煤矿井下钻探技术与装备108页PPT
矿山钻探装备和钻探施工技术解析
地质勘探G eological prospecting矿山钻探装备和钻探施工技术解析米 玛摘要：钻探施工技术在矿山开采工作中发挥着重要的作用，尤其是在一些环境比较恶劣、地质条件比较复杂的矿山中，钻探施工技术在整个工作中发挥着重要的作用。
在具体的工作中，钻探施工技术对钻孔、井孔的设计以及井深的控制等都有着非常大的影响。
因此，为了保证整个矿山开采工作顺利进行，在具体的工作中，应该不断地提高钻探装备和钻探技术水平，为我国的矿产资源开发工作奠定良好基础。
关键词：矿山；钻探设备；钻探施工技术随着我国经济发展水平的不断提升，对矿产资源也有了更加高层次、高标准的需求，这就要求在矿山开采工作中，必须不断地提高钻探装备和钻探施工技术水平，只有这样才能更好地满足矿山开采工作需要。
在实际应用过程中，要根据具体的情况选择合适、高效、节能、环保等技术与装备。
由于我国矿产资源丰富，因此应该根据实际情况合理地选择合适，并且高效等技术与装备进行矿山开采工作。
这样不仅能够保证矿山开采工作顺利进行，还能保证矿产资源得到合理开发利用。
1 液压动力头钻具近年来，国外研制了多个大直径全液压动力头钻具。
如加拿大Idam公司生产的全液压动力头钻具，其直径达2.48m，长度为20m；美国Fraunhofer公司生产的全液压动力头钻具，其直径达3.65m，长度为24.8m。
目前，我国矿山常用的钻具为全液压动力头钻具，其直径在2m～3.45m之间。
直径超过3m的钻具，目前国内尚未研制成功。
与国外全液压动力头钻具相比，国内所研制的液压动力头钻具主要存在以下问题：①其转速比国外的慢得多。
在相同转速下，国产钻具与国外全液压动力头钻具的钻速相差10倍。
这主要是因为国内生产的液压动力头钻具采用了不合理的结构设计，使得其在较高转速下工作时出现了严重的振动和噪声。
②我国生产的液压动力头钻具的使用寿命不长，且不能满足用户对产品质量的要求。
③我国生产的液压动力头钻具的主要技术指标与国外产品相比有较大差距，如最小钻压为10MPa，转速为20r/min～30r/min等。
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二. 钻机类型及组成
➢ 组成：石油钻机主要由动力机、
传动机、工作机及辅助设备组成。一 般有八大系统（起升系统、旋转系统、 钻井液循环系统、传动系统、控制系 统、动力驱动系统、钻机底座、钻机 辅助设备系统），具备起下钻能力、 旋转钻进能力、循环洗井能力。
➢ 类型：根据钻井深度分为浅井钻
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某型钻井液加重流程示意图
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钻井液加重流程 是钻井液固控系统流 程中的辅助流程，通 过向钻井液中加入重 晶石等成份，增加钻 井液的密度，保持井 壁稳定，以满足钻井 要求。4#罐的加重泵 可以通过加重吸入管 线直接吸入药品混合 仓、加重混合仓、储 备仓中的钻井液，经 过加重漏斗加重处理 后，通过加重排出管 线输送到3#罐、4#罐 各仓中。这样就完成 了钻井液加重流程。
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钻井液固控系统发展过程：在20世纪50年代 以前，并不使用机械装置来净化钻井液，到 了20世纪50年代以后，开始采用钻井液振动 筛、离心机来清除钻井液中的岩屑。60年代 以后，国外油田开始采用4英寸除泥旋流分离 器，六十年代中期，细目钻井液振动筛得到 使用。70年代以后，超细目振动筛得到使用。 80年代以后，钻井液固相控制从采用两级处 理发展成为三级、四级、五级处理。
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2#钻井泵
1#钻井泵
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电驱动钻机类型及特点
➢ 类型：电驱动钻机包括直流电机驱动和交流变频电机驱动两种形式。
电驱动钻机具有传动柔和、调速性能好、操作方便灵活、模块体积小、 安装移运方便、可靠性高、噪音小、污染小、节能等特点。
