深孔定向千米钻机的应用
（简版）千米钻孔与普通钻孔对比分析报告
（简版）千米钻孔与普通钻孔对比分析报告千米钻孔与普通钻孔对比分析报告定向长钻孔钻进技术是未来煤矿瓦斯治理发展的必然趋势，该项技术能够有效地解决矿井掘进工作面和回采工作面的瓦斯问题，缓解了矿井抽、掘、采接替紧张的局面。
千米定向钻机钻进工艺具有钻孔长、百米流量大、有效抽采时间长、布孔均匀、工程量小和瓦斯抽采浓度高等优点，提升矿井区域瓦斯治理技术水平，有力保障了矿井安全。
定向钻机的应用可以提高矿井瓦斯抽采量，增加了瓦斯利用量，在创造经济效益的同时还创造了巨大的环保效益。
1.千米钻机对比普通钻机的优势1）千米定向钻机实现了长距离钻进。
首先可对掘进工作面实行长距离条带预抽，提高掘进效率；其次可在工作面尚未形成之前在大巷开设钻场沿工作面走向，向工作面及运输和回风顺槽施工长钻孔，提前对其进行预抽，增加了预抽期，提高抽采效率；再次可在顺槽设钻场向垂直于工作面施工长钻孔，一次解放两个工作面和三条掘进巷道；2）千米定向钻机具有先进的导向和可视功能，确保钻孔严格按照设计轨迹在煤层中穿行，提高钻孔有效进尺，同时避免了抽采盲区的发生；3）千米定向钻机可施工穿层长钻孔，钻孔有效抽采段长，能很好的解决邻近层、采空区和上隅角瓦斯；4）千米定向钻机可在一个主孔内开设大量分支孔，贯穿煤层层理，沟通裂隙，提高煤层的透气性，增加抽采影响范围，从而提高抽采效率；5）千米定向钻机还具有对煤层远距离探顶、探底、探构造、探放水等多种功能。
2.千米钻机与普通钻机对比以大平煤业3109工作面从采面形成到后期回采结束，综合对比分析普通钻机与千米钻机。
3109工作面长度为1626米，宽度为184.9米，煤层平均厚度为6.2米，工作面可采煤炭储量为：260.96万吨。
其中3109运输巷长度为1720米，3109回风巷为1691米，掘进出煤量为：6.8万吨。
下表为普通钻机与千米钻机就3109工作面施工情况、成本对比：钻机类型普通钻机千米钻机所需钻场个数（个）102 9所需钻孔个数（个）1992 36钻孔设计长度（米）100 500钻孔总进尺（米）206520 15370单台钻机完成总进尺所需时间15 5（月）人工费（元）￥4,130,400.00封孔费（元）￥1,992,000.00￥13,064,500.00 耗材费（元）￥2,065,200.00钻机折旧费（元）￥124,666.67掘钻场费用（元）￥2,040,000.00 ￥180,000.00抽放管路费用（元）￥1,720,000.00 ￥366,000.00后期管理费用（元）￥300,000.00 ￥50,000.00费用总计（元）￥12,372,266.67 ￥13,660,500.00钻孔控制区域煤炭可采储量267.76（万吨）吨煤钻孔施工成本￥4.62 ￥5.10（元/吨）由上表可看出，完成相同区域抽采钻孔施工，千米钻机在成本方面比普通钻机略贵，但其施工周期比普通钻机短，千米钻机钻孔一次覆盖的范围比普通钻机大，而且千米钻机最主要的功能就是施工长钻孔来消突，对整个矿井安全生产来说这是至关重要的，另外千米钻机的区域预抽可以有效的解决矿井采掘衔接的难题，大幅提高及矿井的生产效率，其经济效益是无法估量。
千米定向钻机培训资料
千米定向钻机培训资料一、什么是千米定向钻机千米定向钻机，简称定向钻机，是一种用于在地下进行水平、垂直或者倾斜定向钻探的工具。
它利用高压液体驱动钻头在地下进行钻探，可以应用于地质勘探、工程建设、石油开采等领域。
定向钻机具有钻孔精度高、可控性强、施工效率高等优点，逐渐成为工程施工中的重要设备。
二、定向钻机的工作原理定向钻机主要由液压系统、控制系统和钻具组成。
液压系统负责提供动力，控制系统负责控制方向和位置，钻具则具体执行钻探作业。
具体工作过程如下： 1. 钻机通过液压系统驱动旋转钻杆，产生旋转力。
同时，液压系统将高压液体输送到钻头内部； 2. 高压液体通过钻头的喷嘴喷射出来，产生的推力可以将钻头推向地下，完成钻进； 3. 钻杆在钻进的过程中，通过控制系统调整旋转和倾斜角度，以实现定向钻探； 4. 钻进到目标位置后，停止供液，钻杆逐渐回转退出。
三、定向钻机的应用领域定向钻机广泛应用于以下领域： 1. 地质勘探：用于获取地下构造、岩层和矿产资源等信息； 2. 水井钻探：用于钻取供水井、排水井等； 3. 油气开采：用于钻取石油、天然气的生产井； 4. 地下工程：用于建设地铁隧道、桥梁基础等。
