千米钻机施工钻孔轨迹图
煤矿千米定向钻进施工方案
煤矿千米定向钻进施工方案XXXXXXXXXXX有限公司2018年2月目录一、定向钻进技术简介 (1)二、煤矿井下定向钻孔轨迹设计 (1)（一）煤矿井下定向钻孔设计的一般原则 (1)（二）定向钻孔设计的主要内容 (2)三、煤矿井下定向钻孔轨迹控制 (2)（一）定向钻孔轨迹控制主要参数 (2)（二）定向钻孔轨迹控制注意事项 (2)四、煤矿井下定向钻进工艺 (3)（一）定向钻进工艺流程 (3)（二）探放水和构造探测施工工程设计 (3)（三）定向钻进工艺 (5)五、施工设备与人员配置 (9)（一）施工工程设备配备 (9)（二）施工工程人员配备 (10)六、孔内事故处理 (11)七、钻孔施工注意事项 (11)八、灾害应急措施及避灾线路 (12)煤矿千米定向钻进施工方案一、定向钻进技术简介定向钻进起源于石油钻井,随着钻探技术的不断深入,受控定向钻进技术从石油行业逐渐延伸到煤炭、地质等领域,发挥着重要的作用。
煤矿井下近水平定向钻进技术是钻探工程领域的一项新技术,通过对倾角和方位角的实时调节实现对钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在目的层中有效延伸，并可进行多分支钻孔施工，具有钻进效率高、一孔多用、集中抽采等优点，现已成为国内外瓦斯高效抽采的主要技术途径，并应用于地质构造探测和探放水等领域。
二、煤矿井下定向钻孔轨迹设计煤矿井下定向钻孔是通过对倾角和方位角的实时调节实现对钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在目的层中有效延伸。
（一）煤矿井下定向钻孔设计的一般原则1、充分掌握原始资料内容包括施工目的、技术要求等。
根据施工要求应尽量获取最全面的地质资料并及时更新主要信息，详细了解施工区域的地质情况和井下情况，便于合理设计施工方案，保障施工安全。
地质资料主要包括3项内容：地质报告（地质说明书）、采掘平面图、钻孔柱状图钻孔施工资料包括：瓦斯治理报告、瓦斯抽采数据、水文报告等2、可行性分析从技术、经济、效用等角度分析包括：煤层坚固性系数f、顶底板岩性、钻孔类型、钻孔长度（经济长度、能力长度）、供水供电情况、人员配置情况、工期要求（超前探工期紧张）3、尽量利用自然造斜规律4、考虑施工方便和安全钻进5、注重经济效益（二）定向钻孔设计的主要内容1、选择孔身剖面2、确定定向钻孔目标层位、靶区、靶点3、确定主孔和分支孔的施工方案，预留好分支点4、确定定向孔孔深轨迹参数参数包括：磁偏角、各孔段长度，起始点和终点的倾角、方位角，各孔段起点和终点的上下、左右位移，到达目标层位的倾角、方位角、上下和左右位移。
千米钻工作原理及工程概况
近水平千米钻工作原理及钻孔工程概况为了贯彻落实集团公司的安全生产会议精神，坚持做到先抽后采，有疑必探的科学管理方法，重点落实安全生产比天还大，瓦斯治理重中之重的管理理念，为了有效地探索石炭系特厚煤层综放工作面瓦斯治理的有效途径，为集团公司开采石炭系走出一条高效，经济，合理的瓦斯治理之路。
经xx矿研究采用xxxx近水平千米钻机对该矿xx 层x盘区xxx面进行瓦斯抽放钻孔施工。
一xxxxxx近水平钻工作原理如下：1、开孔（动力头带动钻杆钻进）1）、开孔：该钻用直径为153毫米的钻头开孔至6米处停止钻进，反复冲洗钻孔.保证孔内清洁无煤渣后退出钻杆，准备封孔。
2）、封孔：将长5米，宽500毫米的白棉布单层固定于岩芯管上，孔口侧向向里1.5米固定，将发泡聚氨酯的两种液体按照1:1倒入容器中，且搅拌均匀，迅速将搅拌好的液体倒入白棉布上，边倒液体边将岩芯管插入到钻孔规定的位置上，岩芯管外露200到300毫米，孔口采用水泥砂浆固定岩芯管。
2、定向钻进（孔底动力钻进）将直径为153毫米的钻头换下，装上直径为96毫米的钻头，孔底马达，孔底测斜导向系统，依靠静压水驱动孔底马达旋转带动96毫米钻头转动完成孔底动力钻进（钻杆不转，钻头转）。
3、测量由孔底测斜导向系统根据磁场重力场将孔内钻头所在的倾角，方位角通过无磁通缆钻杆传给钻机的随机电脑并显示出来。
