煤矿瓦斯抽采新技术

储存式无磁随 钻测斜技术
线随钻实时测斜。解决了回转钻进测轨迹难题。
随钻测定信息无线传输原理
电 脑
无线轨迹随钻测定系统
接 收
钻 杆
绝 发 测 钻钻 缘 射 管 杆头
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备
无线测定技术的数据传输不受钻孔介质影响，在井下试验传输距离可达200m以上，依
据测定的轨迹信息，可利用导向块等进行钻孔轨迹调向。 松软煤层钻进技术现场应用，在淮南丁集矿f=0.28-0.4的煤层中钻孔26个，孔深200 m以上 的22个，200 m以上孔深成孔率为84.6%；在淮南张集矿f=0.6-0.8的煤层中钻孔18个，孔深 250 m以上的14个，250 m以上孔深成孔率77.8%。
用使浸水煤体屈服并发生应力峰后应变软化的塑性破坏，形成
难以闭合的体微裂隙网。随着水压和流量的维持，体裂隙网不 断扩大与延展，总体沿最大主应力与最小强度方向发展。水还
体微裂纹网
具有驱替置换甲烷的能力。
岩石 线裂隙网
四、井下水力压裂增渗技术
• 基于机理的认识，研究形成了中低压水力压裂的工艺设计、实施工艺与设备：压 裂水的压力应高于煤体塑性破坏的起裂压力，且具有足够保压时间实现预期压裂
多列储存箱 蜗轮蜗杆减速器
敞开式钻杆箱
0~90°自动上下钻杆装置
0~50°自动上下钻杆装置
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备
• 远控自动化钻机采用原150钻机功率,在松藻煤电公司逢春煤矿进行了现场试验，采用地面
远控方式共施工29个钻孔，总进尺3192 m，其中150 m以上钻孔3个，最深孔进尺167 m，
三、 井下抽瓦斯提浓增量技术
3. 松软突出煤层钻孔下护孔筛管技术
• 对松软突出煤层，钻孔不护孔会塌孔，钻孔被堵
塞使瓦斯流动困难，降低了抽采瓦斯浓度。加工 成大通孔钻杆以及带单向开启功能的钻头，钻孔 到位后，从钻杆中心通孔插入带有大量筛眼的非 金属护孔小管到孔底，钻杆退钻时护孔管鸡爪反 刺入孔壁使其不会被带出。试验表明：该技术使 钻孔抽瓦斯浓度可提高到60%以上，效果显著。
20 m 230 m
20 m 230 m
对f＞0.8时，多工作面递进式预抽煤层瓦斯
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备
3 、远控自动化钻孔技术
摄像仪
减人是高安全、高效益生产的方向。
利用传感和视频技术，将相关参数与现场视频 通过安全监控的以太网传输到远控操作地点，操作
超声探头
人员在操作地点发出控制信号触发电动阀门控制液 压油路的导通与关断、控制电机和泵组的启停。实 现了自动装卸钻杆，自动调整钻机开孔位置、倾角、 方位，自动移动钻机、固定钻机等。对固定程序的
• 应用途径：尽可能减少岩巷工程，减少矸
石外排、缓解接替关系、降低工程成本。
晋城 递进 式预 抽本 煤层 瓦斯
走向多分枝定向水平长钻孔， 可用于煤巷条带或采煤工作 面大面积预抽煤层瓦斯。
寺河 矿顶 板水 平长 钻孔
淮北顶板梳状钻孔
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备
2、适宜于松软突出煤岩层钻孔施工的高转速异形钻杆压风排渣钻孔技术
艺的要求。
配备孔外供电的高可靠随 钻测斜实现随钻测轨迹。
分体式钻机适用于小断面空间 多分支钻孔
可从主孔钻进许多分支钻孔，扩大钻孔控制范围。 提高孔底钻具切削速度，中硬煤层综合钻进效率较滑动钻进提高10%，顶板岩层提高
50%。 钻孔轨迹平滑，钻进过程中钻具阻力小，钻机系统压力小。
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备
煤矿瓦斯抽采新技术
目
一、引言
录
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备 三、井下抽瓦斯提浓增量技术 四、井下水力压裂增渗技术
五、地面钻井抽采采动区瓦斯技术
一、引言
1、煤矿瓦斯抽采的意义
是预防煤矿瓦斯事故的治本之策；是将瓦斯变为资源的重要途径
是减少温室气体排放的重要内容
一、引言
2、煤矿瓦斯抽采存在的主要难题 顺煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求，使得大量采用抽瓦 斯专用岩巷，工程成本高、施工时间长、产生大量废渣；
范围，足够的水流量确保具有合理的扩展速度。
• 较低的起裂压力也能使软煤产生体裂纹网，只是成网速度要降低，需延长保压时
间。因此，低水压也能压裂增透，可应用于顺煤层压裂，提高压裂的安全性。
• 压裂孔的封孔工艺及封孔效果直接影响水压力的大小与保压的持续性。
四、井下水力压裂增渗技术
• 穿层钻孔采用图7所示封孔结构和工艺，
高转速大功率全液压钻机
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备
研制成具有高强度、可正反转、参数优化的宽叶片螺旋钻杆、三棱螺旋钻杆等异 形钻杆，使钻杆在旋转过程中具有切削孔壁变形煤岩的功能，确保钻孔不缩径； 同时螺旋钢带或螺旋槽的钻杆结构形成机械螺旋强力排渣的有利通道。 研制成易破碎煤块的钻头，预防产生大块钻渣卡堵排渣通道。 采用合理参数的雾化压风排渣工艺， 减少水对孔壁煤体的破坏，提升排渣 速度，确保排渣及时。
