煤矿井下随钻测量定向钻进技术
探讨煤矿井下定向钻进技术在井下地质勘探中的实际应用
探讨煤矿井下定向钻进技术在井下地质勘探中的实际应用煤矿井下定向钻进技术是一种先进的地质勘探技术，通过钻机在井下进行钻进，探测目标地点的地质情况，为煤矿开采、勘探提供重要的技术支持。
本文将探讨煤矿井下定向钻进技术在井下地质勘探中的实际应用。
一、煤矿井下定向钻进技术的概述煤矿井下定向钻进技术在井下地质勘探中的应用，是通过采用钻进工具沿着预定方向向目标地点钻进，并且在钻进的过程中，测量并分析钻进过程中所遇到的地质信息。
这种方式的优点在于，其钻进过程可在远距离地进行，而且不会受到井下煤尘的干扰，尤其，它可以在井下煤矿采煤过程中使用，因此，也被广泛地应用于煤矿勘探领域。
二、煤矿井下定向钻进技术的应用场景煤矿井下定向钻进技术在井下地质勘探中的应用场景可以分为以下几个方面：1、煤层开采方向判别：通过钻进的方式，获取更为精确的煤层地质信息，并结合有关数据和资料，钻进目标区域以确定进刀方向及拱形特征信息。
这不仅能够大大提高煤层开采率，还可提高煤层采掘的安全系数。
2、区域地质勘探：通过对特定的目标区域进行钻进，获取该地段的地质情况，以便于今后更加准确地进行区域勘探。
这种方式既节省了煤矿井下防尘作业周期，又大大避免了煤尘危害等问题。
3、煤层裂隙岩溶空间勘查：通过钻进的方式，利用测量数据和岩性条件，获取煤层以及岩溶空间的相关信息，为煤矿勘探提供详细的岩性和裂隙条件信息。
4、煤层井筒勘查：通过钻进的方式，获取煤层井筒的相关数据，以便于今后对该煤层的开采、识别和评估等方面进行指导。
5、煤层地质构造走向判别：通过定向钻孔，获取煤层的地质构造走向，以便于今后更好地进行地质勘探。
三、煤矿井下定向钻进技术的应用效果1、提高了煤矿勘探效率：井下定向钻进技术可以帮助勘探人员在较短时间内采集到丰富的地质信息，这大大提高了勘探人员的工作效率，同时减少了勘探进度和费用上的浪费。
2、加快了煤矿开采进度：利用井下定向钻进技术对煤矿进行勘探，可以更加准确地把握煤层的走向和危险区域，从而提高开采效率，实现开采效益最大化。
煤矿井下定向钻进工艺技术的分析
煤矿井下定向钻进工艺技术的分析摘要：随着社会经济的快速发展，定向钻进技术在石油工业、煤炭和地质等各个领域占据着十分重要的位置。
在我国煤矿综合推广工作的收益率和效率不断提升的情况下，矿井瓦斯地质异常检测和瓦斯钻孔轨迹的控制精度要求逐步提高，其在煤矿井下得到了十分广泛的应用，其不仅可应用于煤矿井下瓦斯抽采，还能够应用于煤矿井下探放水及工作面地质构造探测等工程领域，均取得了较好的效果。
关键词：煤矿井下；定向钻进工艺；应用1.煤矿井下定向钻进工艺技术的应用原理及特征1.1原理就现阶段煤矿井下定向钻进工艺技术来说，这是一种使用了随钻测量还有水力排渣功能的钻孔工艺技术[1]。
该技术应用的主要原理其实就是在泥浆泵加压静压水的过程中，采取钻杆里面的供水通道来将静压水运送到孔的底部，这样就可以使得孔底的螺杆马达在驱动的作用下进行旋转。
接着把动力提供给钻头旋转切削煤岩，以此来使得水沿着孔壁和钻杆之间的孔隙流动，进而将孔内的钻屑排除出去。
在具体施工的时候，对于孔底钻具的空间参数指标（如方位角还有倾角等）就可以利用随钻测量的系统来对其进行实施测量，这样操作的人员就可以通过设计参数和施工参数之间的对比来对孔底钻具的工具面向角来进行调整，以此来开展下一次的钻井施工[1]。
1.2特征煤矿井下定向钻进工艺技术具有以下特征：（1）稳定组合钻具该钻具具有着比较高的强度以及比较广的地层适应性，并且具有着操作性强以及成本低的特征，而且其结构相对简单，对于冲洗液的性能方面也没有特殊的要求。
