【文章內(nèi)容簡介】 ①多點即時測斜儀 ,方位角測量誤差小于 186。，傾角小于 ，工具面向角誤差小于 3186。，可以滿足施工要求。 ②由鉆頭、鉆桿和穩(wěn)定器組成的鉆具稱之為穩(wěn)定組合鉆具。根據(jù)功能的不同，定向鉆進中使用的穩(wěn)定組合鉆具有下斜組合保直穩(wěn)定組合鉆具、上仰組合鉆具等 5種組合。 測量系統(tǒng)組成示意圖 線 纜 絞車 鉆 機 鉆具 測斜探管 控制及顯示界面 水力輸送 鉆桿推送 ① 鉆孔測斜系統(tǒng) (多點即時測斜儀 )： 由 孔口控制單元、 測斜探管、 線纜絞車組成。 根據(jù)需要可通過孔口控制單元進行數(shù)據(jù)測量、記錄、顯示和存儲。 孔口控制單元功能 ①深度測量，實時顯示 ②實時記錄日期、時間 ③測量數(shù)據(jù)和測量結(jié)果顯示 ④固定深度值進行報警 ⑤測量數(shù)據(jù)管理 2） 穩(wěn)定組合鉆頭及穩(wěn)定組合鉆具 多級組合鉆頭 正 常 鉆 進 鉆 桿無 磁 鉆 桿側(cè) 切 削 鉆 頭下斜鉆具組合 = 球冠側(cè)切削鉆頭 +無磁鉆桿 +鉆進鉆桿 復(fù)合片組合式擴孔鉆頭 內(nèi)凹復(fù)合片鉆頭 3）保直鉆具組合系列，可提高鉆孔定向精度和成孔率 ① 內(nèi)凹鉆頭 + 扶正器 + 鉆桿 + 扶正器 + 鉆桿 + 扶正器 + 無磁鉆桿 + 鉆進鉆桿 ② 內(nèi)凹鉆頭 +鉆桿 +擴孔鉆頭 + 扶正器 + 鉆桿 + 扶正器 + 無磁鉆桿 + 鉆進鉆桿 ③ 內(nèi)凹鉆頭 +鉆桿 +擴孔鉆頭 + 鉆桿 +擴孔鉆頭 + 扶正器 +無磁鉆桿 +鉆進鉆桿 ⑷⑶ 內(nèi) 凹 鉆 頭 鉆 桿正 常 鉆 進 鉆 桿無 磁 鉆 桿 擴 孔 鉆 頭 擴 孔 鉆 頭 鉆 桿 鉆 桿 內(nèi) 凹 鉆 頭 擴 孔 鉆 頭無 磁 鉆 桿正 常 鉆 進 鉆 桿扶 正 器扶 正 器扶 正 器正 常 鉆 進 鉆 桿無 磁 鉆 桿內(nèi) 凹 鉆 頭 鉆 桿 鉆 桿 鉆 桿扶 正 器⑸3）保直鉆具組合系列，可提高鉆孔定向精度和成孔率 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 4） 螺旋鉆具 ? 螺桿鉆具是一種孔底馬達 ， 其動力來源于孔口的泥漿泵（水或泥漿）所提供的高壓體。 ? 螺桿鉆具主要由 溢流閥、螺桿馬達、萬向聯(lián)軸節(jié)總成、傳動軸總成及軸承 組成。 ? 在近水平孔定向鉆進過程中， 螺桿鉆具是調(diào)整鉆孔空間位置的有效方法之一 。 ? 在進行 彎曲孔或定向鉆進時，除螺桿鉆具 本身之外，還必須配備 彎外管、彎接頭、偏心塊等造斜件 。 ? 在螺桿鉆具工作過程中 ，轉(zhuǎn)子帶動鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖石 ，而 定子不回轉(zhuǎn) ，因此可以在 閥接頭上連接不同角度的定向彎接頭 或更換不同角度的 下萬向節(jié)彎外管進行定向鉆進 。螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)如下圖所示。現(xiàn)場用的是無錫鉆探工具廠生產(chǎn)的 LF— 5LF65螺桿鉆具，該螺桿鉆具的定向彎接頭體和下萬向節(jié)彎外管均有 0。 、 1。 、 。3種規(guī)格，二者既可單獨使用，也可同時使用，從而可以得到不同的造斜強度。