澳大利亞定向鑽機為什麼能拐彎

1. 目前煤礦井下抽采瓦斯的相關技術有哪些

井下抽侍敬采瓦斯技術多了，具體因結合各個礦瓦斯分布情況、頂板、煤質硬度等方面制定具體的瓦斯抽采技術。目前是通褲談冊過「打鑽」進行瓦斯抽放，同時結合地面的抽放泵站、管道之類的。打鑽的技術多種多樣。有：預抽本煤層瓦斯水平長鑽孔抽放技術、頂板走向長鑽孔至采空區瓦斯抽放、順煤層水平長鑽孔抽放瓦斯技術、沿傾斜方向順煤層長鑽孔瓦斯抽放等。
目前國外先進的胡宏瓦斯抽放主要使用的是澳大利亞的千米定向鑽機。此鑽機採用樹狀順煤層鑽孔預抽煤層瓦斯技術，並取得好的效果。對此鑽機的了解你可以上網查查。

2. 定向鑽機怎麼調仰角方位角

通過調角器對傾角和方位調節。定向鑽機可以通過調角器對傾角和方位調節調仰敬春含角方位角。森毀定向鑽是工程技術行業的一種管道施工工藝，多亮笑用於石油、天然氣以及一些市政管道建設，由大型的定向鑽機進行定位鑽孔、擴孔、清孔、管道回拖等過程以後再進行管道施工。

3. 煤礦井下順層千米枝狀長鑽孔抽採煤層氣新技術

杜子健¹劉子龍²

（1.煤炭科學研究總院重慶分院；2.山西亞美大寧能源有限公司）

摘要 介紹了使用引進千米鑽機在大寧煤礦井下實現順層千米枝狀長鑽孔的成孔試驗，最長的VLD定向鑽孔達到了1005m（深度）。進行了千米枝狀長鑽孔抽采瓦斯的工藝技術研究及相應的抽采效果考察，並取得了良好的效果。大寧礦首采面經過1.5年的預抽，預抽率約達到49%，礦井的瓦斯抽采率達到70.35%。

關鍵詞 井下瓦斯抽采 定向千米鑽機 順層千米枝狀長鑽孔 預抽率 鑽孔參數 抽采效果

New Technology of Extracting CBM by Underground Long-reach Treelike Drilling Along Coal Seams

Du Zijian¹，Liu Zilong²

（1.Chongqing Branch of Research Institute of Coal Science；2.Shanxi Asia-American Da'ning Energy Company，Ltd）

Abstract：This article introced the drilling experience of using underground long reach treelike drilling along coal seams in Daning coalmine.The longest directional VLD hole reached 1005meters.The drilling technology for one thousand meter reach and extraction effects of gas were studied in this case.It was proved that the extraction effects by using the underground long reach treelike drilling along coal seams in Daning coalmine are satisfactory.The rate of extraction was about 49 percent after extraction of one and half year at the first mining areas and the recovery of coal gas will reach 70.35 percent.

Keywords：Underground extraction of coal gas；one thousand meter directional drilling unit；long reach treelike drilling along seams；pre-extraction rate；drilling parameters；extraction effects

前言

據統計，自2001年至2005年2月底，全國煤礦共發生一次死亡30入以上的事故28起，死亡1689入。其中瓦斯事故24起，死亡1558人，瓦斯事故起數和死亡入數分別占總數的85.71%和92.2%。礦井瓦斯災害已成為當前我國煤礦安全生產的重大問題，礦井安全生產形勢亟待改變。

從國家「先抽後采」的產業政策以及瓦斯治理的技術層面來看，治理礦井瓦斯災害的根本在於礦井瓦斯抽采。礦井瓦斯抽采具有促進煤礦安全生產、充分利用潔凈資源、保護大氣環境等一系列綜合效益。一方面，瓦斯作為煤礦井下最主要的有害氣體，加強井下瓦斯抽采能從根本上減少煤礦的瓦斯湧出量，有利於確保礦井安全、解放礦井生產力；另一方面，抽采並利用瓦斯能夠顯著增加潔凈資源供給、改善和優化能源結構；此外，瓦斯還是一種很強的溫室氣體，抽采和利用瓦斯減少了煤炭開采過程中排入大氣的瓦斯量，保護了大氣環境。

