2煤礦井下鉆探工藝課件

中煤科工集團西安研究院有限公司鉆探技術(shù)研究所2.煤礦井下鉆探工藝煤礦井下定向鉆進技術(shù)培訓(xùn)系列課程內(nèi)容1.煤礦井下鉆孔類型2.回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)3.定向鉆進技術(shù)4.成孔新技術(shù)中煤科工集團西安研究院有限公司鉆探技術(shù)研究所2.煤礦井下鉆探工藝——2.1煤礦井下鉆孔類型煤礦井下定向鉆進技術(shù)培訓(xùn)系列課程內(nèi)容1.本煤層鉆孔2.穿層鉆孔3.頂板高位鉆孔4.其它鉆孔1.本煤層鉆孔

本煤層鉆孔根據(jù)其目的不同分為2類：

為采煤工作面回采服務(wù)的本煤層鉆孔1.本煤層鉆孔

為巷道掘進服務(wù)的本煤層孔2.穿層鉆孔穿層鉆孔根據(jù)用途和施工方法也可分為2類：

在專用的底板巷中施工的用于抽采具有突出危險煤層的穿層鉆孔3.穿層鉆孔

在回風(fēng)巷或?qū)Ｓ孟镏惺┕さ某椴膳R近層或采空區(qū)瓦斯的穿層鉆孔3.頂板高位鉆孔頂板高位鉆孔主要抽采裂隙帶、部分采空區(qū)以及受采動影響的上覆鄰近層瓦斯。4.其它鉆孔在煤礦井下，除瓦斯治理所施工各類鉆孔外，還會施工：a.地質(zhì)勘探孔。b.工程孔：探放水孔、注漿孔、煤層注水孔、煤層預(yù)裂爆破孔。中煤科工集團西安研究院有限公司鉆探技術(shù)研究所2.煤礦井下鉆探工藝——2.2回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)煤礦井下定向鉆進技術(shù)培訓(xùn)系列課程內(nèi)容1.清水鉆進2.空氣鉆進3.螺旋鉆進4.適用范圍1.清水鉆進

清水鉆進指用清水做沖洗介質(zhì)攜帶鉆屑，并起冷卻鉆頭作用的回轉(zhuǎn)鉆進方法。

清水鉆進的優(yōu)點：（1）煤礦井下供水系統(tǒng)完備，清水供應(yīng)比較充足和便利。（2）作業(yè)地點無揚塵。（3）在硬度系數(shù)f≥1的完整煤層、巖層中鉆進時，清水能夠迅速帶走鉆屑，鉆孔沖洗較為徹底，有效降低了堵孔事故。1.清水鉆進

清水鉆進的缺點：（1）水對孔壁的沖刷作用強，在松軟煤層中鉆進鉆孔事故頻繁。（2）水封閉了瓦斯涌出通道，阻礙了瓦斯的釋放。（3）鉆遇水敏性巖層時，巖石遇水膨脹鉆孔縮頸，會導(dǎo)致卡鉆事故。（4）在松軟煤層中鉆進，水易通過裂隙、解理滲入到煤層（煤體）內(nèi)部，降低煤層的整體強度，加速煤的解體。2

空氣鉆進是指采用壓縮空氣經(jīng)過鉆桿內(nèi)孔、鉆頭進入孔底，在孔內(nèi)形成高速風(fēng)流，鉆屑則浮在風(fēng)流中被吹向孔口，從而實現(xiàn)排粉和對鉆頭的冷卻。

2.空氣鉆進空氣鉆進排渣2

空氣鉆進主要優(yōu)點：（1）空氣對孔壁的沖刷小，不易破壞孔壁。（2）不影響煤層中的瓦斯解吸，使瓦斯得以自由、快速地釋放。（3）鉆孔內(nèi)始終只有氣、固兩相流動，發(fā)生卡鉆的可能性減小。