同时，对于钻孔的倾角而言也是比较容易控制。
然而对于方位角来说，其控制方面的能力却是比较差的。
因此，该种钻具对于钻进定位精度要求不高并且深度在八百米以内的施工比较适用。
（2）孔底螺杆马达钻进对于孔底螺杆马达钻进的钻具而言，其具备较为复杂的结构，所以其成本也比较高，而且还要求有关操作的人员要具有比较高的技术水平。
同时，还钻具对于方位角还有倾角都有着比较强的控制调节能力，可以精准实时的进行随钻测量，并且其定向精度比较高。
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
煤矿井下随钻测量定向钻进技术发表时间：2020-12-30T02:21:57.407Z 来源：《中国科技人才》2020年第24期作者：程建未[导读] 煤矿生产作为当前社会生产中的重要组成部分，对于社会经济的发展有着极为重要的作用。
中国煤炭地质总局一一九勘探队河北省邯郸市 056400摘要：煤矿生产作为当前社会生产中的重要组成部分，对于社会经济的发展有着极为重要的作用。
这就要求有关部门可以对煤矿开采有着足够的重视，确保煤矿开采工作可以顺利进行。
在这一过程中，相关部门应当对煤矿井下随钻测量定向钻进技术有着一个较为基本的了解，确保煤矿随钻测量结果的准确性。
随钻测量技术在煤矿开采中的合理应用，可以有效提高煤矿钻孔轨迹的精确控制，使得当前的煤矿开采更加高效化。
同时，随钻测量定向钻进技术还可以被应用于地质勘测中，在地质行业中有着较为广泛的应用。
通过对随钻测量定向钻进技术的研究，有效推动煤矿开采效率的提高，还能在一定程度上推动当前社会经济的稳定发展。
关键词：煤矿；随钻测量；定向钻进技术；分析随着社会经济的快速发展，人们对于煤矿开采也有着更高的要求。
煤炭作为当前较为常用的能源之一，对于社会经济的稳定发展有着极为重要的作用。
通过煤矿开采效率的提高，从而实现当前社会生产力的稳步提高。
随钻测量定向钻进技术作为煤矿开采中较为重要的施工工艺，对于煤矿开采效率的提高有着较为直接的影响。
这就要求有关部门能够对煤矿随钻测量定向钻进技术有着足够的重视，使得当前的煤矿开采可以更加合理化。
在这一过程中，煤矿企业还应当注意对于工作人员专业素养的培养，确保工作人员可以充分满足煤矿开采的需要，有效实现煤矿经济效益的提高。
同时，煤矿随钻测量定向钻进技术不仅可以被合理应用于煤矿领域，还可以被应用于地质勘测中，对于地质行业的发展有着较为重要的作用。
下面本文将针对煤矿随钻测量定向钻进技术进行分析研究。
1.随钻测量定向钻进技术原理1.1.钻进技术在对煤矿随钻测量定向钻进技术进行分析时，首先工作人员需要对煤矿随钻测量定向钻进技术原理有着一定的了解，确保煤矿开采可以顺利进行。
煤矿专用定向钻机定向钻进技术与装备
2.定向钻机系列简介——钻机
（4）ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
13000钻机优势
岩石钻孔深度 定向钻孔直径 孔底马达转矩
钻杆直径 给进/起拔力
最大转矩 电机功率
≥500m
≥800m
提高钻孔效率，降低孔内事故
96mm
120mm
提高钻孔瓦斯抽放效率
450N.m
800N.m
提高了钻机岩石钻进效率
73mm 160kN 6000N.m
89mm 280kN 13000N.m
ZYWL-4000D定向钻机（标准型）
2.定向钻机系列简介——钻机
（3）ZYWL-4000D定向钻机（标准型）
项目