四、千米定向钻机的关键技术千米定向钻机的关键技术包括以下几个方面： 1. 定向控制技术：通过控制钻杆的旋转和倾斜，实现钻孔的定向控制； 2. 钻头设计技术：合理设计钻头结构和钻头喷嘴，提高钻进效率和钻头的耐久性； 3. 液压系统技术：提供足够的液压动力和控制能力，确保钻进过程的稳定性； 4. 钻杆材料技术：采用高强度合金钢材料，提高钻杆的耐磨性和抗扭转能力。
五、定向钻机的操作技术要点定向钻机的操作技术要点包括以下几个方面： 1. 钻孔设计：根据实际需求，合理设计钻孔的方向、位置和倾斜角度； 2. 钻具组装：正确组装钻具，保证钻具质量和连接可靠； 3. 液压参数调整：根据不同岩层的硬度和钻孔深度，调整液压系统的参数； 4. 定向控制操作：根据钻进过程中的测量结果，调整钻杆的旋转和倾斜角度，实现定向控制； 5. 安全操作：遵守操作规程，确保安全生产。
煤矿井下千米定向钻进技术及其应用
等 问题 的制 约 ， 重 影 响 钻 进 深 度 和 成 孔 率 ， 使 严 致 长 钻 孑 预抽 瓦斯 措 施 无 法 在 矿 井 瓦 斯 治 理 中发 挥 Ｌ 更 大作 用 。如 何 解 决这 一 技 术难 题 ， 实 现深 孔 大 是
面积 预抽 防 治瓦斯 的关键 。
钻 头 ， 钻 头破 碎方 向不 垂直 于原 孔底 平 面 ， 头 同 使 钻
领 域 的研 究 是多 方 面 的 。但是 我 国煤 层埋 藏地 质 条
件 复杂 ， 长钻 孔 成孔 工 艺 难度 较 大 。 目前 利 用 千米 定 向钻 机进 行 顺 煤 层 钻 孔 施 工 试 验 的 国有 大 型煤 炭 集 团 中 ， 晋 煤 寺 河 矿 取 得 了理 想 效 果 外 ， 余 仅 其 长 距 离试 验 中 经 常受 到 瓦斯 喷孔 、 孔 抱 钻 、 孔 塌 堵
时 ， 头唇 面 的轴 向受力 不 均衡 ， 钻 孔底 平 面轴 向破碎
速 度有 快有 慢 ，即孔 底 平 面产生 不均 匀 、不对 称破 碎， 存在 速 度 差 ， 钻头 中心 线可 能 偏 离钻 孔 轴 线 。 使 当钻 头 中心线 偏 离 原钻 孔 轴线 一定 角 度 时 ，钻压 Ｐ 就 不再 沿钻 孔轴 线方 向 ，而 是偏 离一 个角 度施 加给
时破碎孔底（ 轴向分力作用 ） 和孔壁（ 径向分力作用 ）
的一部 分 ， 孔 底破 碎不 对称 ， 而使 孔 偏斜 。２空 使 从 ）
间条件 ： 指孔底 钻具组 合与 孔壁之 间存在 空隙 。它 是
２ 定 向钻进 受控 机 理
目前 国 内使用 最 多 的定 向钻 机 有两 种 型 号 ： 澳
收 稿 日期 ：００ １— ７ ２ １ — １ １
千米定向钻机在高压探放水中的应用研究
千米定向钻机在高压探放水中的应用研究摘要：本文主要讨论了千米定向钻机在高压探放水中的应用研究。
结合实践，着重介绍了千米定向钻机适用于较高压探井的特点、优势和适用范围。
同时，对千米定向钻机在高压探放水中的应用实施步骤做出了详细的分析，以及考虑到应用中可能存在的风险问题。
本文还将千米定向钻机和其他钻机技术进行了比较，探讨不同技术之间的优劣。
关键词：千米定向钻机高压探井探放水应用研究正文：1. 介绍本文主要讨论了千米定向钻机在高压探放水中的应用研究。
千米定向钻机是一种新型钻机，它具有柔性导航能力，可以实现对下部穿越地层的精确定位，从而可以适用于钻井截止压力接近或超过100MPa的高压探井工况。
该技术也非常适合岩性复杂和钻井深度较大的地区。
本文将结合实践，着重介绍千米定向钻机适用于较高压探井的特点、优势和适用范围，并对千米定向钻机在高压探放水中的应用实施步骤做出详细的分析，以及考虑到应用中可能存在的风险问题。
我们还将千米定向钻机和其他钻机技术进行比较，探讨不同技术之间的优劣。
2. 诊断和分析在分析高压探放水应用中千米定向钻机的优势之前，必须对所使用的设备进行全面诊断，以确保钻机的安全和可靠性。
定位精度需要满足建立精确的定位曲线所需的要求，而定位读数的准确性也是千米定向钻机的重要特点之一，可以使定位和测量的过程更加准确。
此外，钻机的进尺速度和出尺速度也是影响钻进成果的重要因素。
应使用可以提供同时高质量起钻和下钻数据的精密定位系统来满足这些所需的要求。
3. 功能优势千米定向钻机在高压探放水应用中具有显著的优势，如较高的精度和可靠性，从而可以实现准确的定位。
此外，它也可以提供灵活的操作、快速的旋转速度和准确的测量，实现有效的探放水。
另外，它具有较强的耐压性能，能够承受通常钻井工况下的高压，并可以提供更高的下钻效率以及更准确的定位数据。
