煤矿井下水平定向孔的一般布置形式

煤矿井下水平定向钻进技术的特点和分类是什么？~

煤矿井下实施钻探作业往往受井巷条件限制，首先要求钻探设备和工具能够适应狭小空间运输、搬迁和使用;煤矿安全生产规程要求所有用于煤矿井下的机电设备和仪器必须具备煤安标志;长期以来，煤矿生产由于受特殊生产条件、粗放型生产管理模式等因素影响，使煤矿企业对设备能力和技术水平要求不高，这在一定程度上也影响了一些先进技术在煤矿的发展应用，包括水平定向钻进技术。
煤矿井下水平定向钻进技术根据所用的钻具类型和钻进方式不同可分为两种。一种是稳定组合钻具定向钻进技术，该技术采用孔口回转的钻进方式，稳定组合钻具由钻头、稳定器和短钻杆按照不同的组合形式连接组成。通过在稳定器之间连接不同直径和长度的钻杆，组成不同的组合钻具，利用钻杆自身的重力、给进力、离心力及其弯矩所形成的挠曲变形对与其刚性连接的钻头产生作用，使钻孔轨迹上仰、下斜或保直钻进，以达到控制钻孔方向的目的。这种定向技术工艺原理简单、钻具成本低、地层适用性强、操作方便，能够满足对定向精度要求不高的定向钻孔施工要求。主要缺点是定向控制精度低、起下钻次数多、钻进效率低等。另一种是采用带弯接头的孔底马达定向钻进技术。孔底马达是以高压冲洗液作为传递动力介质的一种孔底动力钻具，采用带有不同形式造斜件(弯外管或弯接头)的孔底马达，配备随钻测量仪器，可较灵活地满足不同定向钻进的需要。钻进过程中通过钻机动力头正转孔内钻杆柱来调整孔底马达造斜件的工具面向角，使其朝向预定方向，即可控制钻孔的倾角和方位角，达到定向钻进的目的。其与传统的回转钻进工艺的不同之处在于:孔底马达带动钻头旋转破碎岩石时，整个钻杆柱和孔底马达的外壳(包括造斜件)是不旋转的，所以造斜件弯曲的方向即是钻孔将要延伸的方向。孔底马达定向钻进技术一般与随钻测量技术结合使用，具有定向精度高、对钻孔轨迹的控制调节能力强、钻进效率高、可进行实时精确随钻测量等优点。主要缺点是钻具成本高、地层适应性差，同时由于钻具结构较为复杂，对操作人员的技术水平要求较高。

煤矿井下随钻测量技术是从石油钻井技术发展而来的，然而由于其施工环境、钻孔形式、施工目的等与石油钻井有所不同，所以对测量方法和传输技术的要求也有所差异。具体表现在以下5个方面:1)煤矿井下施工环境差。在煤矿井下进行瓦斯抽采钻孔施工要面对煤尘、瓦斯、湿气等环境，不但对施工人员作业活动造成不便，同时也对施工设备提出了防潮、防爆等要求。因此一般地面钻井使用的随钻测量系统从防爆性能要求上首先就不能满足井下施工的需要。
2)根据煤矿井下定向钻孔的布置形式和施工目的，随钻测量主要是以导向和钻孔轨迹描述为目的，将测量结果和钻孔轨迹提供给司钻人员，便于其随时对钻孔轨迹进行调控。因此这里提到的随钻测量主要是指姿态参数测量，一般不进行以勘探为目的的地层评价随钻测量(Formation Evaluation While Drilling，简写为FEWD)，相对石油钻井随钻测量煤矿井下随钻测量对仪器的要求比较简单。
3)煤矿井下钻孔施工所用钻具的尺寸一般都比较小，钻杆直径最大89mm，这就决定了随钻测量装置的直径要小，以便装到钻杆中，并且不能影响冲洗液的流动;随钻测量装置的长度要短，一般不能超过3m，便于在煤矿井下巷道中使用。此外，煤矿井下施工环境恶劣，钻进过程中没有类似石油钻井的缓冲、保护装置等，要求随钻测量仪器具有较强的抗震性能。
4)煤矿井下随钻测量一般用于瓦斯抽采孔、探放水孔和地质异常体勘探孔等施工，无论是施工成本，还是工艺复杂程度，都无法和石油钻井相提并论，因此，用于煤矿井下的随钻测量仪器成本不能太高，且要简单实用。
5)煤矿井下钻孔的布置形式以近水平孔为主，施工过程中一般都采用清水作为循环介质，且孔口一般不采用密封装置，钻进工艺和石油钻井有所不同，因此，关于随钻测量信号传输除考虑有线传输的适用性外，有必要探讨其他无线传输技术的可行性。

