井下水平长钻孔定向钻进装备及工艺技术

40
35
30
25
20
15 10 开孔倾角- 2.3 度 5
红色线条为设计轨迹 蓝色线条为实测轨迹 黑色线条为煤层顶底板曲线
垂直位移 (m)
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
终孔深度:822m
-40
测量深度:816m
-45
-50
-55
-60
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
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二 履带定向钻进钻机
可实现定向功能的机型：
ZDY4000LD
ZDY6000LD
ZDY6000LD(A)
适应中型矿井巷道断面 适应中大型矿井巷道断面 适应大型矿井巷道断面 （长4m×宽4m×高3m） （长6m×宽4m×高3m） （长6m×宽6m×高3m）
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三 随钻测量定向钻进系统
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3.5 螺杆马达
a. 能够满足定向不同钻进的需要； b. 工作性能稳定，工作基本参数能够满足配套
机具的要求； c. 使用寿命长，可以满足施工千米近水平钻孔
的能力。
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3.6 无磁钻杆
无磁钻杆分为上无磁和下无磁钻杆。
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四 定向钻进工艺研究
多级无孔底侧钻分支技术
施工总进尺3775m，最大进尺570m，主孔从6个陷落柱穿过
杜儿坪煤矿定向钻进实钻轨迹
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5.5 山西阳煤集团新景煤矿
煤层相对松软，瓦斯喷孔严重，钻孔成孔困难
煤层f系数0.5左右，施工总进尺1202m，其中主孔孔深405m 新景煤矿定向钻进实钻轨迹图
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5.5 山西晋煤集团寺河煤矿
供电方式
探管电池续航能力
配套螺杆马达
ZDY6000LD(A)
73/89/95 ≥950 ≥6000
G105/7.1
钻杆孔内埋缆
研制开发 磁通门、加速度计/美国
计算机/触摸鼠标
Win me 电池/外接电源
30-45天 美国进口
VLD-1000
69.9 ≤500 ≤3000
相当R780/5.5
钻杆孔内埋缆
存在问题
➢ 钻孔深度有限 ➢ 钻孔数量多 ➢ 劳动强度大 ➢ 施工周期长 ➢ 封孔质量差
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一、设备研发背景
水平定向长钻孔是国内外瓦斯高效抽采的主要技术途径。
主要优点 ➢ 有效距离长 ➢ 多分支孔 ➢ 钻进效率高 ➢ 一孔多用 ➢ 集中抽采
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一、设备研发背景
2.存在问题
180
给进行程
/mm
1000
电动机额定功率 /kW
90
外形尺寸（长×宽×高）/mm
3500×2200×1900
钻机质量
/kg
10000
适合钻进方式
常规回转钻进、孔底螺杆马达钻进
150 900 90
4000×2000 (2340) ×1600
8500 孔底螺杆马达钻进
主要液压件（泵、阀）
派克 力士乐
派克 力士乐
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2.3.2 随钻测量系统主界面
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2.3.2 探管检测、测量操作界面
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3.4 钻头
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3.5 螺杆马达
测斜仪
无磁钻杆
旁通阀
马达
万向轴
传动轴
钻头
螺杆马达组合结构示意图
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3.5 螺杆马达
螺杆马达结构图
限制条件
倾角 －90°～90° ±0.2°
水平为0，低于水平为-
方位角 0～360°
±1.5°
倾角：-84°～84°
弯头方向 0～360°
±1.5°
倾角：-84°～84°
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3.3 孔口监视器
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3.3.1 钻孔轨迹设计软件界面
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3.3.1 钻孔轨迹参数设计界面
主孔实钻深度1059m，探顶分支7次，探底分支3次，总进尺1656m
寺河煤矿定向钻进实钻轨迹图
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六 与国外定向装备主要技术性能对比
6.1 钻机
主要性能参数
最大转矩
/Nm
主轴倾角
/°
ZDY6000LD(A)
6000/3000 -10～20
VLD-1000
3000 -5～10
最大给进/起拔力 /kN
螺 杆 马 达
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分 支 钻 孔
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四 定向钻进工艺研究
钻孔轨迹设计与分析软件开发
应用效果：实现了长钻孔和分支孔在抽采区域的均匀布置
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四 定向钻进工艺研究
宁夏汝萁沟煤矿实钻轨迹
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五 推广应用情况
定向钻进装备已在我国22个矿井进行推广应用，累计 施工瓦斯抽采钻孔近257745m，不但为煤矿企业的安全生 产提供了保障，同时也提高了矿井瓦斯抽采利用，为煤 矿企业带来可观的经济效益。截至2010年11月我院已累 计销售44余台套煤矿井下定向钻进装备。
澳大利亚VLD钻机
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5
