松软突出煤层长及定向长钻孔施工关键技术与装备

(2) ZDY系列钻机 ZDY系列钻机
①ZDY3200I型全液压履带钻机适用于大断面巷道，采 ZDY3200I型全液压履带钻机适用于大断面巷道， 型全液压履带钻机适用于大断面巷道 用整体式布局，宽度仅为1.35 m，结构紧凑， 用整体式布局，宽度仅为1.35 m，结构紧凑，能够 满足大多数煤矿巷道的使用要求。 满足大多数煤矿巷道的使用要求。该钻机采用负载 传感器和恒压变量等先进技术和进口液压元件， 传感器和恒压变量等先进技术和进口液压元件，提 高了操控性、可靠度，并具有良好的节能效果。 高了操控性、可靠度，并具有良好的节能效果。 ZDY3200S型全液压坑道钻机主要适用于小断面巷道 型全液压坑道钻机主要适用于小断面巷道， ②ZDY3200S型全液压坑道钻机主要适用于小断面巷道， 采用分体式结构，分为主机、操控台和泵站三部分， 采用分体式结构，分为主机、操控台和泵站三部分， 每部分的重量相对较轻，便于搬迁运输， 每部分的重量相对较轻，便于搬迁运输，满足煤矿 狭小巷道的使用要求。 狭小巷道的使用要求。该钻机全部采用国产优质液 压元件，降低了成本，满足不同用户的需求。 压元件，降低了成本，满足不同用户的需求。
3）现场实施效果
①
钻孔编号 1#钻孔 1#钻孔 2#钻孔 2#钻孔 3#钻孔 3#钻孔 4#钻孔 4#钻孔 5#钻孔 5#钻孔 钻孔直径 /mm 90 90 90 90 90
打通一矿试验钻孔参数表
施工角 度 +0.5° +0.5° -0.5° 0.5° -1.0° 1.0° -0.5° 0.5° -0.5° 0.5° 终孔深度 /m 125.6 128.0 20.8 103.2 120.0 卡钻情况 钻进129根钻杆 钻进129根钻杆 129 卡钻严重， 后,卡钻严重， 排粉量剧增
3)重庆院的研究成果 重庆院的研究成果 介绍
(1)中空螺旋钻杆 中空螺旋钻杆
150m深孔合理参数的螺旋钻杆设计图
200m深孔合理参数的螺旋钻杆设计图
(2) ZYW系列钻机 ZYW系列钻机
该系列钻机有3种功率： 该系列钻机有3种功率： 22kw，37kw，55kw。 22kw，37kw，55kw。
①松软煤层钻孔难施工一直制பைடு நூலகம்着我国煤矿瓦斯抽放
与突出防治的技术发展。 与突出防治的技术发展。 ②实践证明，螺旋钻进、压风排渣是松软突出煤层成 实践证明，螺旋钻进、压风排渣是松软突出煤层成 孔的有效途径，但还需要解决一些关键技术。 孔的有效途径，但还需要解决一些关键技术。 ③“十五”后期及近两年， ③“十五”后期及近两年，重庆院西安院等创新研究 十五 思路，从工艺和装备两方面入手，通过2 思路，从工艺和装备两方面入手，通过2年多的攻关 研究，取得了实质性的技术突破。 研究，取得了实质性的技术突破。
③ 王坡煤矿3207回风巷顺层长钻孔试验 王坡煤矿3207 3207回风巷顺层长钻孔试验
天地公司王坡煤矿3207回风巷， 天地公司王坡煤矿3207回风巷，煤层较稳 3207回风巷 瓦斯含量16m3/t 值为0.53 16m3/t， 0.53） 定，(瓦斯含量16m3/t，f值为0.53）采用普通 钻机和工艺施工顺层钻孔， 钻机和工艺施工顺层钻孔，平均施工深度在 60m左右 左右。 60m左右。 2008年 日至6 28日期间 日期间， 在2008年5月9日至6月28日期间，采用 ZYW～1900R型试验钻机及施工工艺后在3207回 型试验钻机及施工工艺后在3207 ZYW～1900R型试验钻机及施工工艺后在3207回 风巷施工了55个下向孔，总计进尺6272m 55个下向孔 6272m， 风巷施工了55个下向孔，总计进尺6272m，平 均孔深达114.3m 最大成孔深度165m 114.3m， 均孔深达114.3m，最大成孔深度165m （人为 停钻）， 平均每天成孔187m 187m。 停钻）， 平均每天成孔187m。