钻进深度 开孔直径 终孔直径 钻杆直径 额定输出转速 额定输出扭矩 给进/起拔力 给进行程 正常给进速度 调斜角度 制动扭矩 爬坡能力 电机功率
外形尺寸
整机重量
单位
m mm mm mm r/min N.m kN mm m/min ° N.m ° kW
为降低钻机成本，对普通履带式钻机的进行定向化改进，设计了经济型 定向钻机，钻机结构尺寸进一步缩小，开孔角度调斜范围进一步扩大，性价 比大幅提高。可配备履带式泵车（进口）或底座式泥浆泵（国产）。
ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
履带式泵车（进口泵）
国产泥浆泵
2.定向钻机系列简介——钻机
（4）ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
煤矿井下随钻测量定向钻进技术及应用
随钻测量定 向钻进配套装备 由定 向钻机 、 泥浆
泵、 孔底 马达 、 下 无 磁钻 杆 、 测量探管 、 上无 磁 钻 杆 、 通 缆式钻 杆 、 通缆 式 送 水 器 、 通讯电缆、 孔 口监 视 器 等组 成 。钻进 系统 连 接 如 图 １所 示 ， 泥 浆泵 提 供 的 高 压水通 过送 水器 、 通 缆 钻杆 进 入 孔 底 马 达 内驱 动 马 达旋转 ， 从 而带 动钻 头旋转 切 削煤 岩层 ， 钻进 过程 中整个钻 杆 柱不旋 转 ， 仅孔 底 马达 带 动 钻 头 回转 碎 岩 钻进 ， 而钻 孔轨 迹 控 制 主要 通 过 改 变 孔底 马 达 弯 角 的方 向 （ 即工具 面 向角 ） 来 实 现 。系统 中 的随钻测
面 只需要 布置 ２ ～３个钻 场 ， 即可使 钻孔 均匀 覆盖 整
量探管将钻孔的倾 角、 方位角和工具面 向角实时传 输￣ Ｊ Ｉ ： ｆ Ｌ 口监 视器 内进 行处理 、 显示 ， 形 成钻 孔实 钻轨
迹 。根 据设 计钻 孔 的 轨迹 与实 钻 轨 迹偏 斜 状 况 ， 调
整 孔底 造斜 工 具 面 向角 以达 到 调 整 钻 孑 Ｌ 轨迹 的 目
抽采钻孔及其他特 殊钻孔 工程领 域。本 文通过对 随钻 测量 定 向钻进 技术原 理介 绍， 阐述 了定 向钻进 技术
在煤矿 井下瓦斯抽采 、 地 质勘探、 防治水及 防灭火领 域定 向钻孔 的适用条件 、 布孔 方式、 成孔 原理及 应用效
果， 为我国煤矿井下瓦斯治理 、 地 质勘探 、 水害 防治及 防灭 火等 工程提供技术借 鉴。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —０ ９ —０ １ 源自定 向钻 进技 术 的应 用
煤矿井下随钻测量定向钻进技术与应用探究
煤矿井下随钻测量定向钻进技术与应用探究作者：李磊来源：《中国科技纵横》2018年第06期摘要：本文简要阐述了随钻测量定向技术的应用原理，并对随钻测量定向钻进工艺做出了分析，随后进一步探讨了煤矿井下随钻测量定向钻进技术的应用。
以期通过本文的分析与研究，能够为煤矿井下作业技术的进一步完善提供相应的参考与借鉴。
关键词：煤矿；瓦斯抽采；随钻测量；定向钻进中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0180-02随着社会的发展和科技的进步以及城市化进程的不断推进，促使对于煤炭等能源的应用数量与范畴进入到全新的阶段。
在煤矿井下开采环节中，随钻测量定向钻进技术应用范围也呈现出逐渐扩展的趋势，通过应用此种技术，不仅能够完成较硬煤层的瓦斯抽采，还能够进行地质勘探等作业。