4. 危险性在千米定向钻机在高压探放水应用中，可能会面临许多风险，尤其是钻机发生故障或故障时无法立即停止操作。
千米钻机在高河煤矿瓦斯抽放上的应用
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５— ２ ７ ９ ８ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ３ ． ０ １ ０
千 米 钻 机 在 高 河 煤 矿 瓦斯 抽 放 上 的应 用
冯 浩 ， 高 云
（ 潞 安 集 团 高 河 能源 有 限公 司， 山 西长 治 ０ ４ ７ １ ０ ０ ）
个关键部件 ， 它和钻杆之间有一定的夹角 ， 由于弯 接头 的作用 ， 钻孔的轨迹将不再是传统钻机所形成 的略带抛 物 的直线 轨 迹 ， 而 成 为 一 条偏 向弯 接 头 方 向的空 间 曲线 ， 可 通过选 择 不 同规 格 （ 通常 为０ ． ７ ５ 。 ，
一
ｌ 。 ， １ ． ２ ５ 。 ， １ ． ５ 。 ， ２ 。 ， 这个 度数 指 的是钻 杆每 前进 ３ ｍ 所能变化的最小值 ） 的弯接头可以改变钻孔 曲率半 径， 并且在适当的位置还可以作分支钻孔钻进 。自 带 的测 量系统 是完 成 深 孔 定 向钻进 的主 系 统 ， 通 过 控制 方位 角 、 弯接 头和倾 角 方 向 ， 根据测 量 出来 的孔 内参 数 ， 得 到测 量 点 的坐 标 ， 绘 出 空 间 曲线 （ 水 平 和
高 河煤 矿 目前 主采 ３号煤层 ， 平 均煤 厚６ ． ６ ７ ｍ， 煤质 为 贫瘦 煤 ， 煤 的坚 固性 系数 ｆ＝０ ． ３ ８～０ ． ４ ３ ， 煤
层 透气 性 为 ０ ． ０ ０ ０ ４ ５ ９ ７～ ０ ． ２ ６ ２ １ ｍ ／ （ ｍｉ ｎ・ ｈ ｍ） ，
斯制 约 高效 生产 的难 题 ， 先 后 引 进澳 大利 亚 威 利 朗 沃公 司 、 中煤 科工 集 团重 庆研 究 院 、 中煤 科 工集 团西 安研究院、 沈 阳北 方 交 通 重 工集 团等 四家 公 司 ５台 定 向千米 钻机 ， 并 在井 下施 工 瓦斯 抽采 钻孔 。
深孔定向千米钻机的应用
深孔定向千米钻机的应用一、矿井简介山西亚美大宁能源有限公司大宁煤矿是由美国亚美大陆煤炭有限公司,山西兰花科创股份有限公司和山西省煤炭运销公司晋城分公司三方合资组建的合作经营股份制企业,是中国第一家中外合作井工矿井•大宁煤矿井田位于沁水煤田东部南段，井田面积，地质储量亿t,可采储量亿t,主采煤层3号煤,平均可采厚度，煤层倾角小于10° ,属近水平煤层;3号煤层服务年限为33年.大宁煤矿所开采的 3 号煤层属于中等变质程度的无烟煤,是优质的化工及动力用煤.3号煤层煤尘无爆炸性，自燃等级为皿级，属不易自燃煤层,2005年,2006年经鉴定属高瓦斯矿井.根据2007年度矿井瓦斯等级鉴定资料,矿井绝对瓦斯涌出量为m3/min, 相对瓦斯涌出量为m3/t, 山西省煤炭工业局批复确定矿井为高瓦斯矿井.根据勘探钻孔及大宁煤矿首采区3号煤层实测资料:百米钻孔自然瓦斯涌出量为~ mSmin,百米钻孔自然瓦斯流量衰减系数为~. 煤层瓦斯压力~，煤层~号煤层的孔隙率％~%瓦斯吸附常数a值为~,b值为~•经计算,大宁煤矿矿井瓦斯储量达亿m3,可抽瓦斯量亿m3,其中3 号煤层瓦斯储量为亿m3,可抽瓦斯量亿m3,具有瓦斯抽放和利用的丰富资源及优越条件.大宁煤矿于2007年 4 月底顺利通过了4Mt/a 扩建项目的总体竣工验收, 6月12日领取了安全生产许可证,7月1 0日领取了煤炭生产许可证.、瓦斯治理情况简介瓦斯抽放是矿井安全生产的重中之重,公司在建矿期间不断加大投资力度,矿井瓦斯抽放取得了明显效果.时至今天,大宁煤矿已配备了目前世界上最先进的VLD-1000型深孔定向千米钻机3台及其配套的DDM-MECCA钻进实时监测系统，实施本煤层大面积预抽，最大孔深达到1002m截止2007年12月底,已完成钻孔数1980个，累计进尺累计抽放混合瓦斯量亿m3,纯瓦斯量亿m3,矿井瓦斯抽放率在80%以上, 有效解决了生产中的瓦斯管理问题,从而保证了矿井的安全生产.（一）瓦斯抽放方法的选择根据大宁煤矿的瓦斯来源分析,矿井瓦斯主要来源于开采层 3 号煤层的瓦斯涌出,部分来源于邻近层的瓦斯涌出和围岩的瓦斯涌出,结合大宁矿井首采区的抽采实践经验,抽放瓦斯方法选择以预抽本煤层瓦斯为主.