空氣鉆進的缺點：（1）選用地面壓風(fēng)站供應(yīng)的系統(tǒng)壓風(fēng)，供風(fēng)壓力低，流量不穩(wěn)定。（2）作業(yè)地點粉塵不易控制，損害作業(yè)人員健康。2.空氣鉆進2

中風(fēng)壓空氣鉆進中風(fēng)壓空氣鉆進相較于常風(fēng)壓空氣鉆進而言，指壓風(fēng)風(fēng)壓在0.8MPa至1.3MPa之間，一般需空氣壓縮機提供風(fēng)源。通常還需配備孔口集塵器、除塵器、空氣流量計等設(shè)備。2.空氣鉆進空氣壓縮機空氣流量計2

螺旋鉆進指在鉆進過程中，鉆屑由螺旋葉片以推移方式向孔口輸送，螺旋鉆桿和鉆孔之間組成了一個“螺旋運輸機”，螺旋鉆具在回轉(zhuǎn)的同時不斷地前進。

3.螺旋鉆進螺旋鉆進排渣2

螺旋鉆進主要優(yōu)點：（1）無重復(fù)破碎，輔助設(shè)備少。（2）螺旋葉片的阻擋作用，在一定程度上可以減弱噴孔。

螺旋鉆進的缺點：（1）純螺旋鉆進一般孔深較淺。（2）易發(fā)生卡鉆斷桿事故。3.螺旋鉆進2

小螺旋復(fù)合鉆進小螺旋復(fù)合鉆進指采用壓風(fēng)排渣，使用寬葉片螺旋鉆桿為鉆具的鉆進方法。矮螺旋的設(shè)計，對孔壁的擾動小，有利于維護鉆孔的穩(wěn)定性，減少軟煤鉆進中容易出現(xiàn)的塌孔、卡鉆等事故。3.螺旋鉆進小螺旋鉆桿2a.清水鉆進：適用于較堅硬煤層及巖層中鉆進。

b.空氣鉆進：適于施工瓦斯高、噴孔嚴重、煤質(zhì)松軟易坍塌地層的鉆孔。中風(fēng)壓適用于中深孔的松軟突出煤層鉆進。

c.螺旋鉆進:

純螺旋鉆進一般適用于淺孔。小螺旋復(fù)合鉆進適合松軟煤層成孔。4.適用范圍

適用范圍中煤科工集團西安研究院有限公司鉆探技術(shù)研究所2.煤礦井下鉆探工藝——2.3定向鉆進技術(shù)煤礦井下定向鉆進技術(shù)培訓(xùn)系列課程內(nèi)容1.穩(wěn)定組合鉆具定向鉆進2.螺桿鉆具定向鉆進1.穩(wěn)定組合鉆具定向鉆進

穩(wěn)定組合鉆具主要由鉆桿、鉆頭和穩(wěn)定器組成。在近水平狀態(tài)下穩(wěn)定器相當(dāng)于支點，穩(wěn)定組合鉆具在重力、給進力的作用下產(chǎn)生變形，對鉆桿和鉆頭產(chǎn)生作用，使鉆孔上仰、下傾或基本保直。

穩(wěn)定組合鉆具定向的特點：（1）鉆具結(jié)構(gòu)簡單、便于操作、價格便宜。（2）只能用于調(diào)整鉆孔傾角，精度不高。1.穩(wěn)定組合鉆具定向鉆進(a)上斜組合鉆具結(jié)構(gòu)(b)保直組合鉆具結(jié)構(gòu)(c)下斜組合鉆具結(jié)構(gòu)穩(wěn)定組合鉆具結(jié)構(gòu)示意圖1.穩(wěn)定組合鉆具定向鉆進穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)示意圖1.穩(wěn)定組合鉆具定向鉆進穩(wěn)定組合鉆具造斜鉆進2.螺桿鉆具定向鉆進