➢直流电机驱动：直流电动钻机是采用AC-SCR-DC方式，将柴油发电 机组并网发出的电力通过SCR可控硅整流后驱动直流电机。 ➢交流变频电机驱动：交流变频钻机则是采用AC-VFD-AC方式，通过VFD 电传动控制系统将柴油发电机组所发出的电力变为变频可调的电流，采用 交流变频器驱动无碳刷交流变频电机。
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分类
两翼(鱼尾式)刮刀钻头
刀翼数 三翼刮刀钻头
最常用
四翼刮刀钻头
平底式刮刀钻头 刀冀底刃的形状 阶梯式刮刀钻头
优点： 机械钻速较高 缺点： 扭矩较大，控制不当易造成井斜
刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命
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刮刀钻头的应用
• 刮刀钻头制造工艺简单，成本低； • 刮刀钻头适用于松软－软地层，钻速快 • 刮刀钻头容易磨损成锥形，造成缩径和井斜； • 刮刀钻头产生剧烈的扭转振动，破坏钻具和设备； • 刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。
钻绳 游车
大钩
绞车
死绳锚
存储滚筒
①下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；
②起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。
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起 升 系 统 ↓ 天 车| 游 车| 钢 丝 绳
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2、旋转系统
转盘 水龙头 钻头 钻柱
功能：
保证在钻井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和 动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。
泥浆池
泥浆循环流程
泥浆泵
振动筛、除气器、除砂 器、除泥器、离心机
水龙带 水龙头
高压管汇 立管 固控设备
加重装置
泥浆泵
立管
地面高压管汇 方钻杆
水龙带 地面排出 管线
水龙头
钻柱 环形空间
钻头
废水池
泥浆池
振动筛
岩屑下滑
钻杆
环空 钻铤 井眼 钻头
环形空间的概念
1 井眼 2 钻铤外壁 3 钻铤内壁 4 钻井液 5 环形空间 6 钻头
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牙轮钻头
牙轮钻头的结构
牙轮钻头由钻头体、牙爪（巴掌）牙 轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、 喷嘴等部分组成。
煤矿井下钻探技术
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第二章 井下钻孔
• 第一节 井下钻孔基础知识
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第二章 井下钻孔
• 第二节 井下钻孔要素确定
• 一、钻孔要素确定 • （一）钻孔方位设计 • （二）钻孔倾角计算 • 1、三角函数（配合作图）法 • （1）垂直煤层走向钻孔的倾角、孔深计算 • 1）顺层施工钻孔倾角计算 • 顺层施工的钻孔倾角与地层倾角一致。 • 2）穿层施工钻孔倾角计算 • 垂直于煤层走向的钻孔倾角β、孔深H分布按下式计算，各参数如“图 垂直
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第一章 地质基础知识
• 第一节 岩石概念
• 三、岩石的硬度
• 岩石硬度可分为普氏硬度和摩氏硬度。系数分为普氏硬度系数和摩氏硬度系 数。
• 1、普氏硬度
• 普氏硬度的大小是用坚固性系数表示，又叫硬度系数，也叫普氏硬度系数f值。
• f=R/100
• 式中：
•
f—普氏硬度系数，无因次；
•
R—为岩石标准试样的单向极限抗压强度值，kg/cm2。