(2) ZDY系列钻机 ZDY系列钻机
ZDY系列钻机主要技术参数表 ZDY系列钻机主要技术参数表
项目
终孔直径 mm 回转速度 r/min 最大扭矩 kN 给进/起拔能力 给进 起拔能力 kN 主轴倾角 功率 kw 整机重量 kg 主机重量 kg 主机外形尺寸m(长 宽 高 主机外形尺寸 长X宽X高）)
终孔原因 钻杆数量 不够 钻杆数量 不够 见岩石 风压太小 0.1MPa 风压太小
-
② 松藻渝阳煤矿现场钻孔对比
在渝阳煤矿N2707和N2709突出煤工作面施工500个本层 在渝阳煤矿N2707和N2709突出煤工作面施工500个本层 N2707 突出煤工作面施工500 钻孔，平均孔深达88 m以上 以上， 钻孔，平均孔深达88 m以上，达到设计深度的一次性成孔率 88%，台机月效率在300 m以上 最高达到8 以上（ m）， ），未 达88%，台机月效率在300 m以上（最高达到8 700 m），未 出现抱钻、钻杆折断等事故，钻孔平均抽采浓度达到37% 37%， 出现抱钻、钻杆折断等事故，钻孔平均抽采浓度达到37%， 平均单孔瞬时抽采量达到0.0157 m3/min， 平均单孔瞬时抽采量达到0.0157 m3/min，成孔深度最长达 168m，因见岩而终孔，。 168m，因见岩而终孔，。 在同一地点，用相同能力的钻机， 在同一地点，用相同能力的钻机，采用矿上现有的螺旋 钻杆及钻头作对比试验，最大成孔深度还不到80m 60m左右 80m， 钻杆及钻头作对比试验，最大成孔深度还不到80m，60m左右 就卡钻、抱钻，70多 时钻机就不能旋转了。 就卡钻、抱钻，70多m时钻机就不能旋转了。 通过现场试验，螺旋钻进成孔技术能成孔160m 160m深度以 通过现场试验，螺旋钻进成孔技术能成孔160m深度以 上，为顺层长钻孔施工从装备和工艺技术上奠定了很好的基 础。
4)西安院的研究成果 西安院的研究成果 介绍
(1)成果简况 (1)成果简况
西安院对风力钻进排粉机理进行了研究， 西安院对风力钻进排粉机理进行了研究，提出利 用中风压空气钻进工艺解决成孔问题， 用中风压空气钻进工艺解决成孔问题，研制了配套 装备以及保障工艺， 装备以及保障工艺，主要包括适于松软突出煤层的 ZDY3200L和ZDY3200S两种型号钻机 两种型号钻机; ①ZDY3200L和ZDY3200S两种型号钻机; 大通孔中风压密封钻杆、宽翼片大通孔螺旋钻杆; ②大通孔中风压密封钻杆、宽翼片大通孔螺旋钻杆; 多级无动力除尘器等； ③多级无动力除尘器等； 研制了内芯可脱式钻头， ④研制了内芯可脱式钻头，可实现从钻杆内孔下放筛 管以维护孔壁，大大提高了钻孔的深度， 管以维护孔壁，大大提高了钻孔的深度，并解决了 后期的护孔问题，从而提高了瓦斯抽采效率， 后期的护孔问题，从而提高了瓦斯抽采效率，达到 降低煤与瓦斯突出危险性的目的。 降低煤与瓦斯突出危险性的目的。
松软突出煤层及定向长钻孔 施工关键技术与装备