在煤矿生产过程中，井下定向钻孔主要用于瓦斯抽采、探放水、地质异常体探测和紧急救援等。目前煤矿井下水平定向钻孔以瓦斯抽采钻孔为主，尤其是高瓦斯矿井。从瓦斯治理和利用的角度出发，经常需要在煤层及其顶板或底板中布置一系列的钻孔用于抽采或释放瓦斯，以确保生产安全。根据抽采瓦斯的位置或来源不同，水平定向钻孔主要分为本煤层预抽孔、顶板高位孔、底板穿层孔等形式。

1.本煤层预抽钻孔的布置形式

预抽钻孔一般情况都布置在煤层厚度大、透气性好、瓦斯含量高、煤层硬度较大的稳定煤层中，这样不但有利于成孔和后期钻孔稳定，又能够保证钻孔的高渗透性，有利于瓦斯抽采。根据钻孔相对于工作面延伸方向的不同，水平定向钻孔布置形式主要有走向和倾向布置两种。走向水平长钻孔一般都比较深，根据目前井下定向钻孔施工设备的能力，最深可达到1000m以上，这类钻孔的施工钻场一般都布置在工作面停采线附近，钻孔向回采工作面方向延伸。倾向水平定向孔一般布置在回风巷中，从回风巷侧帮向工作面煤层中打钻，钻孔深度一般在200m左右，这类钻孔数量比较多，一般在设计时都尽可能采用不同形式的钻孔覆盖整个工作面，但是，为了保证良好的抽采效果，不能使钻孔穿透工作面或从巷道穿出。在实施定向钻孔前，钻孔布置形式一般以与走向或倾向平行布置为主，具体布置形式如图1-1所示;在实施定向钻孔后，可采用“一孔多分支”的钻孔布置形式，如图1-2所示，这样可在顺槽直接开孔，减少钻机搬运次数，提高钻进效率，同时达到“一孔多用”的目的。和常规本煤层瓦斯抽采孔不同的是，倾向瓦斯抽采定向钻孔，对于未掘进巷道区域，钻孔深度可达到500～600m，不仅可抽采工作面的瓦斯，也可抽采待掘进巷道区域的瓦斯，起到区域抽采的作用。

图1-1 常规本煤层瓦斯预抽钻孔布置示意图

2.顶板高位孔的布置形式

采用顶板水平长钻孔进行瓦斯抽采，若钻孔的布置层位适当，不但可抽采上临近层的瓦斯，在工作面回采过程中还可抽采受采动影响的裂隙带瓦斯，甚至在后期还可用于采空区瓦斯抽采，因此顶板高位钻孔是一种综合高效的瓦斯抽采技术手段。顶板高位水平钻孔抽采瓦斯效果好坏的关键是钻孔轨迹布置层位的选择，不同矿区工作面顶板裂隙带发育高度是不同的，能否保证钻孔轨迹在破碎裂隙带边缘延伸，且能保证钻孔稳定，是实施顶板高位抽采能否取得成效的关键所在。这种钻孔布置形式在我国很多矿区都进行过试验，且取得了很好的效果，如阳泉、沈阳、铁法、淮南等矿都采用该方法进行过瓦斯抽采。但是，由于当时定向钻孔控制技术还不完善，高位钻孔的施工一般都需要在煤层顶板一定高度布置专门的施工钻场，然后在钻场内向工作面方向布置水平定向长钻孔(钻孔的布置形式如图1-3所示)。但由于专用巷道和钻场的施工成本较高、周期较长等问题，使这项技术的推广受到一定的限制。而在定向钻孔的施工技术成熟后，则可在开采煤层巷道中，直接向顶板打定向钻孔，使钻孔在到达一定高度后再向水平方向延伸，通过钻孔轨迹控制使钻孔尽量在设计层位延伸，且可进行“一孔多分支”钻进，布置形式如图1-4所示。这种钻孔布置形式也可用于上覆含水岩层或采空区积水的疏排水工程孔施工。如果向煤层底板施工这类水平定向孔，则可用于煤层底板的注浆加固工程，保证开采时底板良好的隔水性，所不同的就是开孔倾角与施工顶板高位钻孔相反。