然而，我國許多礦井的瓦斯抽采過去一直受到鑽機裝備及長鑽孔成孔、抽采瓦斯技術等因素制約。一方面，雖然國內已有的鑽機實現了800m 長度的鑽孔施工，但在鑽孔定向、測斜技術方面尚不完善，且採用的不是孔底馬達鑽進工藝，目前國內尚無真正意義上的定向千米鑽機，長鑽孔施工缺少相應裝備。另一方面，我國煤層條件復雜，長鑽孔成孔工藝難度較大，目前利用國內鑽機進行順層鑽孔施工，在煤與瓦斯突出礦井實現了250m的鑽孔，在煤層條件較好（f=1～2）的晉城寺河礦較成功的鑽進深度可達500m（無定向、測斜功能）。但總的說來，大面積預抽防治瓦斯的措施在礦井中實施仍然受到很大限制。

為此，國家「十五」科技攻關《煤層氣井下開發成套工藝技術應用研究》項目以引進國外千米鑽機、自主研發千米鑽機長鑽孔抽采瓦斯工藝技術的方式進行了技術攻關，實現了位於晉城礦區的最長的定向鑽孔，達到了1005m，試驗鑽孔的長度多數在800m 以上，在此基礎上進行了千米枝狀長鑽孔抽采瓦斯的工藝技術研究及相應的抽采效果考察，並取得了良好的效果。

1 試驗礦井

山西亞美大寧能源有限公司（以下簡稱「大寧礦」）即原晉城市大寧一號礦井，是目前中國唯一的中外合作生產的井工煤礦。礦井設計生產能力400萬噸。開採煤系地層屬下二疊系山西組、石炭系太原組、本溪組。煤系地層總厚度151m，共含煤10～22層，其中可采和局部可采有3層。礦井主要開採的3^＃煤層屬中等變質程度的無煙煤，近水平賦存，厚度2.21～6.97m，平均4.45m，煤的堅固性系數f為1～2，該煤層富含瓦斯，煤層瓦斯含量 11.15～16.53m³/t，煤層瓦斯壓力 0.69～1.16MPa，煤層透氣性系數1.3～1.95mD。

礦井於2005年7月建成投產，礦井瓦斯抽采量從2002年的18.28m³/min上升到目前的184.8m³/min。礦井抽采瓦斯濃度達到55%以上，礦井瓦斯抽采率高達70%，瓦斯抽採取得了明顯效果。

2 千米鑽機及井下順層千米枝狀長鑽孔成孔試驗

2.1 VLD-1000 定向千米鑽機

試驗選用澳大利亞生產的VLD-1000型孔底馬達式定向千米鑽機，如圖1所示。鑽機由行走機構、動力系統、鑽進系統、電氣控制系統及測斜定向系統組成。

鑽機採用孔底馬達進行鑽進，不需要鑽桿的旋轉，孔底馬達是靠高壓水進行驅動，進給速度是每分鍾0～5m，而回收鑽桿時的速度可以達每分鍾0～20m的高速度。採用孔底馬達鑽進，減少了鑽桿與鑽孔的摩擦阻力，因而該鑽機在較小動力損失的情況下具有超過1000m的鑽進能力。

鑽機主要技術參數為：

表5 千米枝狀長鑽孔不同抽采時間、不同鑽孔間距的預抽率

註：煤層原始瓦斯含量14.0m³/t、殘余瓦斯含量4.2m³/t，煤層極限預抽率為70%。按開采前要求煤層瓦斯含量8m³/t以下計、預抽率為42.86%以上。表中「——」表示預抽率在42.86%～70%范圍之外。