螺桿鉆具是一種孔底動力鉆具，其作用原理是將泥漿泵所提供的高壓水的勢能通過螺桿轉(zhuǎn)化為動能，驅(qū)動鉆頭回轉(zhuǎn)。主要由螺桿馬達（定子、轉(zhuǎn)子）總成、萬向軸總成、傳動軸總成三大部分組成。螺桿鉆具之所以用于定向鉆進，主要基于兩個原因：一是螺桿鉆具工作過程中，鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖石，而整個鉆具不回轉(zhuǎn)；二是通過更換定向彎接頭體或下萬向節(jié)外管，使螺桿鉆具彎曲，在鉆壓的作用下，將使鉆頭對孔壁四周產(chǎn)生不等的側(cè)向力，從而實現(xiàn)造斜鉆進。2.螺桿鉆具定向鉆進

螺桿鉆具螺桿鉆具組成：主要由螺桿馬達（定子、轉(zhuǎn)子）、萬向軸、傳動軸三大部分組成。2.螺桿鉆具定向鉆進1-螺桿馬達2-萬向軸3-傳動軸4-定子5-橡膠墊圈6-轉(zhuǎn)子螺桿鉆具內(nèi)部結(jié)構(gòu)中煤科工集團西安研究院有限公司鉆探技術(shù)研究所2.煤礦井下鉆探工藝——2.4成孔新技術(shù)煤礦井下定向鉆進技術(shù)培訓(xùn)系列課程內(nèi)容1.三角型鉆桿成孔技術(shù)2.篩管完孔技術(shù)3.跟管鉆進技術(shù)4.撓性鉆具鉆進技術(shù)1.三角型鉆桿成孔技術(shù)

技術(shù)背景松軟突出煤層的高效成孔技術(shù)一直是制約我國煤礦井下瓦斯抽采的難題。煤層順層長鉆孔為沿煤層鉆孔，由于沒有無效進尺，成孔速度快，抽采效果好，所以如果施工條件允許時被作為首選預(yù)抽瓦斯鉆孔的施工方法。采用常規(guī)鉆具在松軟突出煤層中施工順層瓦斯抽采長鉆孔，遇到的主要難題是鉆進不長距離就發(fā)生抱鉆、頂鉆等事故，導(dǎo)致鉆進效率低，成孔深度淺，從而嚴重制約著瓦斯抽采的效果。1.三角型鉆桿成孔技術(shù)

三角型鉆桿特點三個面削出三個面后，大大增加了排渣空間，也有利于瓦斯的排出，同時，平面比曲面更能把煤屑攪動起來。六條棱在鉆桿轉(zhuǎn)動過程中，六條棱能將顆粒進行再次粉碎，顆粒更小，更容易排出。線面結(jié)合三角鉆桿保留了部分圓鉆桿的表面，有利于鉆桿轉(zhuǎn)動時的穩(wěn)定。三角型鉆桿排渣過程示意圖1.三角型鉆桿成孔技術(shù)

三角型鉆桿排渣優(yōu)勢

第一類煤渣顆粒速度隨鉆孔長度變化

第一類煤渣顆粒速度隨時間變化

在Flunet計算時共取了122個煤渣顆粒，它們的速度隨鉆孔長度的變化趨勢主要有兩類，第一類煤渣顆粒隨風(fēng)流吹出孔口，占總產(chǎn)渣量的11%，第二類煤渣顆粒滯留在鉆孔內(nèi)，占總產(chǎn)渣量的89%。1.三角型鉆桿成孔技術(shù)

第二類煤渣顆粒速度隨鉆孔長度變化

第二類煤渣顆粒速度隨時間變化

煤渣顆粒大部分處于第二類狀態(tài)，也就是說在不到1秒鐘的時間速度就變?yōu)榱悖瑴粼诳變?nèi)。三角鉆桿利用六條棱的旋轉(zhuǎn)攪動將這部分沉積的煤渣很好地懸浮起來，然后經(jīng)壓風(fēng)吹出孔內(nèi)。1.三角型鉆桿成孔技術(shù)