国内外抽放经验证明:由于预抽排放煤体瓦斯,使煤体发生了收缩变形,当煤体原占据的空间体积不变时,煤体收缩一方面引起了原有的裂隙加大,另一方面也可产生新的裂隙,最终使煤层的透气性增大.因此,长时间的预抽可以取得更好的效果.通过对VLD-1000型深孔定向千米钻机水平长钻孔抽放效果的数字模拟及综合监测分析,确定大宁矿井瓦斯预抽钻孔的布置如图 1 所示. 图1采空区高位穿层钻孔:引进国外先进的采空区瓦斯治理经验,结合千米钻机的钻进特点,在工作面的回风巷侧采用定向钻进技术在 3 号煤层的顶部岩层内向工作面后方打顶板走向长钻孔至采空区上部的裂隙带,实施长壁面的采空区瓦斯抽放.钻孔布置如图 2 所示.图2从保证采掘工作面的安全需要,结合矿井采掘计划安排,确定长壁综采面的抽放时间为 2 年;连采机巷道掘进抽放时间 1 年以上.采掘工作面预抽的孔口负压为20~40kPa采空区顶板抽放的孔口负压为5kPa. 钻孔开，扩孔直径© 150mm采用© 108mmPVC管封孔,封孔材料为聚铵脂，封孔长度6m;钻杆直径© ,采用复合片钻头钻进，终孔直径© 96mm.在抽放过程中对钻孔的抽放负压，甲烷浓度，抽放量等参数进行监测,并根据监测结果对钻孔抽放状态进行调整,以达到最佳抽放状态.（三）抽放管路的敷设井下抽放主管选用螺旋焊接钢管，管径为DN820mm X 12mm,沿巷道底板敷设，连接方式为法兰连接；支管管径为D355mm x 16mm和D225mm x 10mm UPVC管接至钻场，采用吊挂敷设，连接方式为法兰连接.三、抽放钻孔施工工艺目前普通钻机没有导向系统,无法随着煤层的起伏情况做出相应的调整,从而在实际钻进过程中大多数钻孔的有效深度不能满足实际要求，而VLD-1000系列深孔定向千米钻机以其特有的钻进机理从根本上解决了这一个问题。
千米定向钻孔技术研究与应用
TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化94 科学与信息化2019年11月中千米定向钻孔技术研究与应用赵强山西东庄煤业有限公司 山西 长治 046300摘 要 瓦斯治理是高瓦斯安全开采的前提，钻孔抽采瓦斯是防治煤矿瓦斯灾害的根本措施。
千米定向钻进技术能实现长钻定向钻进的精确控制，可提高钻孔瓦斯抽采效率，有效解决高瓦斯危害，减少环境污染，实际应用中存在诸多问题，总结了千米定向钻进技术的应用现状，指出千米定向钻进技术必须在适用性与抽采参数匹配的合理性，使用安全，经济效益等方面加强研究，才能充分发挥其技术优势。
关键词 定向钻进；瓦斯抽采；千米钻孔瓦斯灾害严重影响我国煤炭产量，根据抽采达标，管理到位的瓦斯综合治理技术体系，治理矿井瓦斯灾害关键是抽采瓦斯。
利用千米定向钻机在瓦斯防治的领域研究不断深入，千米定向钻进技术能实现长钻孔定向钻进，保证钻孔轨迹在煤层中有效延伸，在国内不少地区得到推广应用。
我国煤层埋藏地质条件复杂，目前利用千米定向钻机进行顺煤层钻孔施工试验的大型煤炭集团，大部分长距离试验经常收到瓦斯喷孔，堵孔等问题的制约，导致无法发挥长钻孔预抽瓦斯措施有效作用。
1 定向钻进受控机理定向钻进是利用设计要求延伸钻进目标的钻探方法。
与常规钻孔的区别是钻孔设计有特殊的轨迹，目前国内常用的定向钻机分为VLD1000系列与ZDY-6000LD ，必须研究利用地层自然弯曲规律控制钻孔轨迹[1]。
力学条件是实现定向钻进的必要条件，钻孔弯曲定向钻进必须满足力学条件，钻头与孔底接触时，孔底平面轴向破碎速度不同，使钻头中心线偏离钻孔轴线。
中心线偏离孔轴线一定角度，钻压偏离角度施加给钻头，钻头破碎孔底与孔壁。
孔底钻具组合与孔壁存在空隙，是使中心线偏离原钻孔轴线的前提。
钻头作用的方向固定，钻头歪倒方向固定。
带有弯头的螺杆马达是弯曲条件的集合，携带钻头的工具面向角是定向轨迹控制的关键。
工具面是螺杆马达弯头纵向旋转一周的圆面，工具面向角值与测量值对应，如右侧测量值为132m ，设方位角为95.5°，在150m 设计方位角为90°，必须将工具面角值调整到第四象限才能保证钻头轨迹方向。
深孔定向钻机在瓦斯抽采方面的应用杨松
深孔定向钻机在瓦斯抽采方面的应用杨松发布时间：2021-12-30T09:15:02.492Z 来源：基层建设2021年第28期作者：杨松[导读] 伴随着人们对近年来新闻事件的关注和了解，关于瓦斯的概念已经越来越清晰。
因为开采技术的发展，目前瓦斯的防止已经由原来单一形式的瓦斯抽放逐步改变为综合型有计划的瓦斯抽采。
贵州盘江精煤股份有限公司火烧铺矿贵州盘州 553539摘要：伴随着人们对近年来新闻事件的关注和了解，关于瓦斯的概念已经越来越清晰。
