千米定向钻机在屯兰矿瓦斯治理中的应用.pdf

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1、2010年第2期煤矿支护石家庄中煤杯参评论文千米定向钻机在屯兰矿瓦斯治理中的应用钟廷盛[山西焦煤集团公司屯兰煤矿，山西古交030206]摘要通过对屯兰矿煤层的地质与瓦斯分析，结合多年钻孔施工经验，采用千米定向钻机施工，优化钻孔设计解决高瓦斯矿井煤层深孔和掘进预抽施工的难题。关键词掘进预抽孔内马达钻进机理测量技术钻孔定位通过对ZDY-6000ID型深孑L定向千米1地质概况钻机水平长钻孑L抽放效果的数字模拟及综合监测分析，确定屯兰矿井瓦斯预抽钻孔的布屯兰煤矿位于LLI西省古交市西部，井田置，如图1所示。分布大致呈五边形，东西宽1lkm，南北长12kin，面积

2、80km2。井田内含煤地层为山西组和太原组，共含煤18层，其中2、7#、8、9煤层为可采层。现在矿井主采2、8煤层，2煤层平均厚度为3．27m，8煤层平均厚度3．45m。2煤层原始瓦斯压力为0．5～0．7MPa，瓦斯含量为l3．57／t，透气图1掘进巷遁双夹钻孔性系数为2．64／(MPa·d)，8煤层原始采空区高位穿层钻孔：根据采空区瓦斯瓦斯压力为0．5～1．9，瓦斯含量在8．63～治理经验，结合千米钻机的钻进特点，在工15．19m。／t之间，透气性系数为3．632作面的回风巷侧采用定向钻进技术在2煤m。／(MPa·d)，均属可抽放煤层。2010年层的顶

3、部岩层内向工作面后方打顶板走向长矿井绝对瓦斯涌出量为238．09m3／min，相钻孔至采空区上部的裂隙带，实施长壁面采对瓦斯涌出量为41．41m／t，属高瓦斯矿空区的瓦斯抽放。钻孔布置如图2所示。井。呷风巷2瓦斯抽放方法的选择一屯兰矿区矿井瓦斯主要来源于开采层2煤层的瓦斯涌出，部分来源于邻近层的瓦斯涌出和围岩的瓦斯涌出，抽放瓦斯方法进风巷以预抽本煤层瓦斯为主。预抽排放煤体瓦斯会让煤体发生收缩变图2采空区高位穿层钻孔布置形。当煤体原占据的空间体积不变时，煤体在抽放过程中对钻孔的抽放负压、甲烷收缩引起了原有裂隙的加大，又产生了新的浓度、抽放量等参数进行监测，

4、并根据监测裂隙，最终使煤层的透气性增大。因此，长结果对钻孔抽放状态进行调整，达到最佳抽时问的预抽可以取得更好的效果。放状态。54煤矿支护2010年第2期方向，根据测量出来的孔内参数可用三角函3抽放钻孔施工工艺数计算出每一个测量点的坐标，即可描绘出该空间曲线在水平和垂直平面上的投影图，目前普通钻机没有导向系统，无法随着并与设计的轨迹进行对比，根据偏差情况及煤层的起伏情况做出相应的调整，从而在实时调整弯接头方向，使钻进轨迹最大限度的际钻进过程中大多数钻孑L的有效深度不能满符合设计要求。足实际要求。ZDY-6000LD钻机所配套的测量装置屯兰矿于2010年3月

5、从煤炭科学研究是由AMT公司生产的DDM—MECCA(模总院西安研究院引进ZDY一6000LD定向千块化电子定向钻进监视器)钻进实时测量系米钻机及钻进技术施工顺煤层瓦斯抽放钻统(图4)。MECCA远程通讯系统在不到孑L，单孑L最大深度达到800m，班进尺最高5s的时间内可以精确测量数据并自动计算达到了200m，既解决了顺煤层钻进的导向出所对应的坐标值，倾角精确度为±0．1。、问题，又可以完成深孔钻进，取得了较好的方位角精确度为±0．5。，从而使测量对打钻效果。过程的影响减小到最小。3．1深孔定向钻进机理定向钻进作为一项成熟的钻进技术广泛应用于煤矿瓦斯抽放

6、、地质探测等领域，该技术的关键部位在于孔内马达驱动装置和配套的测量技术。孑L内马达驱动装置如图3所不。图4钻进买时测量系统3．3施工工艺流程(1)设计图3孔内马达驱动装置示惹图每一个孔在钻进以前，都需要由专门的高压水通过钻杆输送至孔内马达，孑L内设计人员根据钻孔布置要求，尽可能地收集马达内部的转子在高压水的冲击作用下转所有的参考资料(地质、测量、地面钻孑L、动，通过前端轴承带动钻头旋转，达到破煤煤层钻孔等)，做出需要施工钻孑L的设计参的目的。在钻进过程中，钻杆本身不转，只数，包括垂直面和水平面的投影图，并通过有钻头的旋转运动，从而有效地降低了钻机任务交代

7、，使钻工明确地清楚该钻孔的钻进的负载。孑L内马达的弯接头是一个关键部意图。件，它和钻杆之间有一定的夹角，由于弯接(2)开孔头的作用，钻孔的轨迹不再是传统钻机所形首先用直径为150mm的专用扩孔器扩成的略带抛物的直线轨迹，而成为一条偏向孔15m，退出扩孔器后进行封孔工作，然后弯接头方向的空间曲线。通过选择不同规格将孔内马达放入孑L内并连接MECCA钻杆，(通常规格有l。、1．25。、1．5。、2。，这个度依照MECCA孔外仪的提示进行开新孔操数是指钻杆每前进3m所能变化的最大值)作。的弯接头可以改变钻孔曲率半径，并且在适(3)钻进当的位置还可以作分支钻孔钻

8、进。正常钻进如同传统钻机的操作程序：启3．2测量系统及参数定义动水泵，待孔中返出