4.3.4 大寧礦保證安全生產的不同預抽時間、不同鑽孔長度條件下的鑽孔間距

根據相關研究，首采綜放面煤層原始瓦斯含量14.0m³/t，確保首采綜放面安全生產的預抽率應為45%。分析表5可得：

綜放面如有0.5年預抽時間、選用800m 或600m 組鑽孔時其鑽孔間距以15m 為宜，選用400m組鑽孔時其鑽孔間距以20m為宜；

綜放面如有1年預抽時間、選用800m或600m 組鑽孔時其鑽孔間距以20m 為宜，選用400m組鑽孔時其鑽孔間距以30m為宜；

綜放面如有2年預抽時間、選用800m，600m 或400m 組鑽孔時其鑽孔間距以30m為宜。

4.4 千米枝狀長鑽孔在大寧礦的實際抽采效果

4.4.1 首采面預抽效果

如圖1所示，大寧礦首采面長500m、寬320m，於2003年開始實施千米枝狀長鑽孔，鑽孔間距20～30m左右（共計10個孔、28個水平分支），鑽孔深度為600m左右。預抽時間約1.5年。

首采面的原始瓦斯含量為14.0m³/t，開采前在首采面通過直接法測定煤層瓦斯含量為7.2m³/t，由此計算首采面的預抽率為48.57%。

4.4.2 礦井瓦斯抽采率

大寧礦2005年礦井瓦斯湧出量為184.8m³/min，其中抽采量為130m³/min，礦井瓦斯抽采率達到70.35%。

5 結論

通過研究試驗，井下順層千米枝狀長鑽孔在大寧礦的抽采瓦斯中取得了成功，並取得了良好的效果，為大面積預抽煤層瓦斯取得了有益的經驗和借鑒。

（1）選用澳大利亞生產的VLD-1000型孔底馬達式定向千米鑽機，在大寧礦的煤層條件下，可以實現千米左右的順層枝狀長鑽孔施工。

（2）研究表明，在大寧礦實施的順層千米枝狀長鑽孔隨著鑽孔長度的增加，其抽采瓦斯量也相應增加，表明在試驗條件下實施長鑽孔對抽采瓦斯是有效的。

（3）通過研究，確定了在試驗條件下不同抽采時間達到45%預抽率的鑽孔合理間距。

（4）大寧礦通過實施井下順層千米枝狀長鑽孔抽采瓦斯，首采面經過1.5年的預抽，預抽率達到近49%，礦井的瓦斯抽采率達到70.35%。

4. 非開挖水平定向鑽機的鑽頭，是如何改變方向的

非開挖水平定向鑽機的鑽頭，是通過當斜面板向上12點方向時，不轉只推則鑽頭向上走，同理向左9點鍾方向、向右3點鍾方向、向下6點鍾方向。當鑽頭不停旋轉並鑽進時，則方向不變，一直往前走改變方向。

5. 鑽機在鑽孔過程中為什麼會偏孔

鑽孔偏斜
1、鑽孔偏斜：鑽孔的施工過程中的實際空間位置偏離設計空間位置，即偏離設計軸線，稱之為鑽孔偏斜或孔斜。
2、鑽孔空間形態三要素：鑽孔深度、鑽孔的頂角（或傾角）及鑽孔方位角決定了鑽孔在地下空間的位置，這三個因素稱鑽孔空間形態三要素。
3、孔斜的條件：鑽孔發生偏斜的根本原因是粗徑鑽具在孔內歪倒，其軸線偏離鑽孔軸線。而能使其歪倒的條件主要是：孔壁間隙大，為它提供空間條件；同時還要有傾倒力矩為它提供歪倒動力，再就是一個固定的歪倒方向。
二、鑽孔發生孔斜的原因：有三個方面的原因，具體是：
第一個方面原因：地質因素，一是岩石的各向異性在鑽頭處產生歪倒力矩使粗徑鑽具傾斜而導致孔斜；二是鑽進軟硬夾層時，鑽頭處產生鑽壓差或鑽頭沿岩石節理面滑移；三是鑽進中遇到溶洞或大裂隙；四是在卵礫石層中鑽進。
第二個方面是鑽進工藝及操作方面的原因：換徑不帶導向或粗徑鑽具本身就彎曲；沖洗液量大沖刷孔壁使孔壁間隙過大，造成粗徑鑽具或岩心管與鑽孔軸線產生偏斜角；採用的鑽壓過大與轉速過快，鑽桿柱受軸心壓力及回轉的影響而呈撓曲狀態影響了鑽具的穩定性，促使粗徑鑽具歪倒。
第三個方面的原因是：設備安裝時不合乎要求，主要表現在基台不穩固或發生偏斜；開孔時沒有校正鑽機的頂角和方位角，致使開孔即發生偏斜；另外鑽機立軸過度磨損曠動太大也是一個因素。
三、孔斜的預防措施：針對上面三個方面的原因，可以制定如下的預防措施。
1、地質因素方面，可通過掌握地層的岩性與偏斜規律和特點，施工談宴初級定向孔來解決。
2、工藝方面可採用合理的鑽進工藝及操作方法來減小鑽速差和偏斜力達到預防目的。比如換徑時用輕壓慢轉的小規程含臘銀鑽進可減小鑽速差；用剛性好的直鑽桿；鑽進時使用帶扶正器的鑽具；局侍按優化確定了的規程參數鑽進。
3、在設備安裝與開孔方面，把基台設置在牢固的硬碟上並保持鑽機周正；不使用立軸曠動的鑽機；開孔前檢查立軸傾角與方位角是否符合地質要求；開孔時隨鑽孔加深而及時加長岩心管；換徑時帶導向並逐級加長岩心管；孔口管要下正因牢等加以預防。
第五節定向鑽孔的設計；
上世紀八十年代後期九十年代初，我局已初步掌握了定向鑽孔的設計與施工，並成功地應用於勘探中，但隨著地質工作的倒退，技術人員與熟練工人的退休等因素的影響，現在幾乎沒辦法進行該類施工了，在此簡單地介紹一下這方面的一些基本內容供大家了解。