三角型鉆桿實物1.三角型鉆桿成孔技術(shù)

推廣應(yīng)用情況在安徽兩淮、山西晉城、河南平頂山、遼寧阜新等北方典型軟煤礦區(qū)，以及云南滇東及富源、重慶、貴州等南方軟煤礦區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，在晉煤集團趙莊礦、淮南礦業(yè)集團丁集礦及謝一礦、神華寧煤石碳井焦煤公司、阜新礦業(yè)集團恒大公司等礦井，三角鉆桿占礦井鉆具總量的比率超過了50%。2.篩管完孔技術(shù)

技術(shù)背景隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模擴大和開采深度不斷增加，礦井地質(zhì)條件越來越復(fù)雜。松軟煤層、破碎煤層等施工本煤層鉆孔時，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔壁穩(wěn)定性差，成孔后孔壁易坍塌，造成瓦斯抽采通道堵塞，鉆孔瓦斯抽采周期短、鉆孔利用率低，存在一定的盲區(qū)，采掘過程中容易造成瓦斯事故。提鉆下篩管技術(shù)在一定程度上提高了瓦斯抽放效果，但是由于塌孔的影響不能實現(xiàn)鉆孔“打多深、管多深、抽多深”的問題。2.篩管完孔技術(shù)

技術(shù)原理篩管完孔技術(shù)是利用ZDY系列全液壓坑道鉆機，配套大通孔寬葉片螺旋鉆桿和內(nèi)芯可開閉式鉆頭，采用中風(fēng)壓回轉(zhuǎn)鉆進成孔。成孔后不提鉆，從大通孔寬葉片螺旋鉆桿內(nèi)孔下入帶有篩眼的PVC抽放管，利用孔底懸掛裝置進行固定，提出鉆桿，將PVC抽放篩管留置在孔內(nèi)，實現(xiàn)了“打多深、管多深、抽多深”的目標(biāo)，是一種簡單、高效瓦斯抽采治理新技術(shù)。2.篩管完孔技術(shù)

技術(shù)特點不改變現(xiàn)有裝備，技術(shù)操作簡單、可靠；寬葉片螺旋鉆桿排渣效果好，成孔率高；通過鉆柱內(nèi)通孔下入篩管，保證下入深度；篩管護孔保證抽采鉆孔有效性，提高瓦斯抽采率。2.篩管完孔技術(shù)

配套設(shè)備-鉆機ZDY3200S鉆機是西安院研制的成熟機型。該機型在軟煤礦區(qū)使用廣泛，工人對鉆機的操作及維修熟練。2.篩管完孔技術(shù)

配套鉆具-鉆桿強度大、排粉能力好；鉆桿的接頭內(nèi)徑Φ50mm；采用夾持器夾持，加接鉆桿方便；工人勞動強度低。

2.篩管完孔技術(shù)

配套鉆具-鉆頭一字鉸接內(nèi)心可開閉式PDC鉆頭；該鉆頭由鉆頭體、開閉式翼片等組成。2.篩管完孔技術(shù)

配套篩管抗靜電阻燃性；Φ32mm和Φ40mm兩種規(guī)格，絲扣和插接兩種連接方式；篩眼直徑Φ10mm，間距200mm，四排，孔眼呈梅花型，單根長度1.5m。2.篩管完孔技術(shù)

配套設(shè)備-孔底懸掛裝置重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，安裝與操作方便；強度滿足固定護孔篩管的需要；可單個使用或多個串接，聯(lián)接方式靈活。2.篩管完孔技術(shù)

推廣應(yīng)用情況淮南礦業(yè)集團淮北礦業(yè)集團丁集礦、潘集礦、張集礦等大部分礦區(qū)全面推廣；累計進尺250000余米。蘆嶺煤礦；累計進尺8000余米。2.篩管完孔技術(shù)