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 4） 螺旋鉆具 4） 螺旋鉆具 型號 鉆具外徑 mm 轉(zhuǎn)子定子齒數(shù)比 泵量 鉆頭轉(zhuǎn)速 工作壓差 MPa 輸出扭矩 鉆具長度 mm 質(zhì)量 kg LF54 LF65 54 65 5:6 5:6 120~150 180~250 350~450 298~415 100 180 2200 2600 2 355 LF系列螺桿鉆具的技術(shù)參數(shù) 隨鉆測斜系統(tǒng) VLD定向鉆機區(qū)域預(yù)抽鉆孔布置 VLD1000定向鉆機由澳大利亞 Valley Longwall公司制造。采用孔底馬達鉆進，具有1000m的鉆進能力。上圖為大寧礦 S4003403區(qū)域預(yù)抽定向孔布置。 4）應(yīng)用實例及效果 例 在七臺河精煤集團新興礦 41051工作面分別完成了孔深 520m、 685m和 374m的近水平高位巖石定向鉆孔。 例 在銅川局玉華礦完成了一個孔深 820m定向鉆孔。 例 在彬長公司大佛寺礦鉆進了深度為 705m的長鉆孔 例 在寺河礦 2305工作面對研制的 Φ73mm 高強度鉆桿、穩(wěn)定組合鉆頭和組合鉆具進行了試驗驗證 , 共鉆進三個鉆孔，孔深分別為 603m、 350m和 612m的近水平煤層定向鉆孔。 ? 5）煤礦井下瓦斯抽放長鉆孔裝備及工藝 創(chuàng)新點 ① 鉆孔施工過程中，鉆桿受到拉、壓、彎、扭等作用力，斷鉆事故時有發(fā)生，解決了 Φ73mm 高強度鉆桿結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造關(guān)鍵技術(shù)，為減少事故提高成孔率創(chuàng)造了先決條件。 ② 優(yōu)化出多級組合鉆頭、鉆具和螺旋槽扶正器，增加了鉆孔定向精度和成孔率。 ③ 測斜儀采用新型半導(dǎo)體傳感器，測斜過程中實時顯示鉆進軌跡及與鉆孔設(shè)計的方位差，解決了長鉆孔施工中的鉆孔定位關(guān)鍵技術(shù)難題。 松軟煤層抽放鉆孔關(guān)鍵技術(shù) 1）問題的提出、技術(shù)途徑及其進展 ① 松軟煤層鉆孔難施工一直制約著我國煤礦瓦斯抽放與突出防治的技術(shù)發(fā)展。 ② 實踐證明，螺旋鉆進、壓風(fēng)排渣是 松軟突出煤層成孔的有效途徑，但還需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)。 ③ “十五”后期及近兩年，重慶院等創(chuàng)新研究思路，從工藝和裝備兩方面入手，通過 2年多的攻關(guān)研究，取得了實質(zhì)性的技術(shù)突破。 2） 重點核心技術(shù)研究進展 ① 考察研究了鉆機鉆具轉(zhuǎn)速與排渣效果的關(guān)系，確定了螺旋鉆機的臨界轉(zhuǎn)速，解決或減弱了螺旋鉆機施工時因排渣不暢而形成阻塞和憋鉆現(xiàn)象。 ② 試驗研究了鉆進速度與煤的性質(zhì)、成孔直徑、鉆具轉(zhuǎn)速的關(guān)系，對螺旋鉆桿主要參數(shù)進行了分析，確定了螺旋鉆桿合理螺旋角。 ③ 通過對螺旋成孔所需臨界轉(zhuǎn)速、鉆桿螺旋升角、中心管徑、螺距的優(yōu)化研究，確定了鉆機的最優(yōu)參數(shù)，開發(fā)出適用于松軟煤層順層長鉆孔施工的螺旋鉆機和相應(yīng)的鉆具。 