因为开采技术的发展，目前瓦斯的防止已经由原来单一形式的瓦斯抽放逐步改变为综合型有计划的瓦斯抽采。
矿井开采过程中，瓦斯作为一种常见危险因素，必须通过有效措施进行抽采。
深孔定向钻机是近几年出现的一种新型瓦斯抽采设备，它的应用能有效增加抽采量，提高抽采效率，简化抽采程序。
关键词：深孔定向钻机；瓦斯抽采；应用引言前阶段，国内大部分矿井依然在采用顶板岩石巷道抽放邻近层和采空区瓦斯，效果虽然不错，但成本非常昂贵。
如何降低瓦斯的抽采成本是目前主要关注的问题。
定向钻机施工顶板瓦斯抽采技术的应用，正好解决了这一难题。
对于原来挖掘岩石巷道的巨额成本而言，定向岩石钻孔对瓦斯进行抽采，费用相对更少。
采用定向钻机施工顶板瓦斯抽采技术不仅仅可以降低瓦斯的抽采成本，减少作业时间，还可以提供瓦斯抽采的浓度。
目前，已经有多家企业进行了顶板岩石水平定向钻孔抽放瓦斯的试验并取得了良好的效果。
1 瓦斯抽采的必要性在目前国内大部分矿井都是地下矿井，在煤炭矿井中，煤体会一直不断地释放瓦斯，大量瓦斯会积存在采空区内。
在采空区内，瓦斯浓度还会随着采空区的深入逐渐升高，在采空区深处，瓦斯浓度往往都超过安全施工上限。
为了避免恶性事故发生，保证施工人员的生命健康，瓦斯抽采势在必行。
2 深孔定向钻机在瓦斯抽采方面的应用2.1 瓦斯抽采的方法根据瓦斯的特性，研究瓦斯在矿井中存在的位置，赋存状况、瓦斯涌出特征的分析研究，结合瓦斯抽采的目的，对瓦斯抽采进行科学部署，实施对煤层首采面采空区和邻近层瓦斯进行抽放作业。
千米定向钻机在黄陵二号煤矿煤层预抽中钻孔深度的合理性分析
千米定向钻机在黄陵二号煤矿煤层预抽中钻孔深度的合理性分析【摘要】千米定向钻机是煤矿瓦斯抽采钻孔施工时引进的一种新型设备，它能够实现定向钻进和钻孔轨迹测量等功能，施工具有钻孔孔径大、深度深、轨迹可控等特点。
千米钻孔的设计应综合考虑千米钻机施工钻孔的工效和钻孔钻孔抽采的效果，以达到抽采目的。
本文就利用千米钻机施工411工作面区域煤层预抽钻孔能够取得更好的预抽效果及减少成本进行论证。
【关键词】千米钻机；黄陵二号煤矿；煤层预抽1 411工作面概况411工作面设计倾向长度260米，走向2650米，预计工作面煤层厚度平均为5.2米。
与411工作面相邻的409工作面煤层瓦斯基础参数为：原始瓦斯含量：1.98-2.12m3t-1；瓦斯吸附常a值为18.856m3t-1r-1，b值为0.465-0.474MPa-1；煤层的孔隙率：8.33～8.67%；煤层原始瓦斯压力：0.38 Mpa；放散初速度最大值：12；煤层的坚固性系数：0.99～1.10。
2 由钻孔施工效率分析钻孔深度的合理性采用千米钻机施工区域预抽钻孔时，需考虑钻孔施工工效，结合钻机设备因素和施工现场客观因素，411工作面区域千米钻孔施工过程中以下几个方面影响钻孔施工工效：2.1 钻孔测量信号的稳定性依据千米钻机技术资料，钻机的钻进依靠高压水驱动孔底马达旋转提供动力，钻孔施工越深，水流阻力越大，钻进动力越小；钻孔轨迹由孔底探管测量后将信号通过中心通缆式钻杆传输至孔口监视器，钻孔深度过长时，有以下几方面因素对信号的传输有负面影响：（1）钻孔施工时间较长时，电池电量不足影响信号监测；（2）孔深施工较深时，通缆钻杆电阻较大，信号较弱；（3）钻孔施工较深时，通缆钻杆接头处进水容易造成通讯连接故障，信号无法传输。
2.2 煤层坚固性系数对钻孔施工的影响经测定，四盘区煤层的坚固性系数为0.99-1.10，根据随钻测量定向钻进技术说明，千米钻机施工本煤层定向钻孔，适用于煤层硬度系数（坚固性系数）≧1的煤层，因此，411工作面区域属于较难施工千米钻孔煤层。
千米钻机在煤矿瓦斯抽采中的应用
千米钻机在煤矿瓦斯抽采中的应用摘要：千米水平长钻孔可以在一定区域范围内进行预抽，还能够实现在某些局部位置进行边采边掘边抽。
千米钻机可以在瓦斯抽采钻孔的施工中进行有效地应用外，还可以运用于井下探测放水、探测煤层厚度、地质结构等相关工程中，为煤矿的安全生产提供了有力保障。
关键词：千米钻机；瓦斯；抽采；应用引言随着科技的不断进步和快速发展，在煤矿瓦斯抽采中也随之研发了千米钻机且在煤矿企业以及矿井中得到了较为广泛的应用。
千米水平长钻孔可以在一定区域范围内进行预抽，还能够实现在某些局部位置进行边采边掘边抽。
千米钻机可以在瓦斯抽采钻孔的施工中进行有效地应用外，还可以运用于井下探测放水、探测煤层厚度、地质结构等相关工程中，为煤矿的安全生产提供了有力保障。