图1-2 定向多分支本煤层瓦斯预抽钻孔布置示意图

图1-3 常规顶板高位瓦斯抽采钻孔布置形式示意图

3.底板穿层钻孔的布置形式

对于煤层松软、瓦斯突出较为严重的矿井，直接在煤层中成孔存在难度和突出危险，因此一般从煤层底板专用巷道向煤层钻进倾斜钻孔，以达到释放瓦斯压力，减少突出危险的目的。目前很多矿井采用该钻孔布置方式主要是解决回采过程中或掘进过程中，工作面瓦斯超限的问题。钻孔深度一般为80～120m，开孔倾角30°～45°，钻孔直径94～130mm。如淮南谢一矿、谢二矿、淮北芦岭矿、桃园矿等，采用的具体钻孔布置形式见图1-5。使用随钻测量定向钻进技术施工底板穿层钻孔时，可通过造斜延长钻孔在煤层孔段的长度，或在煤层孔段施工分支孔，提高瓦斯抽采效果。

图1-4 顶板高位瓦斯抽采定向钻孔布置形式示意图

图1-5 底板穿层钻孔布置形式示意图

4.松软突出煤层顶板小曲率梳状钻孔

松软煤层由于结构松散、透气性差，在本煤层钻进过程中容易出现喷孔、瓦斯突出、孔壁坍塌等事故，钻孔深度十分有限，严重制约煤矿安全生产，影响掘进和采煤效率。随着定向钻进技术的发展，提出沿煤层顶板岩层中布置水平高位定向长钻孔，并在水平定向孔中从内向外布置向下多分支梳状钻孔进行瓦斯抽采，可避免直接在松软突出煤层中出现钻孔易塌孔、不成孔、效率低、深度受限等问题。首先在开采煤层工作面停止线附近巷道内布置钻场，从煤层向顶板距离开采煤层冒落带高度3～5m处(图1-6中的A点)，以近似水平的角度开孔，开孔方位指向开采工作面;钻进9～15m提钻、扩孔，并安装孔口套管，孔口管长度根据围岩性质确定;然后继续进行近水平定向钻进，采用孔底马达钻具配套随钻测量装置进行轨迹控制，使钻孔轨迹尽量按照设计方向在顶板裂隙带范围内水平延伸，达到主孔设计深度终孔;将小直径大弯角的孔底马达下钻至第一个强制造斜点，调整孔底马达的工具面向角，使其造斜面朝下方进行造斜钻进，使钻孔轨迹保持最小半径延伸直到煤层，为尽量避免出现煤层中卡埋钻具事故，应严格控制穿煤深度，采用“后退式”钻进其他分支孔，最终形成的梳状钻孔如图1-6所示。在有条件的矿井，为了强化煤层瓦斯的抽采效果，对梳状钻孔进行分段压裂，以增强煤层的透气性。

图1-6 煤层顶板小曲率梳状钻孔布置形式示意图

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长白朝鲜族自治县15279898399： 煤矿水平大巷布置方法? - ？
恽容丰与： 1、分煤层布置水平大巷,就是在各可采煤层中都布置水平大巷; 2、集中布置水平大巷,就是只在煤组最下部底板岩层或较坚硬的煤层中,并通过石门与上部煤层连接; 3、分组集中大巷,就是根据各煤层的远近进行分组分别布置水平大巷,是前两种方式的综合,也是现在煤矿上普遍采用的一种布置方法.