推廣應(yīng)用情況晉煤集團韓城礦業(yè)集團趙莊礦、胡底礦和長平礦；累計進尺22000余米。桑樹坪礦；累計進尺6000余米。新安礦；累計進尺3000余米。義馬礦業(yè)集團3.跟管鉆進技術(shù)

技術(shù)背景穿層抽采鉆孔是抽采突出煤層瓦斯，消除煤與瓦斯突出問題的有效方法之一，但是，突出煤層特別是強突煤層瓦斯含量高、壓力大，施工穿層孔往往會誘發(fā)瓦斯與煤突出從而引起噴孔、塌孔和卡鉆等現(xiàn)象，造成瓦斯超限、鉆孔深度淺、成孔率低，甚至能引起孔突和劇烈的煤炮，嚴重制約著突出煤層的瓦斯治理以及煤礦安全生產(chǎn)。針對這一問題，目前各個煤礦一般采取的措施是在鉆孔施工過程中在孔口安裝防噴裝置，防噴裝置在一般的突出煤層鉆孔施工中使用具有一定效果，但是在煤層瓦斯含量更高、壓力更大地點使用效果甚微，而且防噴裝置安裝和使用復(fù)雜，影響鉆進效率，也不能提高穿層鉆孔的穿煤長度和成孔率。3.跟管鉆進技術(shù)

技術(shù)方案-套管鉆進工藝首先采用保直鉆進施工完先導(dǎo)孔后，提出鉆具，下入套管鉆進鉆具組合，通過鉆具組合中的傳扭裝置，使預(yù)定長度套管與鉆桿同步旋轉(zhuǎn)鉆進，套管將動力傳遞給套管鉆頭，套管鉆頭和小口徑鉆頭同時破巖，套管替代了部分鉆桿功能，預(yù)定長度套管跟進鉆進至煤層段后，反轉(zhuǎn)，提出鉆桿和小口徑鉆頭，套管留設(shè)在煤層段。1—鉆桿2—傳扭公接頭3—傳扭母接頭4—對中器5—套管6—套管鉆頭7—小口徑鉆頭8—孔壁套管鉆進鉆具結(jié)構(gòu)示意圖3.跟管鉆進技術(shù)

技術(shù)方案-偏心跟管鉆進工藝采用保直鉆進施工完先導(dǎo)孔后，提出鉆具，下入偏心跟管鉆具組合，預(yù)定長度套管通過套管靴或傳扭裝置與鉆具連接，套管隨鉆跟進，當(dāng)預(yù)定長度套管跟進至煤層段后，慢速反轉(zhuǎn)，偏心鉆頭收縮，提鉆，偏心鉆頭及鉆桿從套管中間退出，套管留在孔內(nèi)。1—鉆桿2—傳扭公接頭3—傳扭母接頭4—對中器5—套管

6—偏心鉆頭7—孔壁偏心雙動跟管鉆具結(jié)構(gòu)示意圖3.跟管鉆進技術(shù)

技術(shù)特點只跟進預(yù)定長度套管；只在目標(biāo)孔段留管，非全孔跟管；傳扭裝置傳遞扭矩和給進力；對現(xiàn)有鉆進設(shè)備改動不大。3.跟管鉆進技術(shù)ZDY3200S全液壓坑道鉆機加長機身ZDY3200S鉆機主機鉆機行程由0.8m增加到1.25m，可實現(xiàn)在動力頭與夾持器之間加接1m長套管；在夾持器安裝了手動套管夾持裝置。

配套設(shè)備-鉆機3.跟管鉆進技術(shù)

配套設(shè)備-夾持器大行程夾持器手動套管夾持裝置大行程夾持器既可夾持鉆桿，又能夾持套管；手動套管夾持裝置能防止加接時套管下滑。3.跟管鉆進技術(shù)

配套設(shè)備-套管整體式套管平接頭式套管平接頭式套管壁薄、內(nèi)徑大、重量輕；整體式套管加接方便，但壁厚、內(nèi)徑小，重量較重。3.跟管鉆進技術(shù)