1、千米钻机应用现状千米钻机定向长钻孔抽采，具有施钻效率高、抽采量集中、抽采效率高、衰减周期长的优点，在美、澳等国及部分国内煤矿已经获得很大成功。
２００７年以前，世界上仅有澳大利亚、美国等少数国家掌握千米钻机钻进先进技术，且产品售价较高。
澳大利亚ＶＬＤ１０００系列千米钻机，主要有过滤器、旋转单位、钻杆夹持器、给进装置、稳定性、牵引、水泵、液压泵、电动马达组成。
ＶＬＤ－１０００系列钻机所配套的测量装置ＤＤＭ－ＭＥＣＣＡ（模块化电子定向钻进监视器），可实现钻进实时测量，自动记录测量数据并计算出所对应的坐标值。
北方交通ＺＤＹ系列千米定向钻机，配备高精度随钻测量系统，实现超深孔、高精度导向。
ＺＤＹ１２０００ＬＦ松软煤层超深孔定向钻机，具备软煤层定向钻进能力，可有效克服塌孔和抱卡钻事故。
千米钻机采用钻孔导向系统实现定向钻进，在钻头出设有孔底马达。
目前导向系统有手持式跟踪系统和有缆式导向系统，市场上主要有ＤＣＩ公司的Ｄｉｇｉｔｒａｋ导向装置、雷迪公司的ＲＤ３８６型导向仪等。
目前国内千米实现钻机具有扭矩大，钻杆抗拉能力强，抗扭能力高，探管工作时间长，装备适用性、事故处理能力强，售价低等特点。
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深孔定向千米钻机的应用一、矿井简介山西亚美大宁能源有限公司大宁煤矿是由美国亚美大陆煤炭有限公司,山西兰花科创股份有限公司和山西省煤炭运销公司晋城分公司三方合资组建的合作经营股份制企业,是中国第一家中外合作井工矿井.大宁煤矿井田位于沁水煤田东部南段,井田面积38.8225km2,地质储量2.33亿t,可采储量1.81亿t,主采煤层3号煤,平均可采厚度4.45m,煤层倾角小于10°,属近水平煤层;3号煤层服务年限为33年.大宁煤矿所开采的3号煤层属于中等变质程度的无烟煤,是优质的化工及动力用煤.3号煤层煤尘无爆炸性,自燃等级为Ⅲ级,属不易自燃煤层,2005年,2006年经鉴定属高瓦斯矿井.根据2007年度矿井瓦斯等级鉴定资料,矿井绝对瓦斯涌出量为428.04 m3/min,相对瓦斯涌出量为55.87 m3/t,山西省煤炭工业局批复确定矿井为高瓦斯矿井.根据勘探钻孔及大宁煤矿首采区3号煤层实测资料:百米钻孔自然瓦斯涌出量为0.0973~0.1905 m3/min,百米钻孔自然瓦斯流量衰减系数为0.0245~0.0512d-1.煤层瓦斯压力0.69~1.16MPa,煤层1.3~1.95mD.3号煤层的孔隙率7.01%~10.56%;瓦斯吸附常数a值为57.47~61.36,b 值为0.291~0.334.经计算,大宁煤矿矿井瓦斯储量达132.14亿m3,可抽瓦斯量55.28亿m3,其中3号煤层瓦斯储量为49.56亿m3,可抽瓦斯量20.22亿m3,具有瓦斯抽放和利用的丰富资源及优越条件. 大宁煤矿于2007年4月底顺利通过了4Mt/a扩建项目的总体竣工验收, 6月12日领取了安全生产许可证,7月10日领取了煤炭生产许可证.二、瓦斯治理情况简介瓦斯抽放是矿井安全生产的重中之重,公司在建矿期间不断加大投资力度,矿井瓦斯抽放取得了明显效果.时至今天,大宁煤矿已配备了目前世界上最先进的VLD-1000型深孔定向千米钻机3台及其配套的DDM-MECCA钻进实时监测系统,实施本煤层大面积预抽,最大孔深达到1002m.截止2007年12月底,已完成钻孔数1980个,累计进尺803752.8m,累计抽放混合瓦斯量9.05亿m3,纯瓦斯量4.67亿m3,矿井瓦斯抽放率在80%以上,有效解决了生产中的瓦斯管理问题,从而保证了矿井的安全生产.(一)瓦斯抽放方法的选择根据大宁煤矿的瓦斯来源分析,矿井瓦斯主要来源于开采层3号煤层的瓦斯涌出,部分来源于邻近层的瓦斯涌出和围岩的瓦斯涌出,结合大宁矿井首采区的抽采实践经验,抽放瓦斯方法选择以预抽本煤层瓦斯为主.国内外抽放经验证明:由于预抽排放煤体瓦斯,使煤体发生了收缩变形,当煤体原占据的空间体积不变时,煤体收缩一方面引起了原有的裂隙加大,另一方面也可产生新的裂隙,最终使煤层的透气性增大.因此,长时间的预抽可以取得更好的效果.通过对VLD-1000型深孔定向千米钻机水平长钻孔抽放效果的数字模拟及综合监测分析,确定大宁矿井瓦斯预抽钻孔的布臵如图1所示. 图1采空区高位穿层钻孔:引进国外先进的采空区瓦斯治理经验,结合千米钻机的钻进特点,在工作面的回风巷侧采用定向钻进技术在3号煤层的顶部岩层内向工作面后方打顶板走向长钻孔至采空区上部的裂隙带,实施长壁面的采空区瓦斯抽放.