4、纠偏由于钻头和孔底马达之间有1.5度的夹角，所以钻进每6米进行一次测量，将钻孔的垂直和水平投影画在设计图上，并与设计轨迹比较，看是否与轨迹一致，并通过调整工具面角进行纠偏。
5、分支根据轨迹设计要求，如需分支，必须先根据测量系统的实测轨迹造斜，造斜完成后，再按轨迹施工。
6、排渣静压水经钻杆，无磁钻铤，孔底马达，钻头将钻头削下的煤通过孔壁流入汽水分离器中再进入沉淀池中沉淀。
二、xxxx工作面预计在xxxx巷施工钻孔，每个钻孔的位置长度规格与要求以通风区《xxxx工作面抽放采空区裂隙带瓦斯钻孔设计图》为准。
煤矿安全高效开采地质保障系统
一、实施地面补充钻探、三维地震勘探工程 控制煤层赋存情况及地质构造。
• 采区、工作面设计布置前通过钻探补充勘 探工程提高了勘探控制程度，采区高级储 量达到了100%，通过三维地震勘探查明了 采区内落差≥5m的断层及直径≥25m陷落柱 ，查明了3#煤层的底板起伏形态和波幅大 于或等于10m的褶曲。
• 至此，东四采区勘探储量级别全部达到了 高级储量，钻孔点距及线距分别达到了 600m，煤层连续性、稳定性等赋存情况得 到了高级控制，为采掘设计和部署提供了 第一手可靠资料。
（2）、地面三维地震勘探
• 随着三维地震勘探技术在全国煤田领域的 逐步推广，为进一步查明采区内落差形态和波幅大于或等于10m的褶曲， 于2003—2004年由山西煤田综合普查队和 山西第六工程勘察院对东四采区进行了三 维地震勘探，勘探面积共12.3Km2，形成 了三维地质勘探报告及相关煤层底板等高 线图（图1）。
• （2）综合确定异常区域：根据单孔异常位 置，结合煤层底板等高线图、临近巷道揭 露情况和地勘资料，综合分析，从而对地 质异常区给予确定和预测。
图5 综合分析异常区示意图
三、利用无线电波透视（坑透）等井下物探 技术查明回采工作面的构造及异常。
• 回采前通过坑透结合井下钻探（千米定向 钻孔、MK抽放钻孔）进一步查明了作面内 断层及其分布范围，精确控制陷落柱的长 、短轴，查明冲刷带、厚夹矸的发育情况 等。
• 1.2 顶、底板岩性空间分布及其稳定性
• 煤层顶、底板岩层稳定是确保安全、高效 生产的基本条件。
• 1.3 构造
• 构造对煤厚变化（尤其是侧向变化）、瓦 斯和矿井水的突出有重大影响。
• 1.4 矿井水文地质及瓦斯地质
千米钻机氮气复合钻进工艺在碎软煤层的试验
千米钻机氮气复合钻进工艺在碎软煤层的试验狄朋毅;熊祖强;芦海广【摘要】长平矿3#煤层松软破碎,采用千米钻机水排渣的施工工艺施工本煤层顺层钻孔时塌孔严重,无法实现深孔钻进.为此,研发了一种氮气排渣复合钻进的新型打钻工艺,并进行了现场试验,试验以氮气排渣复合钻进为主,滑动钻进为辅.结果表明,钻孔最大孔深达到231 m,但该钻孔施工效率低,护孔困难,抽采量偏低,影响了该钻进工艺的推广使用,需进一步完善施工工艺及装备,以提高抽采效率.【期刊名称】《山西焦煤科技》【年(卷),期】2019(043)005【总页数】4页(P28-31)【关键词】松软煤层;压缩氮气;千米钻机;松软煤层;定向钻进【作者】狄朋毅;熊祖强;芦海广【作者单位】河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454000;山西长平煤业有限责任公司,山西晋城 048400;河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000;山西长平煤业有限责任公司,山西晋城 048400【正文语种】中文【中图分类】TD712+.63千米钻机定向钻进是国内瓦斯抽采钻孔深孔钻进的前沿技术。
近年来，千米钻机在煤矿瓦斯抽采工程中发挥了重要作用，特别是在晋城矿区寺河矿、大宁矿、成庄矿，千米钻孔抽采已成为矿井瓦斯治理的主要手段[1-2]. 上述矿井煤质普遍较硬(煤的坚固性系数在1.0以上)，千米钻机采用常规清水作为钻进动力和排渣介质，不仅煤段钻孔施工效率高(日进尺可达到200 m以上)，而且采用定向钻进，施工精确度高，成孔质量好，其中，寺河矿千米钻孔最大孔深达到1 200 m，平均孔深达到500 m以上。
对一些煤层松软破碎的矿井，千米钻机施工本煤层顺层钻孔时塌孔、卡钻十分严重，施工效率较低，而且深孔钻进困难，无法实现区段抽采和推广应用，主要原因有：1) 松软煤层自身力学性质差，受钻头钻进扰动影响，孔壁煤体易破碎堵孔或卡钻。