150m深孔合理參數(shù)的螺旋鉆桿設(shè)計圖 200m深孔合理參數(shù)的螺旋鉆桿設(shè)計圖 37kw型螺旋鉆機 3）現(xiàn)場實施效果 鉆孔編號 鉆孔直徑 /mm 施工角 度 終孔深度 /m 卡鉆情況 終孔原因 1鉆孔 90 +176。 鉆桿數(shù)量 不夠 2鉆孔 90 176。 鉆桿數(shù)量 不夠 3鉆孔 90 176。 見巖石 4鉆孔 90 176。 鉆進 129根鉆桿后 ,卡鉆嚴重，排粉量劇增 風(fēng)壓太小 5鉆孔 90 176。 風(fēng)壓太小 ① 打通一礦試驗鉆孔參數(shù)表 ② 松藻渝陽煤礦現(xiàn)場鉆孔對比 在渝陽煤礦煤柱區(qū)成孔深度達 168m，還能繼續(xù)鉆進，但因見巖而終孔。 在同一地點，用相同能力的鉆機，采用礦上現(xiàn)有的螺旋鉆桿及鉆頭作對比試驗，最大成孔深度還不到 80m， 60m左右就卡鉆、抱鉆， 70多 m時鉆機就不能旋轉(zhuǎn)了。 通過現(xiàn)場試驗，螺旋鉆進成孔技術(shù)能成孔 160m深度以上，為順層長鉆孔施工從裝備和工藝技術(shù)上奠定了很好的基礎(chǔ)。 ③ 王坡煤礦 3207回風(fēng)巷順層長鉆孔試驗 3207回風(fēng)巷，煤層較穩(wěn)定，采用普通鉆機和工藝施工順層鉆孔，平均施工深度在60m左右。 在 2023年 5月 9日至 6月 28日期間，在3207回風(fēng)巷施工了 55個下向孔，總計進尺6272m，平均孔深達 ，最大成孔深度165m，平均每天成孔 187m。 王坡礦 3207回風(fēng)巷施工鉆孔竣工布置圖 兩種鉆機在王坡礦 3207回風(fēng)巷施工鉆孔深度分布對比圖 兩臺螺旋鉆機在 3207回風(fēng)巷施工水平長度約為 200m， 取同一時間段 (1個月 )各施工的 28個鉆孔深度對比如下圖 ② 已在松藻打通一礦、渝陽煤礦；邯鄲局；豐城礦務(wù)局；淮南礦業(yè)集團和陽泉新景礦等局礦應(yīng)用 。 4） 推廣應(yīng)用情況 ① 適用于松軟煤層鉆進的 3個系列鉆機： 22kw， 37kw， 55kw型； 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) 國內(nèi)外礦井試驗與應(yīng)用結(jié)果表明，立體交叉鉆孔預(yù)抽能提高瓦斯抽采量、抽采率和煤層透氣性系數(shù)。不同地質(zhì)條件下，最優(yōu)交叉鉆孔的間距不同。 1）交叉鉆孔布孔增流提透原理： ① 鉆孔交叉點及其鄰區(qū) 塑性與流變范圍增大 ，即卸壓范圍加大與卸壓程度加深，卸壓提透增流； ② 各孔之間 互通成網(wǎng) ，其任一孔不會出現(xiàn)像平行孔的單一孔那樣：某點垮孔或被堵，整個鉆孔瓦斯都轉(zhuǎn)化為難流出狀態(tài)，形成斷流或微流 ③ 由于工作面推進，從斜向孔孔底最先進入卸壓增透區(qū)獲得卸壓流起，一直延續(xù)到孔口被回采止，比平行孔在邊采邊抽卸壓帶中的 時間長 ，況且在現(xiàn)場軟煤中的孔位看不到孔洞，斜孔出露端基本不形成漏氣與短路 。 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) 立體交叉鉆孔布孔示意圖 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) 2） 焦作九里山礦現(xiàn)場試驗研究成果 1994～ 1995，撫順院與焦作局合作，在九里山礦 13051面進行了交叉孔與平行孔預(yù)抽本煤層瓦斯對比的試驗研究，平行孔和交叉孔分段分別布置，鉆孔直徑 Φ65mm，鉆孔平均長 ，孔間距 ～ ，斜向孔與平行孔夾角 15～ 20176。