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1、突出煤层深孔钻进困难原因分析 国内外突出煤层打钻现状,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析 二 国外打钻技术在国内的试验现状 三 国内突出煤层钻进技术研究现状 河南理工大学 孙玉宁（校特聘教授）,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析,突出煤层深孔钻进困难的原因罗列 1 孔内动力现象引起的填充式“钻洞” 2 煤层夹矸、煤层断层和煤层含水 本研究视原因2为无能为力因素，本研究相关的创新均围绕原因1“钻洞”的处置技术展开装备创新（这里不是指“保压钻进”） 。 充填式“钻洞”是一个新的概念，请予以关注。,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析,“钻 洞” 的 定 义 在突出煤层打钻的过程中，因过量喷孔、塌孔、煤炮等
2、引起的直径远远大于钻孔理论直径的洞穴，洞穴内被不能自稳成孔的煤渣所充填，钻孔方向上的这些区域成为“钻洞”。 “钻 洞” 的 危 害 “钻洞”是造成钻孔堵塞、钻杆堵塞、钻杆发热、排渣受阻的根本原因。“钻洞”内很难形成排渣通道。,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析,1 钻洞内排渣风速很小，难以形成排渣通道； 2 钻洞内钻杆阻力加大，容易造成抱钻发热； 3 排渣风道在钻洞上方，粒状煤渣难排堵塞。,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析,“钻洞”成因类型 1 喷孔型“钻洞” 孔内瓦斯喷出携带煤渣进入钻孔，危害具有滞后性。 2 塌孔型“钻洞”： 孔内煤体倾出膨胀携带煤渣进入钻孔，危害分两种情况。 3 煤炮型“钻
3、洞” 孔内煤与瓦斯突出携带煤渣进入钻孔，危害具有突然性。 4 混合型“钻洞”,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析,风力排渣情况下“钻洞”的危害 “钻洞”不是空的， “钻洞”处于准充填状态， “钻洞” 煤渣来自本处煤和它处煤，“钻洞”内排渣通道在钻洞上方，为“细缝壮排渣通道”， “细缝壮排渣通道”排渣通道很容易被煤渣颗粒堵塞，进而造成“钻洞”前方的钻孔堵塞，最终排渣系统完全失效。 在“钻洞”区退钻后，再次进入“钻洞”，因“钻洞”内煤渣没有自稳成孔的能力，很难将排渣系统恢复正常。 唯一选择是：停止钻进。？ （本研究出发点是研究钻洞排渣问题）,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析,一 突出煤层深孔钻进困难
4、原因分析,水力排渣情况下“钻洞”的危害 “钻洞”的形成具有突发性，煤渣的来源有两个途径：一是钻头机械破煤而来，二是钻孔内煤与瓦斯突出而来。所以，突出煤层打钻，出渣量是不均匀的、是突变的。 出渣量的非均匀性（突变性）和排渣的水量的均匀性。 水力排渣出现间断性“喷射”，最大喷射距离20米。 “钻洞”内水流速度减缓，大块堵塞“钻洞”，小块堵塞大块间隙，碎煤堵塞小块微间隙，最终还会可造成滴水漏。 现行水力割缝技术没有解决这个问题。？ （本研究下阶段解决这个问题）,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析,煤层裂隙对钻进方向的影响,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析,煤层夹矸对打钻的影响,一 突出煤层深孔钻进困难
5、原因分析,钻进方向与顶底板夹角对钻机的影响,H,LH/sin,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析,一 突出煤层深孔钻进困难原因分析,假设开孔距离顶底板1.5m 假设钻杆不弯曲 计算见顶见底钻进深度 0.50/171.9m 1.00/85.9m 1.50/57.3m 2.00/42.9m 2.50/34.4m 3.00/28.7m 3.50/24.6m 4.00/21.5m 4.50/19.1m 5.00/17.2m 5.50/15.7m 6.00/14.4m 戊12140面，煤层倾角9130，己13310面，煤层倾角7150。 客观上给深孔钻进带来了十分不利的影响。,二 国外打钻技术在国内突出煤
