煤矿瓦斯抽采新技术.ppt

煤矿瓦斯抽采新技术俞启香 (教授、博导、国家安全生产专家） 中国矿业大学 国家煤矿瓦斯治理工程研究中心主要内容1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术2、松软煤层抽放钻孔关键技术3、立体交叉钻孔布孔增透技术4、高压水射流扩孔5、水力导喷增流提透技术6、深孔预裂控制爆破增流提透技术7、V锥流量计1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术1）简介 （1）长钻孔是实施“先抽后采、抽放达标”的重要前提近年来，西安院、重庆院等，研制成功了施工长500-1000m钻孔系列装备2）定向钻进工艺和稳定组合钻具 也是实现长钻孔施工成功的关键1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术2）钻机 特点：①分体式：整机分为主机、操作台和泵站3大部分；②全液压、双泵系统，可分流、合流以满足各种钻进工况要求；③钻速、钻矩和给进/起拔力范围较大，处理孔内事故能力较强1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术2）钻机 主要部件简介：①动力头—是钻机的核心部件，采用手动调节油流量的变量马达（高速、小转矩液压马达）配一个大速比传动箱（NGW型行星齿轮机构为第1级传动），实现钻速和转矩的大范围无级调速，结构简单、紧凑、效率高1-变量马达；2-太阳轮；3-马达座；4-行星轮：5-行星 轮架；6-小齿轮； 7-大齿轮；8-配油套；9-卡盘；10-传动箱体；11-主轴 图2 -5 回转器结构图1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术2）钻机 主要部件简介：②液压卡盘—150m以上钻机普遍采用胶筒式液压卡盘，其特点是：卡盘采用胶筒式结构，靠液压直接作用到机械夹紧钻杆，几乎没有中间元件，夹紧可靠；油压作用面积大，卡紧力大；不用轴承，结构紧凑，外形尺寸小，转动惯量小；当卡瓦和钻杆磨损后，夹紧力不减。

1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术2）钻机 主要部件简介：②胶筒式液压卡盘的工作原理是：高压油经主轴及卡盘后端盖上的小孔进入胶筒外侧的密封腔中，胶筒中部受到径向的压力而收缩，迫使卡瓦组向中心移动而夹紧钻杆回油时，卡瓦组在弹簧的作用下，自动复位而松开钻杆在胶筒的中部设有支承环，它顶住胶筒外缘形成高压油腔的密封，并限制其变形的范围滑板的作用是防止胶筒挤入卡瓦体之间1-传拉盘；2-后端盖；3-端压环；4-卡盘体； 5-支撑环；6-胶筒；7一传扭盘；8-前端盖； 9-卡瓦；10-复位弹簧；II-垫片 胶筒式液压卡盘示意图1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术2）钻机 主要部件简介：③液压夹持器—是固定孔内钻具的重要部件其工作原理是常开式夹持器与常闭式夹持器的结合常闭部分可保证机身在最大倾角时钻杆秤在自重作用下不下滑常开部分的副油缸可以在回转器反转时，通人压力油产生一个附加推力，使夹紧力为碟形弹簧的张力和副油缸的推力之和，保证可靠地夹紧钻杆松开夹持器时，副油缸已卸压，主油缸的推力只需克服碟形弹簧的张力即可，所以开启压力低，有利于液压系统的压力协调，提高液压系统的效率1-滑轨；2-主活塞；3-卡瓦及卡瓦座；4-复 位弹簧；5-插杆；6-碟形弹簧；7-副油缸 夹持器结构示意图 1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术2）钻机 主要部件简介：④给进装置及机架钻机的给进装置功能：A.可以实现回转器的往复移动，完成起、下钻具工序和在钻进过程中控制孔底压力满足钻头连续破岩的要求； B. 孔内出现事故时能进行强力起拔。