钻孔布臵如图2所示.图2从保证采掘工作面的安全需要,结合矿井采掘计划安排,确定长壁综采面的抽放时间为2年;连采机巷道掘进抽放时间1年以上.采掘工作面预抽的孔口负压为20~40kPa,采空区顶板抽放的孔口负压为5kPa.钻孔开,扩孔直径φ150mm,采用φ108mmPVC管封孔,封孔材料为聚铵脂,封孔长度6m;钻杆直径φ69.9mm,采用复合片钻头钻进,终孔直径φ96mm.在抽放过程中对钻孔的抽放负压,甲烷浓度,抽放量等参数进行监测,并根据监测结果对钻孔抽放状态进行调整,以达到最佳抽放状态.(三)抽放管路的敷设井下抽放主管选用螺旋焊接钢管,管径为DN820mm×12mm,沿巷道底板敷设,连接方式为法兰连接;支管管径为D355mm×16mm和D225mm ×10mm UPVC管接至钻场,采用吊挂敷设,连接方式为法兰连接. 三、抽放钻孔施工工艺目前普通钻机没有导向系统,无法随着煤层的起伏情况做出相应的调整,从而在实际钻进过程中大多数钻孔的有效深度不能满足实际要求,而VLD-1000系列深孔定向千米钻机以其特有的钻进机理从根本上解决了这一个问题。
亚美大宁能源公司于2003年4月从澳大利亚引进深孔定向钻进技术施工顺煤层瓦斯抽放钻孔,单孔孔深最大达到1002m,班进尺最高达到了400m,既解决了顺煤层钻进的导向问题,又可以完成深孔钻进,取得了较好的效果。
(一)深孔定向钻进机理深孔定向钻进技术在诸如美国,澳大利亚等主要产煤国家里,已作为一项很成熟的钻进技术广泛应用于煤矿瓦斯抽放,地质探测等领域,该技术的关键部位在于孔内马达驱动装臵和配套的测量技术(图3).图3 孔内马达驱动装臵高压水通过钻杆输送至孔内马达,孔内马达内部的转子在高压水的冲击作用下转动,通过前端轴承带动钻头旋转,达到破煤的目的,在钻进过程中,钻杆本身不转,只作钻头的旋转运动,从而有效地降低了钻机的负载.孔内马达的弯接头是一个关键部件,它和钻杆之间有一定的夹角,由于弯接头的作用,钻孔的轨迹将不再是传统钻机所形成的略带抛物的直线轨迹,而成为一条偏向弯接头方向的空间曲线.当然,通过选择不同规格(它的规格通常为0.75,1,1.25,1.5,2度,这个度数指的是钻杆每前进3m所能变化的最小值)的弯接头可以改变钻孔曲率半径(即改变拐弯的快慢),并且在适当的位臵还可以作分支钻孔钻进.(二)测量系统及参数定义配套的测量系统是保证深孔定向钻进按照预定的轨迹进行钻进的关键部件,该测量系统在孔内主要的测量参数为方位角,倾角和弯接头方向,根据测量出来的孔内参数可用三角函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,并与设计的轨迹进行对比,根据偏差情况及时调整弯接头方向,以期使钻进轨迹最大限度的符合设计要求.VLD-1000系列钻机所配套的测量装臵是由澳大利亚AMT公司生产的DDM-MECCA(模块化电子定向钻进监视器)钻进实时测量系统(图4),其使用MECCA远程通讯系统在不到5 s的时间内可以测量出精确的测量数据并自动计算出所对应的坐标值,精确度为倾角:±0.1度,方位角:±0.5度,从而使测量对打钻过程的影响减小到最小.此项成熟的测量技术已经成为澳大利亚,北美和亚洲煤矿的标准.图4(三)施工工艺流程(1)设计.在每一个孔钻进以前,都需要由专门的设计人员根据钻孔布臵要求,尽可能地收集所有的参考资料(地质,测量,地面钻孔,煤层钻孔等),做出欲施工钻孔的设计参数,包括垂直面和水平面的投影图,并通过任务交代,使钻工明确地清楚该钻孔的钻进意图.(2)开孔.首先用直径为150mm的专用扩孔器扩孔6m,退出扩孔器后进行封孔工作(根据需要选择水泥或聚氨酯封孔),然后将孔内马达放入孔内并连接MECCA钻杆,安装孔口安全装臵(包括防喷孔器和预抽气水分离器),依照MECCA孔外仪的提示进行开新孔操作.(3)钻进.正常钻进如同传统钻机的操作程序:启动水泵,待孔中返出水,确认返渣正常后方可开始给压钻进,其不同的程序是需要每6m进行一次测量操作,将钻孔的垂直和水平投影坐标相应的画在设计图上,并与设计轨迹进行对比,根据偏移情况决定如何调整弯头方向. 由于矿井地质资料不可能精确地表示出煤层的详细起伏变化情况,所以在实际钻进过程中,要求每间隔一定距离将弯头方向调整为垂直向上,使钻孔快速钻至顶板以确定出顶板所处的层位标高,然后后退到合适位臵开分支继续钻进,如此反复,再将两探顶点连线的延长线作为下一段钻进时的参考顶板,从而保证钻孔始终在煤层中钻进.(4)退钻探底.