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备
应用
20 m 150 m 20 m 180 m
对f＜0.3时，短工作面递进式预抽煤层瓦斯
对f=0.3-0.5时，正常工作面递进式预抽煤层瓦斯
对f=0.5-0.8时，长工作面递进式预抽煤层瓦斯
对符合规程要求的突出煤层也可应用于煤巷条带预抽煤层瓦斯，节省岩巷工程。由此也可看出， 顺煤层钻孔深度对有效预抽煤层瓦斯，降低抽采成本具有非常重要的意义。
终孔直径都在Ф 94 mm 以上。在淮南矿业集团
孔号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 倾角 (º) 20.4 25.6 31.0 19.8 30.4 44.7 20.6 26.1 31.5 18.5 30.7 45.3 19.3 25.0 29.8 方位角 终孔 直径 （º） （mm） 0.1 94 0.2 0.1 0.4 0.4 0.3 1.3 1.5 1.5 2.1 2.1 2.0 3.5 3.4 3.5 94 94 94 94 94 94 94 94 94 94 94 94 94 94 钻进深度 （m） 102 121 151 110 107 103 105 100 101 108 94 162 110 111 106 累计孔深 （m） 102 223 374 484 591 694 799 899 1000 1108 1202 1364 1585 1691 孔号 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 倾角 (º) 20.3 31.1 45.1 18.9 25.3 30.9 20.0 30.7 50.1 18.6 24.3 29.5 21.6 29.9 方位角 终孔 直径 钻进深度 累计孔深 （º） （mm） （m） （m） 62.5 94 101 1792 62.5 62.2 61.5 61.5 61.5 60.7 60.5 60.6 59.3 59.1 59.1 58.0 58.2 94 94 94 94 94 94 94 94 94 94 94 94 107 103 100 106 167 102 100 103 101 105 100 104 102 1899 2002 2102 2208 2375 2477 2577 2680 2781 2886 2986 3090 3192
管网状态运行分析与故障诊断、调控系统
及时处理故障可显著提高抽瓦斯浓度和效果。
• 增加煤层渗透率、提高预抽煤层瓦斯效果也是提高抽采 煤层气浓度的一条有效途径。
四、井下水力压裂增渗技术
• 高压水力压裂在地面井得到大量应用，然而，对井下松软突出 煤层水力压裂却没有取得显著效果。许多人认为水力压裂不适 用于软煤。 • 研究认为：松软突出煤层水力压裂呈现“微缝网循环延展塑性 固化”增透机理，与通过原生裂纹脆性拉张破坏扩展成线裂纹 的岩层增透机理不同。高压水浸润煤体，与应力、瓦斯共同作
b. 浓度低于30%的瓦斯利用困难，目前主要用于内燃机发电或仅作乏风利用的
掺混瓦斯，利用价值较低； c. 抽采低浓度瓦斯单位体积抽采量的成本高； d. 井下抽采瓦斯的现场极易引发煤炭自燃火灾。 提高抽采瓦斯的浓度是非常必要的。
技术发展方向：综合措施实现抽采高浓度瓦斯
三、 井下抽瓦斯提浓增量技术
1. 抽采高浓度瓦斯的方法
• 尽可能不采用采空区埋管、插管抽瓦斯方法。应采用高冒带、裂隙带低负压抽采空区 瓦斯工艺；尽可能选择卸压开采抽采邻近层瓦斯方法、预抽煤层瓦斯方法等。
2. 封孔技术
• 预抽煤层瓦斯封孔深度应超过采掘空间围岩的卸压 区，同时采用两堵一注的封孔工艺，即在封孔段的 两端分别设置A、B化学浆液反应形成的堵头，中间 高压注入封孔材料，使钻孔封孔严实。天固系列封 孔材料和对应的封孔设备，能够对钻孔起到较好的 封堵效果。
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备
技术发展方向：减少岩巷工程，以钻孔代替巷道，减少井下作业人员
1、适用于中硬较稳定煤岩层的水平定向复合钻进技术
孔底马达带动钻头旋转，钻机带动钻杆和孔底马达旋转，使钻头在复合动力驱动下旋转； 仅孔底马达驱动钻头旋转时实现调斜。在寺河煤矿顺煤层定向钻进主孔孔深达到 1881 m， 基本满足了f=0.8-6的中硬较稳定煤岩层顺层瓦斯抽采钻孔施工的要求。
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备
研制成回转钻机用的无磁随钻测斜技术，测定数据储存在测管的数据存储器内， 待钻杆全部退出后将数据传输到电脑，并绘制钻孔轨迹，但难以实现随钻纠偏。
研制成回转钻机用的无线随钻实时测定轨迹技术，测管 测定的数据通过发射管实时发射到外侧钻杆，外侧钻杆 传输到孔口接收器，接收器将信号传输到电脑，实现无
ZYWL-4000SY双履带式全自动钻机
操作设计了一键远控的智能化操作。
二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备