地表冷凝而形成的岩石。 • 2、沉积岩 • 沉积岩是由早期形成的岩石（母岩，如岩浆岩、沉积岩、变质岩）经过风化、
剥蚀、搬运后，在一定地质条件下沉积、固结成岩而形成的新岩石。煤层是 由古代植物的形成可以燃烧的沉积岩层。沉积岩是煤矿地质研究的主要岩石。 • 3、变质岩 • 地壳上已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩和变质岩），由于高温、高压和外来 物质的渗入，而引起其化学成分，结构及构造的改变形成的新岩石。 • 地球表面的岩石以沉积岩为主，约占地壳面积的75%，海洋底几乎全部为沉 积岩覆盖。地壳较深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。火成岩 占整个地壳体积的64.7%，变质岩占27.4%，沉积岩占7.9%。 • 虽然三大类岩石在成因和特征上有严格的区分界限，但相互之间存在过渡的 关系。例如在矿井井下火成岩侵入处，存在变质岩与沉积岩之间的渐变过程。 在地球的发展演变过程中，由于地质作用的复杂性、多期性和漫长性，三大 类岩石之间可以相互转化的。
钻井井下作业工具大全展示ppt课件
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常见钻井井下作业工具介绍
牙轮钻头
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结构组成
由钻头体、牙轮、轴承及 喷嘴等部件组成。
工作原理
通过牙轮在井底滚动破碎 岩石，同时利用喷嘴喷射 钻井液清洗井底并冷却钻 头。
适用范围
适用于软到中硬地层的钻 井作业。
金刚石钻头
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结构组成
由钻头体、金刚石复合片、喷嘴等部件组成。
工作原理
尺寸检查
核对工具尺寸是否符合设计要求，特别是关键部位的尺寸。
使用前检查与准备工作
• 性能测试：对工具进行必要的性能测试，如密封性、耐压性等。
使用前检查与准备工作
清洁工具
清除工具表面的油污、泥土等杂质。
润滑保养
对需要润滑的部位进行润滑保养，确保工具在井下作业过程中运 转顺畅。
安装调试
按照操作规程对工具进行安装和调试，确保工具处于正常工作状 态。
• 经济性：在满足安全和适应性的前提下，选择性价比高的工具。
选型原则和方法
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选型方法
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了解井身结构和井眼轨迹，确 定所需工具的基本类型和规格
。
分析地层特性，选择适合地层 特性的工具材料和结构。
参考类似井的作业经验，选择 经过验证的可靠工具。
使用前检查与准备工作
外观检查
检查工具表面是否有裂纹、变形、严重磨损等缺陷。
02
钻井井下作业工具核心技术
钻头设计与制造技术
钻头类型与结构
包括刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头等，介绍各 种钻头的结构特点、适用地层及工作原理。
钻头材料
阐述钻头制造中常用的高性能合金钢、硬质合金、 金刚石等材料的性能特点与选用原则。
煤矿井下钻探技术
剥蚀、搬运后，在一定地质条件下沉积、固结成岩而形成的新岩石。煤层是 由古代植物的形成可以燃烧的沉积岩层。沉积岩是煤矿地质研究的主要岩石。 • 3、变质岩 • 地壳上已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩和变质岩），由于高温、高压和外来 物质的渗入，而引起其化学成分，结构及构造的改变形成的新岩石。 • 地球表面的岩石以沉积岩为主，约占地壳面积的75%，海洋底几乎全部为沉 积岩覆盖。地壳较深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。火成岩 占整个地壳体积的64.7%，变质岩占27.4%，沉积岩占7.9%。 • 虽然三大类岩石在成因和特征上有严格的区分界限，但相互之间存在过渡的 关系。例如在矿井井下火成岩侵入处，存在变质岩与沉积岩之间的渐变过程。 在地球的发展演变过程中，由于地质作用的复杂性、多期性和漫长性，三大 类岩石之间可以相互转化的。