由于大宁矿井主采3号煤下部有一夹矸层,夹矸以下有0.5~1m厚度不等的软煤区域,且瓦斯含量较高,为了更为有效地对此区域进行抽放,在钻孔施工至设计深度退钻时,每间隔约50m进行一次探底,目的是使钻孔穿透这层夹矸,为下部软煤带形成一个抽放通道,同时又探测清楚了煤层的厚度情况,更为有效地补充了矿井煤层产状的地质资料.(5)完孔参数.当钻进结束后,将DDM—MECCA测量仪内的数据传输至计算机,通过处理后即可形成相应图表(图5,图6).图5 完孔垂直面轨迹图图6 完孔水平面轨迹图(四)钻机施钻过程中气,水,煤屑的分离钻机在施钻过程中,为了有效控制钻场的瓦斯浓度以及做好煤屑的分离工作,从而保证安全钻进以及煤,渣的分选,大宁矿井在VLD深孔定向钻机的设计基础上,对气,水,煤屑的分离工作做了进一步的优化.如图7所示.图7 气,水,煤屑分离示意图经过改良,这套气,水,煤屑分离装臵发挥出了更好的作用.首先,利用孔口封孔器和气水分离器在钻机开孔钻进即对孔内的瓦斯进行不间断的抽放,避免了瓦斯喷孔现象的发生,并保证了钻场内的瓦斯浓度始终保持在规定以内.其二,经过煤水二次分离器的作用,使煤屑和废水得到了很好的分离,利于钻场标准化的管理.其三,预先安装在汇流管上的备抽管,使钻孔的完孔接抽工序更为迅速,同时在钻孔施工过程中因孔内发生异常情况,瓦斯涌出量突然增大时将瓦斯气流及时引入抽放管路中,避免事故的发生.(五)抽采效果经过对钻进参数的优化调整,千米钻机孔可以达到较好的抽采效果,大宁矿井在T106钻场布臵的1号抽放钻孔共抽放661天,累计抽放纯瓦斯量4474 527.3 m3.(六)钻孔施工中需要注意的问题(1)由于其特殊的钻进工艺,所以要求钻工必须首先在意识中形成一个钻孔的三维空间概念,以期对弯头方向做出更为准确有效的调整 (2)在钻进过程中要求将每次测量的数据做好记录,并将钻进过程中的情况分时间段做出详细的记载,包括水压,推进压力,提钻压力,水量,弯头改变情况,见顶底板情况以及其它说明等,以便遇到钻进事故时采取合适的处理措施.(3)为了在钻进过程中更为合理有效地控制钻进,要求钻工操作时每间隔一定距离有意识地预留下合适的分支点.(4)由于煤层产状与地质构造的复杂性,在钻孔钻进时总是有设备抱钻的风险,所以要确保分支孔与主孔间留有一定的间距,以避免分支孔与主孔之间的相互作用影响和水力压裂的影响.另外,要求在钻进过程中避免出现急弯现象而造成的钻孔阻力的增加,同时急弯现象也影响钻孔在事故情况下的打捞.(5)除了有目的地进行地质构造探测外,尽可能避免在地质构造区域布臵钻孔,在设计与打钻时应该时刻考虑钻进与有保障地实施打捞的关系.(6)在退钻过程中,要求每间隔30~50m进行一次洗孔操作,以确保退钻顺利和抽放通道的畅通.(七)设备打捞由于煤层地质的不可预见性,钻孔发生抱钻,卡钻,掉钻的可能性时刻存在.避免此类事故最行之有效的方法为:当遇到未知的地质情况时,及时撤钻!虽然如此,但发生此类事故的不确定因素又使得在实际操作中不可能绝对性的避免抱钻,卡钻,掉钻.所以说,有效地实施设备打捞是深孔定向钻进中一个必不可少的关键程序,也是深孔钻进中的另一项关键工艺.大宁煤矿从2003年4月开始使用VLD深孔定向千米钻机至今,据不完全统计,累计发生抱钻,卡钻40余次,最大卡钻深度为654m,通过采取各种方法,打捞成功率达到了100%.总结历次打捞经验,可靠的专用工具是最基本的要求,如公锥,母锥,各种型号的打捞套管等;另一个打捞因素是在详细分析,研究相关钻进参数后,制定细致,可靠的打捞方案,这个方案必须考虑到各种可能发生的状况,而且要在实施过程中不断调整细节的打捞程序;再一个关键的因素是现场实施人员的操作经验和准确的判断力.只有充分做好这几个方面的工作,才可能最安全,有效地实施打捞.四、取得的成效VLD-1000型深孔定向千米钻机在山西亚美大宁能源有限公司的成功应用,对于提高矿井的瓦斯抽放量和抽放效率,保证公司从建设阶段转入生产阶段起到了很大的作用.作为中国第一个中外合作经营的井工矿井,在引进国外资金的同时,引入了新的瓦斯抽放技术,引入了瓦斯抽放新的管理理念.目前,大宁矿井日瓦斯抽放标态纯量在55万m3左右,平均瓦斯抽放率80%以上,在真正意义上实现了先抽后采,有效地保证了矿井的安全生产,从源头上杜绝了瓦斯事故的发生.截止2008年2月23日,已实现矿井安全生产1484天的好成绩.可以相信,深孔定向钻进技术具有很大的技术优势和推广应用前景,可以为矿井的瓦斯灾害治理提供更为有效,根本的技术途径.山西亚美大宁能源有限公司。