阳二矿井下定向钻孔施工过程中钻头磨损严重、耐冲蚀性不足的情况,利用无压浸渍法烧结了2只钻头直径96 mm的胎体式PDC钻头。介绍了该胎体式钻头的烧结工艺过程,主要包括钻头钢体的制作、胎体部分的软膜成型、陶瓷模具的设计加工以及胎体配方设计。钻头配合ZYWL-6000D型千米定向钻机进行定向钻孔的施工试验,累计进尺3 000余m,钻头在施工过程中表现出良好的机械性能,避免了施工途中更换钻头的情况。
  • 作者(Author): 田东庄, 石智军, 龚城, 董萌萌

    摘要:针对进口定向钻进装备配套钻具在使用过程中出现的问题,结合我国煤矿具体地质赋存特点和定向钻进技术要求,通过对定向钻进配套钻具工作条件分析、材料优选、结构优化和性能检测,确定了中心通缆钻杆的螺纹结构和信号传递装置结构,研制成功了高强度73 mm中心通缆钻杆及其配套钻具,并制定了钻杆的性能检测标准。现场工业性试验期间,利用73 mm中心通缆钻杆实现了煤矿井下近水平定向钻进钻孔深度1 212 m,钻进过程中信号传递实时、高效、可靠,可满足煤矿井下随钻测量千米孔深定向钻进的使用要求。
  • 作者(Author): 姚克, 孙保山, 殷新胜, 田宏亮, 姚宁平, 姚亚峰, 方鹏

    摘要:介绍了定向钻机系列化开发的设计思路和依据,以及ZDY系列履带定向钻机的基本性能参数和主要结构特点。结合煤矿井下岩煤层赋存条件,根据施工高精度轨迹要求的长距离瓦斯抽采定向钻孔的特点,归纳了定向钻机与定向钻进工艺匹配的主要功能。详细论述了总体布局、液压系统、安全防护和零部件关键结构优化设计等关键技术问题。典型生产应用案例分析证明,ZDY系列履带定向钻机可很好地满足实际生产需求。

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