深孔定向千米鉆機(jī)在煤礦中運(yùn)用

1、深孔定向千米鉆機(jī)在 x 礦瓦斯治理方面的應(yīng)用編輯人：潘文龍瓦斯抽放是礦井安全生產(chǎn)的重中之重，x 集團(tuán)近幾年不斷的加大投資力度，礦井瓦斯抽放取得了明顯效果。x 引進(jìn)了目前世界上先進(jìn)的ZDY-6000LD型深孔定向千米鉆機(jī)，并專門成立了 x公司。x公司 千米鉆機(jī)隊目前正使用x臺ZDY-6000LD1深孔定向千米鉆機(jī)在x礦 實施本煤層瓦斯預(yù)抽。截止x 年 x 月底，已完成鉆孔x 個，累計進(jìn)尺xm， 有效解決了生產(chǎn)中的瓦斯管理問題，從而保證了礦井的安全生產(chǎn)。一、瓦斯抽放方法的選擇根據(jù) x 礦的瓦斯來源分析，礦井瓦斯主要來源于開采層3 號煤層的瓦斯涌出，部分來源于鄰近層的瓦斯涌出和圍巖的瓦斯涌出，抽放瓦

2、斯方法選擇以預(yù)抽本煤層瓦斯為主。 國內(nèi)外抽放經(jīng)驗證明：由于預(yù)抽排放煤體瓦斯，使煤體發(fā)生了收縮變形， 當(dāng)煤體原占據(jù)的空間體積不變時，煤體收縮一方面引起了原有的裂隙加大，另一方面也可產(chǎn)生新的裂隙，最終使煤層的透氣性增大。因此，長時間的預(yù)抽可以取得更好的效果。從保證采掘工作面的安全需要，結(jié)合礦井采掘計劃安排，確定長壁綜采面的抽放時間為2 年； 連采機(jī)巷道掘進(jìn)抽放時間1 年以上。 采掘工作面預(yù)抽的孔口負(fù)壓為 2040kPa采空區(qū)頂板抽放的孔口負(fù)壓 為5kPa。鉆孔開、擴(kuò)孔直徑6153mm采用小108mmPVC封孔，封孔 材料為聚鏤脂，封孔長度 33在抽放過程中對鉆孔的抽放負(fù)壓、甲 烷濃度、 抽放量等參

3、數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對鉆孔抽放狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳抽放狀態(tài)。二、抽放鉆孔施工工藝目前普通鉆機(jī)沒有導(dǎo)向系統(tǒng)，無法隨著煤層的起伏情況做出相應(yīng) 的調(diào)整，從而在實際鉆進(jìn)過程中大多數(shù)鉆孔的有效深度不能滿足實際 要求，而ZDY-6000L型深孔定向千米鉆機(jī)以其特有的鉆進(jìn)機(jī)理從根 本上解決了這一個問題。深孔定向鉆進(jìn)技術(shù)在諸如美國、 澳大利亞等主要產(chǎn)煤國家里，已作為一項很成熟的鉆進(jìn)技術(shù)廣泛應(yīng)用于煤礦瓦斯抽放、地質(zhì)探測等領(lǐng)域，該技術(shù)的關(guān)鍵部位在于孔內(nèi)馬達(dá)驅(qū)動裝置和配套的測量技術(shù)（圖3）。圖3孔內(nèi)馬達(dá)驅(qū)動裝置高壓水通過鉆桿輸送至孔內(nèi)馬達(dá)，孔內(nèi)馬達(dá)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子在高壓水 的沖擊作用下轉(zhuǎn)動，通過前端軸承帶動鉆頭

4、旋轉(zhuǎn)，達(dá)到破煤的目的， 在鉆進(jìn)過程中，鉆桿本身不轉(zhuǎn)，只作鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而有效地降 低了鉆機(jī)的負(fù)載?？變?nèi)馬達(dá)的彎接頭是一個關(guān)鍵部件，它和鉆桿之間 有一定的夾角，由于彎接頭的作用，鉆孔的軌跡將不再是傳統(tǒng)鉆機(jī)所 形成的略帶拋物的直線軌跡，而成為一條偏向彎接頭方向的空間曲 線。當(dāng)然，通過選擇不同規(guī)格（它的規(guī)格通常為0.75、1、1.25、1.5、 2度，這個度數(shù)指的是鉆桿每前進(jìn) 3m所能變化的最小值）的彎接頭 可以改變鉆孔曲率半徑（即改變拐彎的快慢），并且在適當(dāng)?shù)奈恢眠€ 可以作分支鉆孔鉆進(jìn)。施工工藝流程：(1) 設(shè)計。在每一個孔鉆進(jìn)以前，都需要由專門的設(shè)計人員根據(jù)鉆孔布置要求，盡可能地收集所有的參