封孔管內(nèi)徑 25mm聚氨酯封堵長 1m，封孔深6m,煤均厚 、傾角 17o、瓦斯含量 X=、堅固性系數(shù) f =~、煤容重 γ=。結(jié)果表明，在同一工作面相同鉆孔工程量條件下，交叉孔較傳統(tǒng)的平行孔增加瓦斯抽放量 ～ 。 布孔方式 鉆孔自然涌出量m3/ 鉆孔瓦斯抽采量m3/ 百 m孔 t天累計瓦斯量 m3/hm 單孔瓦斯抽采率 交叉鉆孔 q= t q= t Qhm=14629( t) η =14629()/Xγ mLD =( t ） /D 平行鉆孔 q= t q= t Qhm=7111( t) η =( t ） /D 九里山礦交叉孔與平行孔瓦斯涌出與抽采規(guī)律比較表 立體交叉鉆孔布孔增流提透技術(shù) 九里山礦 13051面交叉孔與平行孔預(yù)抽本煤層瓦斯分段布置圖 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) 3）推廣實例 ① 某礦試驗采面斜長 168m，煤層總厚 ，上分層 ，下分層 ，夾矸厚 。傾角 1117?，采深 620750m，瓦斯含量 ／t，滲透率 。在走向 200m試驗段布置 90個交叉鉆孔（ 45個平行孔，45個斜向孔），鉆孔總長 7368m。分三組每組 30孔，其孔間距分別為 ， ?？讖?75 mm，平行孔開孔距底板 ，方向垂直風(fēng)巷，孔長8090m；斜向孔開孔距底板 ，方向與風(fēng)巷夾角 73?，孔長 8595m，聚氨脂封孔，封孔長 ，封孔深度 ?？轨o電阻燃塑料封孔管徑 25mm 。 051015202530350 50 100 150 200 250 300 350 400t/dη/%孔間距2 . 0 m孔間距2 . 5 m孔間距3 . 0 m 不同密度交叉鉆孔預(yù)抽率與時間關(guān)系曲線 c t c t00100 ( Q /100) S N Q S Nη ==Q MC( L d) r Q MC( L d) rη ——瓦斯抽采率， %； Qct ——t天鉆孔百米抽放總量 m3； S ——平均單孔長度， m； N ——布孔方式系數(shù)，回風(fēng)巷或進風(fēng)巷單向布孔時， N＝ 1，雙向布孔時， N＝ 2； Q0 ——煤層原始瓦斯含量，取 3/t； M ——煤層厚度，取 ； C ——孔間距， m； L ——工作面長度， m； d ——巷道預(yù)排瓦斯等值寬度，取 20m； r ——煤的密度，取 t/m3。 ② 不同孔間距交叉鉆孔自然瓦斯涌出量與時間的關(guān)系 q = Q j ＝5 7 6 0 m300 10 20 30 40 50t/dq/m3/(min?hm)1孔間距 q = Q j = 4343m300 10 20 30 40 50t/dq/m3/(min?hm)1孔間距 q = Q j = 2713m300 10 20 30 40 50t/dq/m3/(min?hm)1孔間距 孔間距 /m 初始流量m3/ 衰減系數(shù) d1 極限流量 m3 5760 4343 2713 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) ③ 不同孔間距交叉鉆孔瓦斯抽采量與時間的關(guān)系 q ct = Q cj = 5141m300 20 40 60 80 100t/dq/m3(m