配套設(shè)備-傳扭裝置傳扭公接頭傳扭母接頭傳扭公接頭與傳扭母接頭組合為傳扭裝置使用，公接頭兩端接鉆桿，母接頭前端接套管；傳扭裝置將鉆桿的扭矩和給進力傳遞給套管。3.跟管鉆進技術(shù)

配套設(shè)備-專用鉆頭套管鉆頭偏心鉆頭及套管靴套管鉆頭采用取芯式結(jié)構(gòu)，內(nèi)外交錯布齒，在保證切削面積的同時，降低了復(fù)合片使用量；偏心鉆頭采用偏心結(jié)構(gòu)，可重復(fù)使用，節(jié)省成本。3.跟管鉆進技術(shù)

工業(yè)性試驗情況試驗在淮南礦業(yè)集團謝一礦進行，采用2套施工方案共施工5組20個試驗鉆孔，孔徑為127mm和120mm，16個鉆孔孔內(nèi)留管成功，其中，孔深最深為61m，留置定位套管長度最長為8.6m，穿煤長度最長為9m(已進入煤層頂板)，跟管鉆進長度最長為31m，留管成功率80%。4.撓性鉆具鉆進技術(shù)

技術(shù)背景常規(guī)鉆探機具和鉆進工藝施工的穿層鉆孔，有效抽采的煤孔段長度有限，消突、增透效果不明顯。要有效地延長穿層孔煤孔段長度，必須在鉆孔進入有限厚度的煤層中，實現(xiàn)超短半徑造斜鉆進?，F(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)造斜鉆進方法不能滿足穿層孔強造斜鉆進要求；一些煤礦采用了高壓水射流在煤層中掏槽或割縫進行增透、消突，取得了一定的應(yīng)用效果，但不明顯。4.撓性鉆具鉆進技術(shù)

撓性鉆桿

撓性鉆桿是一種類似“蛇骨”結(jié)構(gòu)的鉆桿，它由多節(jié)能撓曲一定角度短節(jié)組成，可實現(xiàn)超短半徑定向鉆進和水平鉆進。鉆桿短節(jié)連接處結(jié)構(gòu)類似于萬向軸結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)三維轉(zhuǎn)動、承受給進力和起拔力，中間為高強度高壓膠管，可通過高壓沖洗介質(zhì)，與普通鉆桿使用方法幾乎相同。撓性鉆桿4.撓性鉆具鉆進技術(shù)

撓性接頭

撓性接頭承受給進力、起拔力并傳遞扭矩，有沖洗介質(zhì)通道。能夠?qū)崿F(xiàn)三維彎曲可轉(zhuǎn)動。選用材質(zhì)：40CrMoMn，壁厚10mm的優(yōu)質(zhì)管材。撓性鉆桿桿體撓性接頭4.撓性鉆具鉆進技術(shù)

造斜鉆進基本過程：采用常規(guī)鉆具保直鉆進見煤時提鉆，然后在常規(guī)鉆具前端接一定長度的撓性鉆桿下鉆鉆進，由于撓性鉆桿撓曲變形容易，鉆進時在重力的作用下，可以實現(xiàn)超短半徑造斜鉆進。撓性鉆桿鉆進示意圖煤層底板常規(guī)鉆桿撓性鉆桿造斜鉆頭4.撓性鉆具鉆進技術(shù)

鉆頭巖孔段保直鉆進用鉆頭煤孔段造斜鉆進用鉆頭4.撓性鉆具鉆進技術(shù)

配套設(shè)備YHQ-X全方位鉆孔測斜儀105mm三翼圓弧鉆頭CX-100空氣流量計ZDY3200S鉆機73mm外平鉆桿和73mm撓性鉆桿110mm扶正器5.練習(xí)題

名稱解釋清水鉆進，空氣鉆進，螺旋鉆進，螺桿鉆具簡答題（1）