5、考資料(地質(zhì)、測量、地面鉆孔、煤層鉆孔等)，做出欲施工鉆孔的設(shè)計參數(shù)，包括垂直面和水平面的投影圖，并通過任務(wù)交代，使鉆工明確地清楚該鉆孔的鉆進(jìn)意圖。(2)開孔。首先用直徑為96mm勺開孔鉆頭開孔12m退出開孔鉆 頭后再用直徑153mm勺擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)孔3nl然后用3m的封孔管進(jìn)行封 孔，最后將螺桿鉆具放入孔內(nèi)并連接直徑 73mm勺通纜鉆桿打鉆。(3) 鉆進(jìn)。正常鉆進(jìn)如同傳統(tǒng)鉆機(jī)的操作程序：啟動水泵，待孔中返出水，確認(rèn)返渣正常后方可開始給壓鉆進(jìn)，其不同的程序是需要每6m進(jìn)行一次測量操作，將鉆孔的垂直和水平投影坐標(biāo)相應(yīng)的畫在設(shè)計圖上，并與設(shè)計軌跡進(jìn)行對比，根據(jù)偏移情況決定如何調(diào)整彎頭方向。由于礦井地質(zhì)

6、資料不可能精確地表示出煤層的詳細(xì)起伏變化情況， 所以在實際鉆進(jìn)過程中，要求每間隔一定距離將彎頭方向調(diào)整為垂直向上，使鉆孔快速鉆至頂板以確定出頂板所處的層位標(biāo)高，然后后退到合適位置開分支繼續(xù)鉆進(jìn)，如此反復(fù)，再將兩探頂點連線的延長線作為下一段鉆進(jìn)時的參考頂板，從而保證鉆孔始終在煤層中鉆進(jìn)。(4) 完孔參數(shù)。當(dāng)鉆進(jìn)結(jié)束后，將孔口監(jiān)視器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸至計算機(jī)，通過處理后即可形成相應(yīng)圖表( 圖 5、圖6)。圖5完孔垂直面軌跡圖-45.0-5 00100200300JOO500600700山.O.O5 5 53 2 - _ -圖6完孔水平面軌跡圖三、鉆孔施工中需要遇到的問題及解決方案(1)由于其特殊的鉆進(jìn)工

7、藝，所以要求鉆工必須首先在意識中形 成一個鉆孔的三維空間概念，以期對彎頭方向做出更為準(zhǔn)確有效的調(diào) 整。根據(jù)新景的地質(zhì)狀況，研究了一種容易掌握的適合新景礦的打鉆 方法，探頂回煤法。(2)在打鉆的過程中，我們經(jīng)常遇到孔口周圍煤幫破裂，孔內(nèi)返遇此水從煤幫裂口中流出導(dǎo)致孔口管中沒有返水而被迫終孔的情況 情況，我們結(jié)合普通鉆機(jī)風(fēng)壓的打鉆特點，采用風(fēng)壓開孔、風(fēng)壓擴(kuò)孔的方法有效的解決了這一難題。即節(jié)約了注漿所浪費(fèi)的時間，又極大節(jié)省了人力、物力、財力，有效地節(jié)約了成本。(3) 由于煤層產(chǎn)狀與地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，在鉆孔鉆進(jìn)時總是有設(shè)備抱鉆的風(fēng)險，所以要確保分支孔與主孔間留有一定的間距，以避免分支孔與主孔之間的相互

8、作用影響和水力壓裂的影響。另外， 要求在鉆進(jìn)過程中避免出現(xiàn)急彎現(xiàn)象而造成的鉆孔阻力的增加，同時急彎現(xiàn)象也影響鉆孔在事故情況下的打撈。(4)在退鉆過程中，要求每間隔3050m進(jìn)行一次洗孔操作，以確 保退鉆順利和抽放通道的暢通。四、設(shè)備打撈由于煤層地質(zhì)的不可預(yù)見性，鉆孔發(fā)生抱鉆、卡鉆、掉鉆的可能性時刻存在。避免此類事故最行之有效的方法為：當(dāng)遇到未知的地質(zhì)情況時，及時撤鉆！雖然如此，但發(fā)生此類事故的不確定因素又使得在實際操作中不可能絕對性的避免抱鉆、卡鉆、掉鉆。所以說，有效地實施設(shè)備打撈是深孔定向鉆進(jìn)中一個必不可少的關(guān)鍵程序，也是深孔鉆進(jìn)中的另一項關(guān)鍵工藝。新景礦煤質(zhì)較軟，極易壓鉆。據(jù)不完全統(tǒng)計，累計發(fā)生抱鉆、卡鉆20 余次，其中掉鉆一個，成功打撈一個。總結(jié)歷次打撈經(jīng)驗，可靠的專用工具是最基本的要求，如公錐、母錐、各種型號的打撈套管等；另一個打撈因