• 通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的，如：
• （1）极坚固岩石 f=15～20（坚固的花岗岩，石灰岩，石英岩等）
• （2）坚硬岩石 f=8～10（如不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等）
• （3）中等坚固岩石 f=4～6（如普通砂岩，铁矿等）
• （4）软岩石 f=0.8～3（如黄土、仅为0.3）
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第一章 地质基础知识
• 第一节 岩石概念
• 四、岩石的钻屑（岩芯粉）特征 • 灰岩 • 砂岩 • 泥岩 • 砂质泥岩与泥质砂岩
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第一章 地质基础知识
• 第二节 地质构造
• 一、地质构造的概念 • 地质构造（简称构造）是指在地壳运动的作用下，岩层改变原始的埋藏状态
（原始状态一般呈水平或近水平且在一定范围内连续完整）所产生的变形或 变位的形迹。 • 二、地质构造的类型 • 地质构造的表现形式是多种多样的，有简单的，也有复杂的。就简单的而言， 在一定范围（一个井田或一个矿区）内，可归纳为单斜构造、褶皱构造和断 裂构造三种基本类型，如“图 地质构造类型示意图”。
钻探设备与工艺ppt课件
四、钻探工程的应用范围和分类
(二)钻探方法的分类
5、根据钻孔布置方法分类——丛状钻探 (图2.2)、多井 筒钻探(图2.3)、多孔底钻探 (图2.4)。
图2.2 丛状布孔
图2.3 多井筒布孔 图2.4 多孔底布孔
四、钻探工程的应用范围和分类
(二)钻探方法的分类
6、根据破岩形式分类 (1)物理方法破岩：①高温（1400℃～3500℃）、高压
(二)钻探方法的分类
1、根据钻进时取心的特点分类——岩心钻探和不取心 (无岩心、无心、全面)钻探。
2、根据钻孔用途分类——按钻探的应用范围分出相应 类型。
3、根据钻孔中心线的倾角和方位角分类——垂直孔(上、 下垂)、下斜孔、上仰孔、水平孔。
4、根据钻孔位置的分类——地表钻探、水上(河、湖、 海)钻探、地下坑道钻探。
空
拧
压
管
机
器
泡 沫 发 生 器
泡 沫 注 入 泵
除砂器
振动筛
2.3 钻探工艺
2.3.1 设备安装与开 孔
2.3.2 硬质合金钻进
2.3.3 冲击回转钻进
2.3.1.1 设备的安装
五、全液压钻机
全液压钻机的特点： 外形和结构与传统机械式钻机完全不同，由三部分组成，
结构简单； 可实现无极调速； 实现无塔升降，能机械自动拧卸钻具； 操作方便，使用工人少； 可实现较远距离操作，操作更加安全，甚至可实现遥控操
作； 但也存在不足：
ａ、消耗功率大，机械效率低； ｂ、液压原件精度要求高，对液压油的质量、过滤精度
2、近代与现代钻探发展过程
①钻探工程用途越来越广，钻探工程量逐年上升(局 部时期徘徊或下降)；
煤矿井下钻探技术与装备(精品课件)
烧钻的危险，适用于硬合金钻软或粘性岩层。
取芯钻进
❖ 单层岩心管钻具——最简单的取心钻具 ❖ 为提高采取率在单管钻具中增加分水投球接头和分水帽。
钻进时冲洗液通过分水接头中心孔直接进入岩心管内，活 动分水帽呈伞形保护岩心不受冲洗液直接冲刷，且随岩心 一起上移。 ❖ 提钻前投入球阀封闭中心水道，在水压作用下球阀下移超 过小卡时通水孔被打开，使孔底形成干钻条件。
金刚石（复合片）钻进
❖ 底板穿层钻孔
❖ 钻孔向上打，成孔率高，钻孔内不 积水对于透气性差的松软煤层，通 过冲洗液冲孔，使孔壁周围煤体向 孔内膨胀变形，引起煤体开裂，降 低地应力和瓦斯压力，增加煤层透 气性。
❖ 优点：提前预抽，对防止巷道掘进 突出有重要作用；钻孔成孔率高， 抽采时间长，与生产干扰少；钻场 设在岩石巷道，避免预抽时揭穿突 出煤层。
❖地质勘探孔 是获得实物 地质资料的唯一手段(获 取岩芯)，直接影响着判 断地质构造、岩层性质 、矿产资源及水文地质 与工程地质的准确性与 可靠性。
❖ 钻进地层多为岩石，采 用金刚石取芯钻进，选 用钻机要求钻速较高。
ZDY600SG ZDY1000G