钻机的给进装置构成：由2个双杆油缸并列安装构成，活塞杆固定在机身两端的挡板上，有效地利用机身的长度和宽度，并增加了机身的刚度；缸筒沿活塞杆往复运动，改善了缸筒的导向性，延长了油缸的使用寿命油缸的挡环插入拖板的马蹄形挡块之间，装拆方便机架用于安装给进装置，起支撑作用，承受钻机给进、起拔时的反作用力和回转时的翻转扭矩机架由前后立柱和调角油缸等部件组成通过调角油缸调节机身角度来满足钻孔倾角的要求1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术2）钻机 主要部件简介：⑤液压步履机构用途：钻机常常要在一个钻场施工数个钻孔，为便于就近搬迁，减轻劳动强度，缩短施工准备时间，在几种深孔钻机上配备了带中心转向的液压步履机构构成及其作用：w液压步履机构由支腿油缸、平移油缸、中心转向油缸、上下底盘等部件组成w上下两层底盘之间设有滑轨支腿油缸和上述主机各部件都安装在上盘上；w在下盘中部装有中心转向油缸上下盘之间装有平移油缸，其缸筒和活塞杆分别与上盘和下盘铰接通过操纵台控制支腿油缸和平移油缸交替动作即可完成主机的前后步移当需要转向时，可操纵中心转向油缸使主机整体升离地面，通过人力直接推动主机转向转到所要求的位置后，再使整机落下。

w为在钻场能牢固安装钻机，在上盘侧面对称布置4个单体液压支柱的支座在钻机的方位调整好以后，顶紧单体液压支柱有支座的夹持即使支柱松动也不会翻倒砸伤人1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术2）钻机 主要部件简介：⑤液压步履机构1-——回转器；2——给进装置及机架；3——夹持器；4——液压步履机构主机结构示意图1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术2）钻机 （1）近水平深孔500～1000m全液压坑道钻机型 号 ZDY6000S (MK-6)ZDY8000SZDY10000S (MK-7) 额额定扭矩/N.m6000~16008000~210010000~2600 额额定转转速/r.min-160~21045~16035~130 最大起拔/给进给进 力/kN190/250给进给进 /起拔行程/mm1000 主轴倾轴倾 角/o-10~10 给进给进 /起拔速度 /m.S-1主副泵泵合流给进给进0~0.25 副泵给进泵给进0~0.05 液压压系统额统额 定 压压力/MPa主油泵泵28 副油泵泵21 电电机功率/kw7590 油箱有效容积积/L280 配套钻钻杆直径/mm73/8989 总质总质 量/kg5600 主机外形尺寸（长长X宽宽X高）mXmXm2.66X1.43X1.921 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术ZDY8000S/ZDY10000S全液压钻机（MK-7型） 一．适应范围： ZDY8000S/ZDY10000S型钻机是目前国内煤矿 巷道钻进能力最大的全液压近水平孔钻机。

它 具有大扭矩、给进/起拔力强等特点w适用于煤矿井下瓦斯抽放大直径（ φ=150~200mm）近水平长钻孔的施工1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术ZDY8000S/ZDY10000S全液压钻机（MK-7型） 二、结构特点： 1.采用全液压动力头结构，由主机、泵站、操纵台三大部分组成 ，解体性强主机设有步履行走机构和转向机构，使搬迁更方 便，钻场布置更加灵活； 2.双泵液压系统，使回转与给进工艺参数可以独立调节变量油 泵和变量马达的有机组合使转速和扭矩调整范围扩大并实现无 级调速，提高了钻机对不同钻进工艺的适应能力； 3.液压自动拧卸钻具，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率 ； 4.双油缸给进/起拔钻具，使给进/起拔能力增大，提高了处理孔内 事故的能力； 5.通孔式的回转器结构设计，通过更换不同尺寸的卡瓦组可适用 不同直径的外平钻杆，钻杆长度也不受钻机结构尺寸的限制； 6.用支撑油缸调整机身的倾角既方便省力又安全可靠； 7.操纵台集中操纵，使操纵人员可远离孔口，确保了人身安全； 8.完备的液压保护装置和通用性强的液压元件，提高了钻机运行 的稳定性和可靠性 1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术ZDY8000S/ZDY10000S全液压钻机（MK-7型） 三、应用实例 w情况简介 2002年12月8~19日，在陕西铜川矿务局陈家 山煤矿415区段附近施工。