6、层中的试验现状,国外坑道钻机类型 1 孔底马达型（常说的千米钻机） 2 孔口旋转型 （机械装备与国内相近） 国外钻机配置测量系统，可以知道钻孔轨迹，可以施工拐弯钻孔和分叉钻孔。,二 国外打钻技术在国内突出煤层中的试验现状,孔底马达钻机：金属钻杆、高压胶管,二 国外打钻技术在国内突出煤层中的试验现状,二 国外打钻技术在国内突出煤层中的试验现状,国内外结构相同的孔口旋转型钻机,二 国外打钻技术在国内突出煤层中的试验现状,1 澳大利亚千米钻机（孔底马达型） 淮南试验情况、平顶山试验情况 2 日本套管钻机 （孔口旋转型） 鹤壁试验情况 3 美国钻机（孔底马达型） 晋城煤业集团试验情况,二 国外打钻技术
7、在国内突出煤层中的试验现状,淮南矿业集团于1997年6月底从澳 大利亚引进3台井下长孔水平钻机，即UDR-130 CSM 、UDR-80CSM，LMC-75型。其中UDR-130CSM和UDR-80CSM型钻机是由澳大利亚万通公司(UNIVE RSAL DRILL RIGS)生产，LMC-75型钻机由澳大利亚鲍特长年公司(BOART-LONGYEAR)生产。,淮南矿业公司试验情况,二 国外打钻技术在国内突出煤层中的试验现状,泵量是平煤80泵的30倍3倍，水量大，提拔力2倍左右。,二 国外打钻技术在国内突出煤层中的试验现状,淮南试验情况小结 1 煤层中仅试验一个钻孔，深度35m，钻具丢失。 “钻
8、洞” 水路堵塞，孔底马达丢在钻孔。 澳大利亚钻机不能处理“钻洞”难题。 2 岩层的穿层钻孔，最深128米，软夹层过不去。 3 沿煤层顶板施工钻孔，最深432米。 随钻所带的测试装置对深孔钻进本身意义不大。 128与432对比原因，穿越层面钻孔偏斜。 （平煤试验进入戊组煤层40米左右丢马达，同淮南类似）,二 国外打钻技术在国内突出煤层中的试验现状,日本太平洋兴发公司在鹤壁六矿试验情况 日本亲自操作，仅上早上八点班，共施工四个钻孔。孔深（156米，120米，另外两个孔没有超过7080米），日本人报道最深162米，电话联系鹤壁打听156米（钻机上的钻杆算与不算的问题）。 最深钻孔施工时间7天，七个八
9、点班。 设备庞大，功效太低，放弃采用。,二 国外打钻技术在国内突出煤层中的试验现状,针对日本套管钻进的反思 1 日本“套管钻进”与“保压钻进”的性质对比 通过下套管支撑钻孔，防止塌孔抱钻； 通过保持孔内水压支撑钻孔，防止塌孔抱钻。 两者均采用水力排渣。 2 钻进深度与钻进效率的问题 日本人创造了国内突出煤层打钻的深度记录， 但钻进效率太低，不被企业所接受，说明不能过 分强调钻进深度，还要考虑打钻的效率。,二 国外打钻技术在国内突出煤层中的试验现状,美国千米钻机在晋城的试验（MK钻500米14元/米）,二 国外打钻技术在国内突出煤层中的试验现状,国外技术在突出煤层打钻试验小结 第一 目前为止没有
10、成功的先例。 第二 工艺复杂、成本高、效率低。 第三 国家瓦斯研究中心的国外考察， 说明是一个国际性技术难题。,二 国内突出煤层深孔钻机技术研究现状,国家连续几个五年计划提到这个问题，国家重点基金、973项目 1 国内打钻工艺研究很多 风压、孔径比、钻机操作等，论文很多。 2 西安分院坑道钻进的系列化产业化 3 国内孔底马达钻进的研究（重点基金、国家973，没有成功） 4 三棱钻杆试验研究（始于平煤） 5 保压钻进研究（始于平煤，暂时没有成功） 6 扒孔散热钻进（始于平煤，试验规模最大，跟班4000多米）,二 国内突出煤层深孔钻机技术研究现状,重庆分院胡千廷等人首先研究国内孔底马达钻机,二 国
11、内突出煤层深孔钻机技术研究现状,国内首台孔底马达钻机在淮南进行试验,二 国内突出煤层深孔钻机技术研究现状,国内孔底马达钻机在淮南试验结果： 共试验5个钻孔，5个钻孔累计深度65米，平均深度13米，最大深度21米。试验没有成功。,二 国内突出煤层深孔钻机技术研究现状,平煤集团崔明刚先生提出三棱（多棱）钻杆 三棱钻杆的两大优点： 第一 排渣效果好。（具有扬起煤渣的作用） 第二 钻孔定向好。（钻杆与钻头的旋转直径相当） 三棱钻杆的缺陷： 强度匹配困难，钻杆螺纹直径受到结构的限制。 三棱钻杆的试验效果 在钻进深度上取得了一定效果，但断钻频繁，平煤十二矿和郑煤的试验均反映出这个弊病，没有得到推广应有。,
12、二 国内突出煤层深孔钻机技术研究现状,保压钻进试验 研制出完整装备并下井，开孔和封孔遇到暂时 没有克服的技术难题，目前还没有成功。 “保压钻进”工艺复杂，共11道工序，比现行钻进 多9道工序，且多数工序技术要求很高。 我们后面将专门进行介绍，并阐述暂时放弃的 原因。,二 国内突出煤层深孔钻机技术研究现状,课题组最新研究成果“扒孔散热钻进” 在提出“钻洞”概念、性质和危害的前提下 ，提出扒孔散热钻杆和防堵塞钻头。在八矿、十二矿进行为期三个月工业性试验，累计钻进深度7000米左右，跟班记录4000米以上，目前仍在试验中。 后面将专门进行介绍。,感谢各位专家参加讨论会！ 由于时间和知识有限，对国内外情况的 分析可能存在不足，请多多批评指正！ 祝各位专家工作顺利、身体健康！,