金刚石（复合片）钻进
❖ 瓦斯抽放孔 ❖ 本煤层钻孔：在煤层中打钻，钻孔倾角和煤层 倾角基本一致(一般不超过30°)，钻孔成孔受煤层 硬度、瓦斯压力影响较大，但抽放效果好。 ❖ 钻孔布置一般为平行钻孔、交叉钻孔和大孔径 长钻孔。钻孔深度视工作面宽度或长度、地层条 件而定。
❖ 缺点：岩石巷道掘进工作量大，岩 石钻孔工程量大。
影响钻孔弯曲因素
防喷接手
在向上钻孔钻进中，钻 杆内和钻杆与钻孔环间 隙的水会倒流，特别是 钻孔较深时，严重影响 钻进时效，在钻杆适当 的部位加上防喷接手， 能够抑制上述现象。
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液压系统是否正常。
钻头磨损严重
更换新钻头，调整切削 参数，提高切削效率。
05 煤矿钻机的安全 操作规程
操作前的准备
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检查钻机状态
在开始操作前，应全面检查钻 机的各部件是否完好，确保没
有明显的破损或故障。
准备工具和材料
根据钻孔需求，准备合适的钻 头、钻杆、润滑油等必要的工
自动化技术提升
自动化技术将进一步提升煤矿钻机的效率和精度，减少人工干预和操作难度，提 高钻探的安全性和可靠性。
新材料与新技术的应用展望
新材料的应用
新型材料如高强度轻质材料、耐磨材料等将被广泛应用于煤 矿钻机，提高设备的耐用性和可靠性。
新技术的应用
虚拟现实、增强现实等技术将与煤矿钻机相结合，提供更加 直观、高效的操作和维护体验。
检查设备磨损情况
对钻机的主要部件进行检查，查看是否有过 度磨损的情况，如有需要应及时更换。
记录保养情况
对每次保养的情况进行记录，以便于日后对 设备的维护和管理。
06 煤矿钻机的发展 趋势与展望
智能化与自动化的发展趋势
智能化技术应用
随着人工智能和大数据技术的不断发展，煤矿钻机将更加智能化，能够实现自主 钻探、故障诊断和远程控制等功能。
煤矿钻机在矿井灭火救援中的应用
灭火材料输送
钻机可用于钻孔，将灭火 材料输送到着火区域，提 高灭火效率。
救援通道建立
在矿井灭火救援中，利用 钻机建立救援通道，便于 人员撤离和救援物资输送 。
气体监测
钻机能够钻孔监测矿井内 部气体成分和浓度，为灭 火救援提供科学依据。
04 煤矿钻机的维护 与保养
煤矿钻探安全培训课件模板
煤矿钻探安全培训课件模板煤矿钻探安全培训课件模板煤矿钻探是一项高风险的工作，因此对于从事这项工作的人员来说，安全意识和安全培训至关重要。
为了提高煤矿钻探工作人员的安全意识和技能，制作一套针对煤矿钻探安全培训的课件模板非常有必要。
一、引言在引言部分，可以简要介绍煤矿钻探的背景和重要性，以及为什么有必要进行安全培训。
可以提到煤矿钻探的危险性和潜在的安全风险，以此引起听众的注意和重视。
二、煤矿钻探的安全规定和法律法规在这一部分，可以介绍相关的煤矿钻探的安全规定和法律法规，如国家标准、行业标准、安全生产法律法规等。
可以列举一些具体的规定和要求，如安全操作规程、安全设备使用规范等。
同时，可以讲解这些规定和法律法规的重要性和应用意义。
三、煤矿钻探的安全风险和事故案例分析在这一部分，可以介绍煤矿钻探中常见的安全风险和事故案例。
可以详细分析每个案例的原因和教训，并提出相应的预防措施。
这样做可以帮助听众更好地认识和理解煤矿钻探的安全风险，从而提高他们的警惕性和防范意识。
四、煤矿钻探的安全操作技能培训在这一部分，可以对煤矿钻探的安全操作技能进行培训。
可以通过图文并茂的方式，展示正确的操作步骤和技巧。
可以包括钻探设备的正确使用方法、安全防护装备的佩戴和使用方法等。
可以通过实例演示和模拟操作等方式，帮助听众更好地掌握这些技能。
五、煤矿钻探的应急救援和自救技能培训在这一部分，可以对煤矿钻探中的应急救援和自救技能进行培训。
可以介绍煤矿钻探中常见的紧急情况和事故，如火灾、瓦斯爆炸等，以及相应的应急处理方法。
可以讲解如何正确使用应急救援设备和工具，如灭火器、呼吸器等。
同时，也要培养听众的自救能力，如如何正确逃生、如何进行自救等。
六、煤矿钻探安全培训的考核和评估在这一部分，可以介绍煤矿钻探安全培训的考核和评估方法。
可以讲解考核的内容和标准，以及评估的方式和依据。
可以通过问答、实际操作等方式进行考核，以确保听众对培训内容的掌握和理解程度。