寺河礦是我國乃至世界罕見的高瓦斯礦井,采用頂板高位大直徑定向鉆孔對工作面采空區(qū)和上隅角瓦斯進(jìn)行治理,通過數(shù)值模擬研究確定合理的鉆孔直徑為153 mm,為解決傳統(tǒng)的定向鉆孔鉆進(jìn)工藝存在的諸多缺陷,提出將常用的滑動定向鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)工藝相結(jié)合的新型鉆進(jìn)工藝方法,并設(shè)計其在寺河礦5301工作面進(jìn)行應(yīng)用,現(xiàn)場應(yīng)用的監(jiān)測結(jié)果表明,新型復(fù)合鉆進(jìn)工藝提高機(jī)械鉆速30%以上,鉆孔軌跡平均彎曲強(qiáng)度（曲率）較小,為頂板大直徑定向鉆孔的高效鉆進(jìn)提供了可靠保障。 

【文章來源】：煤炭與化工. 2020,43(02)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

5301工作面平面布置

高位大直徑定向鉆孔抽采瓦斯與常規(guī)煤層鉆孔抽采瓦斯有著本質(zhì)區(qū)別，如圖2(a）所示，工作面后方采空區(qū)內(nèi)的瓦斯通過上覆巖層中的裂隙向上運移，通過高位鉆孔抽出工作面，高位鉆孔可視為1條瓦斯抽采管道，孔底連接采空區(qū)，孔口與工作面瓦斯抽采系統(tǒng)相連，孔底氣壓為井下大氣壓力（約103kPa），孔口壓力為實際抽采壓力（一般為13～25kPa），鉆孔的直徑對于采空區(qū)瓦斯的抽采效果非常關(guān)鍵，根據(jù)高位大直徑定向鉆孔瓦斯抽采模型，在已知抽采壓力、鉆孔深度的情況下，通過“Pipe flow3D”軟件對孔深500 m，孔徑分別為96、113和153 mm的鉆孔進(jìn)行模擬計算，得出3種孔徑鉆孔瓦斯抽采流量隨孔口與孔底壓差變化的流量變化曲線，如圖2(b）所示。圖2(b）中陰影部分為寺河煤礦瓦斯抽采孔口實際壓力降范圍（13～25 k Pa）。由圖可知，在孔深、孔底抽采負(fù)壓一定的情況下，隨著高位鉆孔直徑的增大，瓦斯抽采流量也不斷增大，φ96 mm的鉆孔平均抽采能力約為5.0 m3/min，φ113 mm的鉆孔抽采能力約為7.5 m3/min，同比增長50%，φ153 mm的鉆孔抽采能力約為17 m3/min，相對于直徑113 mm增長了約1.5倍，因此設(shè)計寺河礦5301工作面高位鉆孔直徑為153 mm，并設(shè)計采用二次擴(kuò)孔技術(shù)，先進(jìn)行直徑為96 mm鉆孔的鉆進(jìn)，再將孔徑擴(kuò)大至153 mm，提高鉆孔瓦斯抽采效率。

傳統(tǒng)的鉆孔定向鉆進(jìn)工藝包括滑動定向鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)2種形式[2-3]，為提高頂板巖層大直徑鉆孔定向鉆進(jìn)技術(shù)的鉆進(jìn)效率，提出復(fù)合定向鉆進(jìn)工藝，將滑動定向鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)工藝相結(jié)合的新型鉆進(jìn)工藝。傳統(tǒng)的滑動定向鉆進(jìn)技術(shù)施工過程中，鉆頭轉(zhuǎn)動的動力來源于高壓泥漿，鉆頭和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，鉆具的其余部分僅能沿軸向滑動，螺桿馬達(dá)工具面可保持一個穩(wěn)定的方向，原理如圖3(a）所示。復(fù)合鉆進(jìn)過程中，高壓泥漿驅(qū)動螺桿馬達(dá)帶動鉆頭轉(zhuǎn)動，同時，鉆機(jī)帶動鉆具回轉(zhuǎn)并向鉆具施加鉆壓，原理如圖3(b）所示，但由于螺桿馬達(dá)的傾角隨著其定子的旋轉(zhuǎn)在不斷變化，無法實現(xiàn)鉆孔軌跡的連續(xù)人工控制，鉆進(jìn)的實際應(yīng)用效果并不理想。復(fù)合定向鉆進(jìn)工藝將滑動定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡控制功能和復(fù)合鉆進(jìn)高效及軌跡平滑特點相結(jié)合[4]，在鉆孔軌跡人工控制的同時發(fā)揮復(fù)合鉆進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)而獲得理想的鉆進(jìn)效果。2.2工藝流程

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]頂板復(fù)雜巖層無線隨鉆測量復(fù)合定向鉆進(jìn)技術(shù)[J]. 王鮮,李泉新,許超,方俊.  煤礦安全. 2019(09)
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[3]空氣螺桿鉆具在碎軟煤層定向鉆進(jìn)中的應(yīng)用分析[J]. 劉飛,方俊,褚志偉,楊偉鋒.  礦業(yè)研究與開發(fā). 2019(08)
[4]煤礦井下深孔定向鉆進(jìn)瓦斯抽采技術(shù)及應(yīng)用[J]. 馬小敏.  工礦自動化. 2019(08)



本文編號：3318816