一、设备研发背景
2.存在问题
15~18
国外 国内
8~10
15
1~2
高价销售 孔内事故多 售后服务滞后
价格(百万)
服务周期(天)
国外设备使用效果不理想，严重制约着瓦斯高效抽采
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二 履带定向钻进钻机
ZDY6000LD(A) ZDY6000LD ZDY4000LD
钻进最高时效26.4m/h， 平均进尺 160m/d；终孔直径 96mm 。在1000m的设计
目标位置，钻孔纵向偏差不足1m，横向摆动不超过8m，体现出了我国定向钻进装备和
工艺202的0/1最2/高7 水平。
32
垂直位移 (m)
50
45 4.2 陕西长武亭南煤矿一期
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35
30
25
20
15 10 开孔倾角- 2.3 度 5
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五 推广应用情况
● 陕西彬长大佛寺煤矿，最深孔810m。 ● 陕西长武亭南煤矿一期，最深孔1046m。 ● 陕西长武亭南煤矿二期，最深孔830m。 ● 神华宁煤汝箕沟煤矿，最深孔961m。 ● 金能公司二矿 ，最深孔600m。 ● 晋城煤业集团成庄矿，最深孔600m。 ● 阳泉煤业集团石港煤矿，最深孔510m。
钻机特点
负载敏感液压控制、三泵系统，一 负载敏感液压控制、三泵
体式设计
系统，一体式设计
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六 与国外定向装备主要技术性能对比
6.2 配套机具
主要性能参数
配套钻杆直径 /mm
钻 杆
抗拉
强度
/kN
抗扭 /Nm
材质牌号/壁厚
数据传输方式
探管
主要传感器/产地
测 斜
孔口监视器/方式
仪 操作系统
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五 推广应用情况
● 阳泉煤业集团新景煤矿，最深孔600m。
● 神华神东保德煤矿，最深孔984m。
● 山西焦煤杜儿平矿，最深孔570m。
● 西山矿务局汾西煤矿，最深孔552m。
● 山西焦煤双柳煤矿，最深孔744m。
● 铜川矿务局陈家山煤矿，最深孔648m。
● 晋城煤业集团寺河煤矿，最深孔1059m。
红色线条为设计轨迹 蓝色线条为实测轨迹 黑色线条为煤层顶底板曲线
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
0
100
200
300
400
500
600
700
800
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钻孔深度 (m)
终孔深度:1046m 测量深度:1038m
900
1,000
1,100
33
50
45
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钻杆特点
钻杆抗拉强度 ≥950 kN 抗扭强度 ≥6000 Nm。
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3.2 孔底测量探管
最长工作时间 达45天，超进 口产品近50%
测量精度 提高1倍
可反复充电，循 环使用
测量探管
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3.2 孔底测量探管精度指标
项目
测量范围 测量精度
井下定向水平长钻孔
装备及配套工艺技术 李泉新
煤炭科学研究总院西安研究院 装备研发中心
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目录
一、设备研发背景 二、履带定向钻进钻机 三、随钻测量定向钻进系统 四、定向钻进工艺研究 五、现场应用 六、与国外定向装备主要技术性能对比
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一、设备研发背景
传统的钻孔施工设备及工艺不能完全满足瓦斯高效抽采的需求。
配套amt公司 磁通门、加速度计/美国
计算机/简易键盘
电池 15天 美国进口
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42
谢 谢！
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1,000
钻孔深度 (m)
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34
4.2 陕西长武亭南煤矿一期
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35
4.2 陕西长武亭南煤矿一期
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5.3 宁煤汝箕沟煤矿
32215钻场设计与实钻轨迹平面图
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5.4 山西焦煤杜儿坪煤矿
构造及陷落柱较多，对钻孔控制技术要求较高
● 晋城煤业集团沁秀公司岳成煤矿，最深孔
300m。
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5.1 陕西长武亭南煤矿一期
钻孔轨迹示意图
1# 主孔终孔深度1046m，创造了我国煤矿井下瓦斯抽放水平定向钻孔的最高记录，
并施工3个分支孔，1-1分支和1-3分支从回顺巷道中靶穿出； 2# 主孔深度822m，施工
1个分支孔，从运顺巷道中部中靶穿出。
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螺杆马达主要技术参数
外径 mm
钻头 尺寸
mm
长度 排量 m lpm
转速 rpm
上紧 扭矩
Nm
输出 扭矩
Nm
最大过 载拉力
kN
最大 钻压
kN
82
113 140
73
- 2.85 -
- 1620 257
89
27
114
350 375
进口φ73螺杆钻具按不同分类方式的主要技术参数表
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3.1 高强度大通孔钻杆
a. 能够进行孔底马达定向钻进 (内径≥55mm)； b. 具有传输测量定向信号的能力; c. 能够进行大直径钻孔回转钻进(扭矩
≥3000Nm)； d. 具有施工千米近水平钻孔和分支孔的能力。
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3.1 高强度大通孔钻杆
中心通缆式高强度大通孔钻杆