因而对此项技术进行应用研究，便具有典型的现实价值与意义。
1 随钻测量定向钻进技术原理1.1 钻进技术随钻测量定向钻进设备由两部分结构构成，且钻进设备是其中的基础部分之一。
应用于煤矿作业中的随钻测量定向钻进设备，其钻进设备中涵盖定向钻机、泥浆泵以及马达等部件。
在钻进设备运行过程中，泥浆泵通过对高压水的输送，使马达能够利用高压水来完成驱动与转动，进而为钻机的作业提供原动力。
在此过程中，钻进方向也由马达进行调控。
1.2 测量技术除了钻进设备之外，随钻测量定向钻进设备中的另一大核心技术，便是测量技术。
设备中的测量探管，可对钻孔倾斜角、方位角以及工具面向角等进行探测和接收，并由监视器生成钻孔路径图形。
由此便可使之与设计路径图形做出实时比对，以此做出更为精确的调整，确保钻孔路径与设计路径相同。
2 随钻测量定向钻进工艺分析2.1 水平长钻孔施工工艺通常情况下，煤矿井下瓦斯抽采的技术人员，希望钻孔作业能够穿透更厚的煤层，并尽量确保钻孔长度能够最大限度的延伸，以此来确保瓦斯抽采作业的准确与高效。
同时，在进行地质构造勘探过程中，若面对相对复杂的地质构造时，要尽可能的对构造障碍进行避让，来尽量增长钻孔长度。
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
东翼胶带巷 东翼回风巷 东翼轨道巷
113槽回运风料顺道 113工作面一号联络巷 113工作面二号联络巷
实 例——陕西彬长亭南煤矿试验
113运输顺槽
2-1分支孔
1-2分支孔 1-3分支孔
113回风顺槽
2#主孔 1#主孔
1-1分支孔
1# 主孔终孔深度1046m，创造了当时我国煤矿井下瓦斯抽放水平定向钻孔的最高记 录，并施工3个分支孔，1-1分支和1-3分支从回顺巷道中靶穿出； 2# 主孔深度822m，施 工1个分支孔，从运顺巷道中部中靶穿出。
随钻测量定向钻进设备组成
设备组成： 1.定向钻机 2.钻杆 3.钻头 4.泥浆泵 5.螺杆钻具 6.随钻测量系统
定向钻机
定向钻机： ZDY6000LD、ZDY6000LD(A)、ZDY4000LD
定向钻机
ZDY6000LD(A)钻机为整体式布局，由主机、电机泵 组、操纵装置、履带车体、稳固装置、电磁起动器、 泥浆泵八大部分组成，各部分之间用高压胶管和螺栓 连接。
煤矿井下随钻测量定向钻进分类
本煤层定向孔 煤矿井下随钻测量定向钻进技术适用于普氏硬度系数大
于等于1（f≥1）的较完整煤层，但不能在煤层断层带或煤层 陷落柱区域内钻进。 a 单孔抽放 b 主孔与分支孔联合抽放（羽状分支孔）
煤矿井下随钻测量定向钻进分类
梳状定向孔 煤层硬度系数较小，煤质松软，在煤层中难以成孔，采用
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
中煤科工集团西安研究院钻探所
定向钻进定义
• 石油钻井中定向钻进的定义：沿着预先设计的井 眼轴线钻达目的层的钻井方法。
• 地质勘探中定向钻进的定义：利用钻孔自然弯曲 规律或采用人工造斜工具，使钻孔按设计要求进 行延伸钻到预定目标的一种钻进方法。
煤矿井下随钻测量技术
技术发展历程
应用场景：煤矿井下随钻测量技术主要用于井下钻孔的测量，包括竖井、斜井、平巷等场合，也可用于其他矿产资源的勘探和开发。
优势
高精度：可以实现对钻孔的深度、方位角、工具面等参数的高精度测量。
实时性：可以实时获取钻孔参数，及时调整钻进方向和深度。
可靠性：采用高可靠性的传感器和数据处理技术，保证了测量结果的准确性和稳定性。
安全性：可以避免因人为因素导致的测量误差，提高了煤矿开采的安全性。
应用场景与优势