2) 从钻头喷出的水流对孔壁煤体产生一定的侵蚀和冲刷作用，进一步降低煤粒之间的摩擦系数，破坏煤体内的原有结构，降低煤体强度，从而发生塌孔[3]. 为了解决松软煤层千米钻孔的成孔问题，晋煤集团长平矿和赵庄矿试验了梳状钻孔，将千米钻机布置在底板岩巷，钻孔的主孔布置在岩段，从岩段开分支施工本煤层顺层钻孔，提高钻孔的返渣效果，但梳状钻孔未从根本上解决碎软煤层成孔问题，煤段塌孔、卡钻等问题未得到有效解决。
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目录
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01 施工钻孔的目的 03 设计与施工的关系 05 孔内事故的处理
02 设计参数的确定
04 孔内事故的分类
06
总结
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1 第
部分
施工钻孔的目的
01 施工钻孔的目的
设计前，要明确钻孔施工的目的：
➢ 抽采煤层瓦斯： a、掩护掘进巷道（本煤层、穿层）； b、覆盖采煤工作面（本煤层、穿层、采空区）。
巷道。
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01 施工钻孔的目的
本煤层定向钻孔实例
设计和实钻成孔图： • 1、排除覆盖区域存有大型构造
的可能； • 2、探明构造、异常区域及范围。 • 3、应用已知数据，可精准修正
等高线精度。 • 4、抽放瓦斯、降低突出危险性。
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01 施工钻孔的目的
穿层钻孔应用实例
在综合采用非定向钻孔施工、 采空区埋管抽采等常规方式，未 有效解决采煤工作面瓦斯管理难 题时，采用随钻测量定向钻进技 术与高功率钻机装备施工大孔径 顶板高位定向长钻孔解决上隅角 瓦斯超限问题，就显得十分必要。
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2 第
部分
设计参数的确定
02 设计参数的确定
长度
01 钻机和钻具性能
打捞能力和风险
经济性和合理性
倾斜角
☆优先上行孔 不易沉淀、主动排渣
受分支孔的影响小
02
曲率
03 建议每3米<1°
平均曲率应更小
设计 参数
分支
04 个数、间距、位置 充分考虑分支之间的相互影响
打捞风险
05 捞具的承受能力(<定向钻杆） （弯曲、扭矩）
➢ 其它：泥浆护孔、化学浆洗孔、异 形捞具打捞等。
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[学习]千米钻机
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深孔定向千米钻机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。
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。
抽放钻孔施工工艺(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置和配套的测量技术（图3）。
图3 孔内马达驱动装置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。
千米钻机措施演示教学
千米钻机措施第一节钻孔设计一、项目概况目前，瓦斯问题仍是制约崔木煤矿高效、安全发展的主要因素之一，井下常规钻机能力小，施工钻孔长度短、定向效果差，常规钻孔只有在巷道形成后方能进行施工，预抽期较短，由此造成矿井瓦斯抽采不能满足矿井接续安全生产的需要。
为此，崔木煤矿引进中煤科工集团西安研究院研制生产ZDY6000LD型千米定向钻机及配套装备，用于井下定向长钻孔及分支钻孔施工，可同时起到抽采瓦斯及探测地层的双重目标。