俞启香 教授、博导、国家安全生产专家） (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、松软煤层抽放钻孔施工关键技术及装备 2、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术及装 备
1、松软煤层抽放钻孔关键技术
1）问题的提出、技术途径及其进展 问题的提出、
（在煤矿井下大断面巷道中工作照片） 在煤矿井下大断面巷道中工作照片）
ZDY3200S型全液压分体式结构钻机 ZDY3200S型全液压分体式结构钻机 主要适用于小断面巷道） （主要适用于小断面巷道）
(3) 配套钻具与装置
①通过钻杆内孔下放筛管的护孔工艺，解决提钻后易 通过钻杆内孔下放筛管的护孔工艺， 塌孔和瓦斯抽放时的负压造成孔壁坍塌的问题。 塌孔和瓦斯抽放时的负压造成孔壁坍塌的问题。 中风压高强度大通孔钻杆， ②中风压高强度大通孔钻杆，减少了压缩空气通过的 压力损失，并为筛管下入提供了通道； 压力损失，并为筛管下入提供了通道； 内芯可脱式钻头， ③内芯可脱式钻头，正常钻进时内芯与钻头体结合牢 固可靠， 固可靠，终孔后钻头内芯在钻杆内孔轴向外力用下 可脱落，能够满足钻杆内通孔下放筛管的需求。 可脱落，能够满足钻杆内通孔下放筛管的需求。 钻进除尘装置,根据中风压空气钻进的特点 根据中风压空气钻进的特点， ④钻进除尘装置 根据中风压空气钻进的特点，采用经 验计算和数值模相结合的方法研制出多级无动力孔 口除尘器。该尘器采用惯性除尘、冲击水浴除尘、 口除尘器。该尘器采用惯性除尘、冲击水浴除尘、 文丘里除尘等除尘原理，具有结构简单、 文丘里除尘等除尘原理，具有结构简单、除尘效率 操作方便、 高、操作方便、在高瓦斯环境中使用不存在安全隐 患等特点。 患等特点。
37kw型螺旋钻机
55kw型螺旋钻机
(3） (3）现场实施效果
松藻煤电公司打通一矿，采用ZYW--1200 ZYW--1200型 ① 松藻煤电公司打通一矿，采用ZYW--1200型 螺旋钻机对8#突出煤层进行了连续施工5 8#突出煤层进行了连续施工 螺旋钻机对8#突出煤层进行了连续施工5个顺 层长钻孔的钻进试验， 层长钻孔的钻进试验，有4个钻孔深度达到 m以上 最大成孔深度128 m。 以上， 100 m以上，最大成孔深度128 m。煤的坚固 性系数为0.2 瓦斯压力2.2 MPa左右 0.2， 左右， 性系数为0.2，瓦斯压力2.2 MPa左右，瓦斯 含量15.3 m3/t）。具体参数如下表： ）。具体参数如下表 含量15.3 m3/t）。具体参数如下表：
1、松软煤层抽放钻孔关键技术 、
2） 重点核心技术研究进展
①考察研究了钻机钻具转速与排渣效果的关系，确定了螺旋 考察研究了钻机钻具转速与排渣效果的关系， 钻机的临界转速， 钻机的临界转速，解决或减弱了螺旋钻机施工时因排渣不 畅而形成阻塞和憋钻现象。 畅而形成阻塞和憋钻现象。 ②试验研究了钻进速度与煤的性质、成孔直径、钻具转速的 试验研究了钻进速度与煤的性质、成孔直径、 关系，对螺旋钻杆主要参数进行了分析， 关系，对螺旋钻杆主要参数进行了分析，确定了螺旋钻杆 合理螺旋角。 合理螺旋角。 ③通过对螺旋成孔所需临界转速、钻杆螺旋升角、中心管径、 通过对螺旋成孔所需临界转速、钻杆螺旋升角、中心管径、 螺距的优化研究，确定了钻机的最优参数， 螺距的优化研究，确定了钻机的最优参数，开发出适用于 松软煤层顺层长钻孔施工的螺旋钻机和相应的钻具。 松软煤层顺层长钻孔施工的螺旋钻机和相应的钻具。