02
煤矿井下随钻测量技术系统组成
采用高强度、高耐磨性的合金钢和不锈钢制造，以确保钻具的耐用性和可靠性。
钻具材料
钻具尺寸
钻具附件
根据不同的地层条件和测量需求，选择不同直径和长度的钻具。
如钻头、稳定器、扩孔器等，用于适应不同地层和扩大钻孔直径。
定向钻进技术
定向钻具
测量与控制系统
定向钻进原理
数据传输流程
随钻测量技术中的数据传输包括数据采集、数据处理和数据传输三个步骤。其中数据采集是依靠传感器收集钻孔过程中的各种参数；数据处理是对采集到的数据进行处理和分析，提取有用的信息；数据传输是将处理后的数据实时传输至地面控制中心。
数据传输协议
随钻测量技术中的数据传输协议通常采用国际通用的协议，如MODBUS协议等，以保证数据的通用性和兼容性。同时，为了提高数据传输的效率和稳定性，通常会采用压缩算法对数据进行压缩处理。
导航部分
导航定位
根据导航定位信息，控制钻具的移动轨迹，确保钻孔的准确性和稳定性。
导航控制
将导航信息以图形或数字形式显示在控制面板或计算机屏幕上，方便操作人员监控和操作。
导航显示
采用可充电电池或太阳能板等可再生能源作为电源，以确保持续供电。
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1.定向钻进技术简介
（3）煤矿井下定向钻进技术发展历程（国外发展）
定向钻进技术应用于煤矿井下起步于20世纪六七十年代美、 德、英等西方发达国家，初期主要是移植在石油钻井中成功 应用的稳定组合钻具。
进入 20世纪90年代以后，螺杆钻具得到快速发展。美国 用螺杆钻具和定向钻进监测仪器钻成1432.56 m 的瓦斯抽采 孔。澳大利亚在煤质较硬的稳定煤层中采用螺杆钻具、导向 工具钻进时，孔深可达1000 m 以上，并进行多个分支孔施工； 在易发生坍塌、掉块等事故的复杂地层使用普通回转和螺杆 钻具相结合的钻进方法，孔深也达到400~700 m。
与传统的回转钻进不同，螺杆马达带动钻头旋转破碎岩 石时，整个钻杆柱和螺杆钻具的外壳（包括造斜件）不旋 转，所以造斜件弯曲的方向即是钻孔将要弯曲的方向。
常规钻进 ➢ 钻孔深度有限 ➢ 钻孔数量多 ➢ 劳动强度大 ➢ 施工周期长 ➢ 封孔质量差
定向钻进 ➢ 轨迹精确控制 ➢ 有效距离长 ➢ 多分支孔 ➢ 钻进效率高 ➢ 一孔多用 ➢ 集中抽采
1.定向钻进技术简介
术自 2008 年试验成功以来， 已在国内30 多个矿井进行推广应用，在硬煤层钻进中最大 主孔孔深 1212 m，最大分支孔孔深915 m，累计施工钻孔 进尺达数百万米。
从此之后，中煤科工集团重庆研究院、沈阳北方交通重 工集团先后进行研究并生产出同类产品。
煤矿井下定向钻进技术培训系列
1.煤矿井下随钻测量定向钻进技术
1. 定向钻进技术简介 2. 定向钻进技术与装备 3. 定向钻进技术的应用 4.研究与发展方向
1.定向钻进技术简介
（1）基本概念
近水平定向钻进（HDD）技术是指利用钻孔自然弯曲规律 或采用专用工具使近水平钻孔轨迹按设计要求延伸钻进至预 定目标的一种钻探方法，即有目的地将钻孔轴线由弯变直或 由直变弯。
在接下来的近10 年，倡导并积极推进以稳定组合钻具为核 心技术的煤矿井下定向钻进技术的发展，并取得了很好的效 果，分别于1999 年、2000 年和2002 年完成603 m、721 m 和 865 m 的煤矿井下近水平定向钻孔，创造了当时国内之最。
1.定向钻进技术简介
（3）煤矿井下定向钻进技术发展历程（国内发展）
目前煤矿井下近水平定向钻进技术主要有稳定组合钻具 钻进和孔底螺杆马达钻进2种工艺技术。