6. 非開挖水平定向鑽機的鑽頭，是如何改變方向的

機器和儀器加上導向手的配合，就能舉清讓鑽頭找到方向 。

圖為祥衡非開挖水平定向鑽機謹答做施工

7. 水平定向鑽機施工原理 水平定向鑽機施工原理及注意事項

1、水平定向鑽機施工原理：鑽導向孔是利用定扮頃向鑽進設備在入口處開始定向鑽進，鑽進過程中通過監控和控制手段使鑽孔按設計軌跡延伸。並從另一端鑽出地表，完成導向孔的施工。擴孔指定向鑽機如果欲安裝的管線較大，不能同時完成擴孔和回拖作業時，進行逐級擴孔，根據設備能力、地層條件和現場情況來確定每次擴孔直徑。一般可以採用回拉擴孔。管線回拖是說定向鑽機在出口處將管線通過回拉頭和擴孔鑽頭與分動器連接到鑽桿上，利用鑽進設備一邊回轉，一邊回拉，同時通過鑽桿輸送沖洗液到擴孔鑽頭，擴孔回拖過程連續進行。中間不許有長時間的非作業停頓等。

2、定向鑽機技術是從石油鑽井領域發展起來廳陸陸的先進技術，是利用岩石鑽掘、定向鑽機測控等技術手段，在地表不挖槽和地層結構破壞極小的情況下，對諸如供水、煤氣、天然氣、污水、電信電纜等公用管線進行鋪設的施工工藝。定向鑽機適用范圍很廣，可以採用孔底馬達或剛性鑽桿帶動鑽頭回轉鑽進成孔，在硬岩或卵石層中也可以進行施工。

3、注意事項：首先要根據穿越的地質情況，選擇合適的鑽頭和導向板或地下泥漿馬達，開動泥漿泵對准入土點進行鑽進，定向鑽施工時，鑽頭在鑽機的推力作用下由鑽機驅動旋轉切削地層，不斷前進，每鑽完一次要測量一下位置，以便及時調整鑽頭的鑽進方向，保證所完成的鑽孔導向曲線符合設計的要求，如此反復操作直到鑽孔完成作業，這樣可以避免由於鑽頭的位置偏移從悉握而影響到機器的工作效率的問題。一般情況下，使用小型鑽機時，當直經大於200毫米時，就要進行預擴孔，使用鑽機時，當產品管線直徑大於350mm時，就需進行預擴孔，預擴孔的范圍和次數，具體視鑽機型號和地質情況而定。這樣使用水平定向鑽，即減少了阻力，又保護了管線的防腐層。節約了施工的成本，並且提高了機器的工作效率。

8. 水平定向鑽機工作原理

在水平定向鑽機施工過程中，需要使用與鑽機功率相匹配的泥漿攪拌裝置，它對鑽頭的鑽進和井壁的支撐保護起著非常重要的作用。