试验历时11天，纯钻进时间 约138小时，累计进尺1667.5m，平均时效为12.13m/h ，采用一次成孔的钻进工艺，先后完成了钻机能力孔和 试验孔两个钻孔该钻孔用于抽放瓦斯，平均瓦斯抽放 量达到14m3/min，抽放瓦斯浓度为80%其中一个钻 孔孔深865m，最高时效达到28m/h，开孔直径 Φ300mm，终孔孔径Φ150mm，是当时我国煤矿井下 施工成孔最长、孔径最大的近水平定向全煤钻孔 w煤层情况简介 钻孔在4#–2煤层中施工，该煤层含数层 夹矸，夹矸多为泥岩或炭质泥岩施工区段地质构造主 要以褶皱构造为主，属高瓦斯地区，煤的平均厚度为 10m，煤层倾角5~7°1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术ZDY8000S/ZDY10000S全液压钻机（MK-7型）w1#钻孔施工简介：开孔倾角上仰6°，方位平行于 415运顺，孔深802.5m （其中孔深0~420m段， 孔径为φ193mm；孔深420~500m段，孔径为 φ153mm；孔深500~802.5m段，孔径为 φ113mm）在钻进过程中，先后穿越煤层及泥 岩（其中前380m在煤层中钻进，测斜仪对钻孔倾 角进行测量，钻孔倾角最大为6.5°，最小为6°， 与开孔倾角大致相同）。

孔深380m以后先是换用 φ113mm四翼刮刀钻头，钻头后跟3个稳定器钻 孔轨迹一直保持在泥岩中钻进至802.5m终孔1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术ZDY8000S/ZDY10000S全液压钻机（MK-7型） 2#钻孔施工简介：开孔倾角上仰5.3°，方位右偏415 运顺3°终孔孔深865m（孔深 0~712m段，孔径 为φ153mm；孔深 712~865m段，孔径为 φ113mm）钻进施工时，先后通过煤层、炭质 泥岩用造斜组合钻具钻进至337m时，经测斜仪 对钻孔进行倾角测量，最大倾角为-1°，最小倾角 为-1.5°，钻孔下斜根据矿上提供的地质资料， 为使钻孔轨迹保持在煤层中，换用保直组合钻具 钻进，钻进至855m时，进入炭质泥岩，继续钻进 10m，（其中855m在煤层中钻进）1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术ZDY8000S/ZDY10000S全液压钻机（MK-7型） w钻具应用情况简介 在此次施工中采用煤科总院西安研 究院研制的8类金刚石复合片钻头：φ75mm的内凹三 翼金刚石复合片钻头；φ113mm内凹三翼金刚石复合 片钻头；φ113mm四翼刮刀金刚石复合片钻头；φ94 金刚石复合片组合扩孔钻头；φ113mm金刚石复合片 组合扩孔钻头；φ153mm金刚石复合片导向扩孔钻头 ；φ193mm金刚石复合片导向扩孔钻头和φ300mm金 刚石复合片导向扩孔钻头，8类钻头经使用，效果良好 ，特别是对于坚固性系数f=0.8~2.5煤岩互层地层有很 好的适应性和钻进性能。

在煤层中钻进时，平均时效 可达18m/h以上1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术ZDY6000S型全液压钻机(MK-6型)一．适应范围：wZDY6000S型全液压钻机是动力头式全液 压钻机，具有扭矩大、给进/起拔力强等特 点适用于煤矿井下瓦斯抽采大直径近水 平长钻孔和地质勘探孔等1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术ZDY6000S型全液压钻机(MK-6型)二、结构特点：1.采用全液压动力头结构，由主机、泵站、操 纵台三大部分组成，解体性强主机设有步 履行走机构使搬迁更方便，钻场布置更加灵 活；2.双泵液压系统，使回转与给进工艺参数可以 独立调节变量油泵和变量马达的有机组合 使转速和扭矩调整范围扩大并实现了无级调 速，提高了钻机对不同钻进工艺的适应能力 ；3.液压自动拧卸钻具，减轻了工人的劳动强度 ，提高了工作效率；1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术ZDY6000S型全液压钻机(MK-6型)二、结构特点：……4.双油缸给进与起拔钻具，使给进、起拔能力增大， 提高了钻机处理孔内事故的能力；5.通孔式的回转器结构设计，通过更换不同尺寸的卡 瓦组可适用不同直径的外平钻杆，钻杆的长度也不 受钻机结构尺寸的限制；6.用支撑油缸调整机身的倾角既方便省力又安全可靠 ；7.操纵台集中操纵，使操纵人员可远离孔口，确保了 人身安全；8.完备的液压保护装置和通用性强的液压元件，提高 了钻机运行的稳定性和可靠性。

1 1、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术ZDY6000S型全液压钻机(M。