崔木煤矿初步定301回风顺槽（原设计高抽巷位置处）设抽放钻场，对301工作面进行井下定向瓦斯抽放钻孔施工，以实现工作面超前本煤层瓦斯预抽，增大瓦斯抽采量，从源头上治理瓦斯，此外，还可以减少301作面顺槽掘进中瓦斯的涌出，确保安全生产。
二、施工区域概况1．施工区域位置范围210301工作面，向北掘进，掘进长度1420米，东面紧邻爆破材料库，西面紧邻210302工作面，工作面长度为200米，斜穿过汤家向斜，切眼北紧邻DF5断层。
2．煤层赋存本区含煤地层为3#煤层，属不稳定煤层。
属侏罗系中统延安组，主采煤层为3＃煤层。
煤层为黑色，沥青光泽，半暗～半亮型，带状、均一状、线理状结构，层状构造，内生裂隙发育，根据钻孔资料，301工作面煤层平均厚度14.09m，煤层倾角3°～6°，局部煤质较差。
3．煤层顶底板情况3#煤伪顶厚度薄，稳定性差，0-1.6m，平均厚0.508m。
随着煤层开采而冒落，属不稳定岩体。
直接顶砂泥岩呈互层状产出，属稳定性较差的岩体，平均厚度5m左右。
老顶砂岩一般为中等稳定岩体，平均厚度15m左右。
煤层底板为炭质泥岩、砂质泥岩、铝质泥岩及粉砂岩，属于稳定性较差岩体。
4．施工区域瓦斯情况根据前期施工瓦斯钻孔浓度测试，预计煤层瓦斯含量在5m3/min 以上。
三、配套装备与工艺技术1．施工装备此次施工所用的配套装备主要包括：（1）ZDY6000LD型履带式全液压坑道定向钻机；（2）Φ73mm高强度中心通缆钻杆和Φ73mm铍铜无磁钻杆；（3）Φ73mm进口螺杆马达，带有1.25°结构弯角；（4）Φ96mm平底烧结胎体式PDC钻头和Φ153mm扩孔钻头；（5）3NB-300型泥浆泵；（6）YHD1-1000T型随钻测量系统。
千米钻机资料
a
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Drill Guidance System Introduction
钻进导向系统介绍
•The DGS is based on a modular approach in both hardware and software. •钻进导向系统在硬件与软件上都以标准组件为基础．
•The DGS is the platform for future developments, such as Logging Whilst Drilling (LWD) and Borehole planning. •钻进导向系统有为未来的发展方向的平台,如打钻连续记录及与钻孔设计.
DDM MECCA
DGS
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Uphole Monitor Data Transfer 孔外测量数据传送 Versus 与
Uphole Computer Data Transfer孔外电脑数据传送对比
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Uphole Computer Overview孔外电脑概述
a
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DGS Main Screen Overview钻进导向系统主屏概述
Data.
目前测量射击资料
Previous Survey Shot
Data.
先前的测量射击资料
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DGS Above Ground Testing and Calibration
钻进导向系统地面测试和校准
USB ConnectionUSB
连接
PROD0233 – DGS COMMS INTERFACE
•最大的钻杆连接长度限制到10.000米（见Aus Ex 3870X）
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27
DGS Specifications钻进导向系统说明书
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。