孔底螺杆马达钻进以螺杆马达（高压冲洗液作为传递动力介质） 作为孔底动力钻具，通过采用带有不同形式造斜件（弯外管或弯 接头）的螺杆钻具并配备随钻测斜仪器，就可进行满足不同需要 的定向钻进施工。
1.定向钻进技术简介
（2）与常规钻进的区别和技术特点
从2005 年起，煤科总院西安院以国家重大科技支撑计划 项目为依托，对孔底螺杆马达定向钻进技术与配套机具进行 研究开发，研制成功了适合我国矿井地质条件的千米定向钻 机，Ф73 mm 高强度大通孔通信钻杆和新型随钻测量系统。
2007 年12 月在陕西彬长矿区大佛寺矿现场试验中主孔终 孔深811.8 m；2008年4 月在淄博矿业亭南矿钻进主孔2 个， 终孔直径94 mm，最大孔深超过1000 m。
1.定向钻进技术简介
（4）适用条件和应用范围
a) 煤层条件 煤矿井下定向钻进技术适用于普氏系 数f≥1 的较完整煤层，避免在煤层破碎带或煤层陷落柱 区域内布置定向钻孔。
2007 年 宁煤集团引进同型号的钻机，在白箕沟矿半煤半岩 地层也完成了孔深1023 m的钻孔，终孔直径94 mm。煤质较 硬是这些应用实例取得成功的主要原因，虽然有些钻孔达到 或超过1000 m，但断钻杆、掉钻具的问题仍较突出。
1.定向钻进技术简介
（3）煤矿井下定向钻进技术发展历程（国内发展）
我国煤矿井下近水平定向钻进试验研究始于20 世纪90 年 代初。1993 年煤科总院西安院在大同矿务局四台矿施工勘探 地质异常体的近水平钻孔，采用以孔底稳定组合钻具为主， 局部孔段使用国产的螺杆钻具纠斜钻进的方法，使孔深达到 了302.5 m。由于受当时国内螺杆马达、测斜仪器等制造技术 落后的限制，西安院暂时放弃了用孔底螺杆马达实施定向钻 进的技术途径。
1.定向钻进技术简介
（2）与常规钻进的区别和技术特点
孔底螺杆马达定向钻进技术具有以下特点：
a. 钻具结构较为复杂，价格昂贵，对操作人员的技术水平要 求较高；
b. 对倾角、方位角控制调节能力强，可进行实时精确随钻测 量，定向精度高、效果好，易于实现深孔以及多分支孔钻进；
c. 受螺杆马达及配套钻杆结构和能力的制约，对冲洗液的净 化要求高，施工钻孔直径一般在96 mm，不满足施工大直径钻孔 的需要；
由于这些煤矿地质条件复杂，煤层松软，进口钻机配套钻 杆壁薄、强度有限，使用中经常发生钻杆折断、螺杆钻具脱 落等孔内事故，成孔率非常低。即使在国外专家指导下, 最 深钻孔也只有470 m，不足钻机标定钻进能力的一半。
1.定向钻进技术简介
（3）煤矿井下定向钻进技术发展历程（国内引进）
2003 年，山西亚美大宁能源有限公司利用引进的VLD 定 向钻机进行瓦斯抽采和探测煤层顶底板。在国外专家指导下， 施工完成千米定向瓦斯抽采钻孔1个，主孔深度1002 m，终孔 直径94 mm。晋城寺河矿自2005 年 开始，先后引进6套澳大 利亚VLD1000型钻机，用于瓦斯抽采钻孔施工，并于2006 年 完 成 主 孔 深 1005 m 的 钻 孔 1 个 ， 此 外 主 要 施 工 孔 深 在 200~500m 的沿煤层定向瓦斯抽采钻孔。
2002 年2 月，澳大利亚VLD 公司用螺杆钻具完成了孔深 1761m 的煤矿井下水平定向孔。
1.定向钻进技术简介
（3）煤矿井下定向钻进技术发展历程（国内引进）
鉴于近水平定向钻进技术在国外的成功应用，20世纪90 年代中期，我国一些煤矿企业陆续从美国、澳大利亚进口9 套千米定向钻机，例如美国的LHD-15 型钻机、澳大利亚的 LMC-75 型和UDR 系列钻机，分别在松藻、铁法、淮南、抚 顺、平顶山等矿务局试用。