我国煤矿井下定向钻进技术的发展过程

2020-05-16 22:14:14 admin 491

定向钻进技术应用于煤矿井下起步于20世纪六七十年代美、 德、英等西方发达国家,初期主要是移植在石油钻井中成功应用的稳定组合钻具。

进入20世纪90年代以后,螺杆钻具得到快速发展。美国用螺杆钻具和定向钻进监测仪器钻成1432.56 m的瓦斯抽采孔。澳大利亚在煤质较硬的稳定煤层中采用螺杆钻具、导向工具钻进时,孔深可达1000 m 以上,并进行多个分支孔施工; 在易发生坍塌、掉块等事故的复杂地层使用普通回转和螺杆钻具相结合的钻进方法,孔深也达到400~700 m。

200年22 月,澳大利亚VLD公司用螺杆钻具完成了孔深1761m 的煤矿井下水平定向孔

鉴于近水平定向钻进技术在国外的成功应用,20世纪90年代中期,我国一些煤矿企业陆续从美国、澳大利亚进口9套千米定向钻机,例如美国的LHD-15 型钻机、澳大利亚的LMC-75 型和UDR系列钻机,分别在松藻、铁法、淮南、抚顺、平顶山等矿务局试用。

由于这些煤矿地质条件复杂,煤层松软,进口钻机配套钻杆壁薄、强度有限,使用中经常发生钻杆折断、螺杆钻具脱落等孔内事故,成孔率非常低。即使在国外专家指导下最深钻孔也只有470 m,不足钻机标定钻进能力的一半。

2003 年,山西亚美大宁能源有限公司利用引进的VLD定向钻机进行瓦斯抽采和探测煤层顶底板。在国外专家指导下,施工完成千米定向瓦斯抽采钻孔1个,主孔深度1002 m,终孔直径94 mm。晋城寺河矿自2005年开始,先后引进6套澳大利亚VLD1000型钻机,用于瓦斯抽采钻孔施工,并于2006年完成主孔深1005 m的钻孔1个, 此外主要施工孔深在200~500m的沿煤层定向瓦斯抽采钻孔。

2007年宁煤集团引进同型号的钻机,在白箕沟矿半煤半岩地层也完成了孔深1023 m 的钻孔,终孔直径94mm。煤质较硬是这些应用实例取得成功的主要原因,虽然有些钻孔达到或超过1000m,但断钻杆、掉钻具的问题仍较突出。

我国煤矿井下近水平定向钻进试验研究始于20世纪90年代初。1993年煤科总院西安院在大同矿务局四台矿施工勘探地质异常体的近水平钻孔,采用以孔底稳定组合钻具为主,局部孔段使用国产的螺杆钻具纠斜钻进的方法,使孔深达到了302.5 m 。由于受当时国内螺杆马达、测斜仪器等制造技术落后的限制,西安院暂时放弃了用孔底螺杆马达实施定向钻进的技术途径。

在接下来的近10 年,倡导并积极推进以稳定组合钻具为核心技术的煤矿井下定向钻进技术的发展,并取得了很好的效果,分别于1999 年、2000年和2002年完成603 m、721 m 和865 m的煤矿井下近水平定向钻孔,创造了当时国内之最。

从2005年起,煤科总院西安院以国家重大科技支撑计划项目为依托,对孔底螺杆马达定向钻进技术与配套机具进行研究开发,研制成功了适合我国矿井地质条件的千米定向钻机,Ф73mm高强度大通孔通信钻杆和新型随钻测量系统。

2007年12月在陕西彬长矿区大佛寺矿现场试验中主孔终孔深811.8 m ;2008年4月在淄博矿业亭南矿钻进主孔2个,终孔直径94 mm,最大孔深超过1000 m。

煤矿井下近水平定向钻进技术自2008年试验成功以来,已在国内30多个矿井进行推广应用,在硬煤层钻进中最大主孔孔深 1212 m ,最大分支孔孔深915m,累计施工钻孔进尺达数百万米。

从此之后,中煤科工集团重庆研究院、沈阳北方交通重工集团等先后进行研究并生产出同类产品。

 


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