长白朝鲜族自治县15279898399： 煤矿探放水钻孔怎么布置? - ？
恽容丰与： 1、布置探放水钻孔应当遵循下列规定: (一)探放老空水、陷落柱水和钻孔水时,探水钻孔成组布设,并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形.钻孔终孔位置以满足平距3 m为准,厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5 m; (二)探放断裂构...

长白朝鲜族自治县15279898399： 矿井定向的种类与要求有哪些 - ？
恽容丰与： 矿井定向概括说来可分为两大类:一类是从几何原理出发的几何定向;另一类则是以物理特性为基础的物理定向. 几何定向分为: (1)通过乎酮或斜井的几何定向; (2)通过一个立井的几何定向(一井定向), (3)通过两个立井的几何定...

长白朝鲜族自治县15279898399： 煤矿瓦斯排放孔任何布置 - ？
恽容丰与： 瓦斯排放孔是局部防突措施的一种,孔径建议选择75mm的,小了效果差,大了不好打,一排孔的个数应根据控制到两帮外的范围确定,一般7-9个,排数由煤的厚度来确定,一般情况下3-4排,如有软分层的,优先布置在软分层中,深度控制在15m左右,用国产95牛的手扶式风动钻机正合适.总得原则来说,钻孔的控制要达到上下左右都有控制,设计时根据防突规定结合施工难度进行,根据排放的效果来进行总结、分析、优化.

长白朝鲜族自治县15279898399： 煤矿掘进工作面探放水钻孔如何布置 - ？
恽容丰与： 根据防治水要求 探水钻孔需要布置不少于3个 呈扇形布置打到富水异常区与,钻机可以放在专用的钻场硐室中,也可以放在工作面的迎头,用4个压柱 压牢固定稳固后悬挂瓦斯传感器和一氧化碳传感器,钻场如果高瓦斯矿井 还要布置压风自救装置等等

长白朝鲜族自治县15279898399： 孔底马达的使用与维护 - ？
恽容丰与： 一、孔底马达的结构组成 煤矿用孔底马达主要由马达总成、万向轴总成、传动轴总成三大部分组成,如图5-1所示.在地面煤层气开发工程中使用的孔底马达通常还包括旁通阀总成、防掉总成等部分. 图5-1 孔底马达总体结构1)马达总成:由...

长白朝鲜族自治县15279898399： 带式运输机传动装置一级圆柱齿轮减速器课程设计运输带工作拉力:F=6.5KN卷筒的直径:D=500mm运输带速度:V=2.0m/s带速允许偏差:5%使用年限:... - ？
恽容丰与：[答案] 输送能力Q=1800t/h 输送长度L=3005m 输送带宽度B=1200mm 2.2.2 线路参数 东翼一采区上山主运输大巷共3005米,可简化为如图2.1所示的八段:第一段(1点到2点)平运,长度540米;第二段(2点到3点)下运,水平长度207米,提升高度-27.1...

长白朝鲜族自治县15279898399： 什么是矿井通风方式? 矿井通风方式主要有哪几种基本类型? - ？
恽容丰与： 指矿井进风井和出风井的布置方式.根据矿井进、回风井布置形式的不同,矿井通风方式分为以下三种基本类型: (1)中央式通风.中央式通风是指风井和回风井大致位于井田走向的中央,中央式通风又分为中央并列式和中央边界式两种形式. (2)对角式通风.对角式通风是指进风位于井田中央,回风井分别位于井田浅部走向两翼边界采区的中央,对角式通风又分为两翼对角式和分区对角式两种形式.. (3)混合式通风.混合式通风是大型矿井和老矿井进行深部开采时常用的一种通风方式.一般进风井和回风井由3个或3个以上井筒或斜井按(1)、(2)两种方式组合而成,分为中央分列与对角混合式、中央并列与对角混合式、中央并列与中央分列混合式三种形式.