【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ①多點(diǎn)即時(shí)測(cè)斜儀 ,方位角測(cè)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(jìn)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(cè)量系統(tǒng)組成示意圖 線 纜 絞車(chē) 鉆 機(jī) 鉆具 測(cè)斜探管 控制及顯示界面 水力輸送 鉆桿推送 ① 鉆孔測(cè)斜系統(tǒng) (多點(diǎn)即時(shí)測(cè)斜儀 )： 由 孔口控制單元、 測(cè)斜探管、 線纜絞車(chē)組成。 根據(jù)需要可通過(guò)孔口控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量、記錄、顯示和存儲(chǔ)。 孔口控制單元功能 ①深度測(cè)量，實(shí)時(shí)顯示 ②實(shí)時(shí)記錄日期、時(shí)間 ③測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)量結(jié)果顯示 ④固定深度值進(jìn)行報(bào)警 ⑤測(cè)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(jí)組合鉆頭 正 常 鉆 進(jìn) 鉆 桿無(wú) 磁 鉆 桿側(cè) 切 削 鉆 頭下斜鉆具組合 = 球冠側(cè)切削鉆頭 +無(wú)磁鉆桿 +鉆進(jìn)鉆桿 復(fù)合片組合式擴(kuò)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(wú)磁鉆桿 + 鉆進(jìn)鉆桿 ② 內(nèi)凹鉆頭 +鉆桿 +擴(kuò)孔鉆頭 + 扶正器 + 鉆桿 + 扶正器 + 無(wú)磁鉆桿 + 鉆進(jìn)鉆桿 ③ 內(nèi)凹鉆頭 +鉆桿 +擴(kuò)孔鉆頭 + 鉆桿 +擴(kuò)孔鉆頭 + 扶正器 +無(wú)磁鉆桿 +鉆進(jìn)鉆桿 ⑷⑶ 內(nèi) 凹 鉆 頭 鉆 桿正 常 鉆 進(jìn) 鉆 桿無(wú) 磁 鉆 桿 擴(kuò) 孔 鉆 頭 擴(kuò) 孔 鉆 頭 鉆 桿 鉆 桿 內(nèi) 凹 鉆 頭 擴(kuò) 孔 鉆 頭無(wú) 磁 鉆 桿正 常 鉆 進(jìn) 鉆 桿扶 正 器扶 正 器扶 正 器正 常 鉆 進(jìn) 鉆 桿無(wú) 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(zhǎng)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(dá) ， 其動(dòng)力來(lái)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(dá)、萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)總成、傳動(dòng)軸總成及軸承 組成。 ? 在近水平孔定向鉆進(jìn)過(guò)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(jìn)行 彎曲孔或定向鉆進(jìn)時(shí)，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(guò)程中 ，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)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(wàn)向節(jié)彎外管進(jìn)行定向鉆進(jìn) 。螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)如下圖所示?，F(xiàn)場(chǎng)用的是無(wú)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(wàn)向節(jié)彎外管均有 0。 、 1。 、 。3種規(guī)格，二者既可單獨(dú)使用，也可同時(shí)使用，從而可以得到不同的造斜強(qiáng)度。 煤礦井下定向長(zhǎng)鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 4） 螺旋鉆具 4） 螺旋鉆具 型號(hào) 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(zhǎng)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(cè)斜系統(tǒng) VLD定向鉆機(jī)區(qū)域預(yù)抽鉆孔布置 VLD1000定向鉆機(jī)由澳大利亞 Valley Longwall公司制造。采用孔底馬達(dá)鉆進(jìn)，具有1000m的鉆進(jìn)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(shí)例及效果 例 在七臺(tái)河精煤集團(tuán)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(gè)孔深 820m定向鉆孔。 例 在彬長(zhǎng)公司大佛寺礦鉆進(jìn)了深度為 705m的長(zhǎng)鉆孔 例 在寺河礦 2305工作面對(duì)研制的 Φ73mm 高強(qiáng)度鉆桿、穩(wěn)定組合鉆頭和組合鉆具進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證 , 共鉆進(jìn)三個(gè)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(zhǎng)鉆孔裝備及工藝 創(chuàng)新點(diǎn) ① 鉆孔施工過(guò)程中，鉆桿受到拉、壓、彎、扭等作用力，斷鉆事故時(shí)有發(fā)生，解決了 Φ73mm 高強(qiáng)度鉆桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jí)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(cè)斜儀采用新型半導(dǎo)體傳感器，測(cè)斜過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示鉆進(jìn)軌跡及與鉆孔設(shè)計(jì)的方位差，解決了長(zhǎng)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(wèn)題的提出、技術(shù)途徑及其進(jìn)展 ① 松軟煤層鉆孔難施工一直制約著我國(guó)煤礦瓦斯抽放與突出防治的技術(shù)發(fā)展。 ② 實(shí)踐證明，螺旋鉆進(jìn)、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(guò) 2年多的攻關(guān)研究，取得了實(shí)質(zhì)性的技術(shù)突破。 2） 重點(diǎn)核心技術(shù)研究進(jìn)展 ① 考察研究了鉆機(jī)鉆具轉(zhuǎn)速與排渣效果的關(guān)系，確定了螺旋鉆機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速，解決或減弱了螺旋鉆機(jī)施工時(shí)因排渣不暢而形成阻塞和憋鉆現(xiàn)象。 ② 試驗(yàn)研究了鉆進(jìn)速度與煤的性質(zhì)、成孔直徑、鉆具轉(zhuǎn)速的關(guān)系，對(duì)螺旋鉆桿主要參數(shù)進(jìn)行了分析，確定了螺旋鉆桿合理螺旋角。 ③ 通過(guò)對(duì)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(jī)的最優(yōu)參數(shù)，開(kāi)發(fā)出適用于松軟煤層順層長(zhǎng)鉆孔施工的螺旋鉆機(jī)和相應(yīng)的鉆具。 150m深孔合理參數(shù)的螺旋鉆桿設(shè)計(jì)圖 200m深孔合理參數(shù)的螺旋鉆桿設(shè)計(jì)圖 37kw型螺旋鉆機(jī) 3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果 鉆孔編號(hào) 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(jiàn)巖石 4鉆孔 90 176。 鉆進(jìn) 129根鉆桿后 ,卡鉆嚴(yán)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(yàn)鉆孔參數(shù)表 ② 松藻渝陽(yáng)煤礦現(xiàn)場(chǎng)鉆孔對(duì)比 在渝陽(yáng)煤礦煤柱區(qū)成孔深度達(dá) 168m，還能繼續(xù)鉆進(jìn)，但因見(jiàn)巖而終孔。 在同一地點(diǎn)，用相同能力的鉆機(jī)，采用礦上現(xiàn)有的螺旋鉆桿及鉆頭作對(duì)比試驗(yàn)，最大成孔深度還不到 80m， 60m左右就卡鉆、抱鉆， 70多 m時(shí)鉆機(jī)就不能旋轉(zhuǎn)了。 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，螺旋鉆進(jìn)成孔技術(shù)能成孔 160m深度以上，為順層長(zhǎng)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(zhǎng)鉆孔試驗(yàn) 3207回風(fēng)巷，煤層較穩(wěn)定，采用普通鉆機(jī)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(gè)下向孔，總計(jì)進(jìn)尺6272m，平均孔深達(dá) ，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(jī)在王坡礦 3207回風(fēng)巷施工鉆孔深度分布對(duì)比圖 兩臺(tái)螺旋鉆機(jī)在 3207回風(fēng)巷施工水平長(zhǎng)度約為 200m， 取同一時(shí)間段 (1個(gè)月 )各施工的 28個(gè)鉆孔深度對(duì)比如下圖 ② 已在松藻打通一礦、渝陽(yáng)煤礦；邯鄲局；豐城礦務(wù)局；淮南礦業(yè)集團(tuán)和陽(yáng)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(jìn)的 3個(gè)系列鉆機(jī)： 22kw， 37kw， 55kw型； 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) 國(guó)內(nèi)外礦井試驗(yàn)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(diǎn)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(huì)出現(xiàn)像平行孔的單一孔那樣：某點(diǎn)垮孔或被堵，整個(gè)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(jìn)，從斜向孔孔底最先進(jìn)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(shí)間長(zhǎng) ，況且在現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)試驗(yàn)研究成果 1994～ 1995，撫順院與焦作局合作，在九里山礦 13051面進(jìn)行了交叉孔與平行孔預(yù)抽本煤層瓦斯對(duì)比的試驗(yàn)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(zhǎng) ，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(zhǎng) 1m，封孔深6m,煤均厚 、傾角 17o、瓦斯含量 X=、堅(jiān)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(jì)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(shí)例 ① 某礦試驗(yàn)采面斜長(zhǎng) 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(yàn)段布置 90個(gè)交叉鉆孔（ 45個(gè)平行孔，45個(gè)斜向孔），鉆孔總長(zhǎng) 7368m。分三組每組 30孔，其孔間距分別為 ， ?？讖?75 mm，平行孔開(kāi)孔距底板 ，方向垂直風(fēng)巷，孔長(zhǎng)8090m；斜向孔開(kāi)孔距底板 ，方向與風(fēng)巷夾角 73?，孔長(zhǎng) 8595m，聚氨脂封孔，封孔長(zhǎng) ，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(shí)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(zhǎng)度， m； N ——布孔方式系數(shù)，回風(fēng)巷或進(jìn)風(fēng)巷單向布孔時(shí)， N＝ 1，雙向布孔時(shí)， 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(zhǎng)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(shí)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(shí)間的關(guān)系 q ct = Q cj = 5141m300 20 40 60 80 100t/dq/m3(m