澳大利亚定向钻机为什么能拐弯

1. 目前煤矿井下抽采瓦斯的相关技术有哪些

井下抽侍敬采瓦斯技术多了，具体因结合各个矿瓦斯分布情况、顶板、煤质硬度等方面制定具体的瓦斯抽采技术。目前是通裤谈册过“打钻”进行瓦斯抽放，同时结合地面的抽放泵站、管道之类的。打钻的技术多种多样。有：预抽本煤层瓦斯水平长钻孔抽放技术、顶板走向长钻孔至采空区瓦斯抽放、顺煤层水平长钻孔抽放瓦斯技术、沿倾斜方向顺煤层长钻孔瓦斯抽放等。
目前国外先进的胡宏瓦斯抽放主要使用的是澳大利亚的千米定向钻机。此钻机采用树状顺煤层钻孔预抽煤层瓦斯技术，并取得好的效果。对此钻机的了解你可以上网查查。

2. 定向钻机怎么调仰角方位角

通过调角器对倾角和方位调节。定向钻机可以通过调角器对倾角和方位调节调仰敬春含角方位角。森毁定向钻是工程技术行业的一种管道施工工艺，多亮笑用于石油、天然气以及一些市政管道建设，由大型的定向钻机进行定位钻孔、扩孔、清孔、管道回拖等过程以后再进行管道施工。

3. 煤矿井下顺层千米枝状长钻孔抽采煤层气新技术

杜子健¹刘子龙²

（1.煤炭科学研究总院重庆分院；2.山西亚美大宁能源有限公司）

摘要 介绍了使用引进千米钻机在大宁煤矿井下实现顺层千米枝状长钻孔的成孔试验，最长的VLD定向钻孔达到了1005m（深度）。进行了千米枝状长钻孔抽采瓦斯的工艺技术研究及相应的抽采效果考察，并取得了良好的效果。大宁矿首采面经过1.5年的预抽，预抽率约达到49%，矿井的瓦斯抽采率达到70.35%。

关键词 井下瓦斯抽采 定向千米钻机 顺层千米枝状长钻孔 预抽率 钻孔参数 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

据统计，自2001年至2005年2月底，全国煤矿共发生一次死亡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，瓦斯事故起数和死亡入数分别占总数的85.71%和92.2%。矿井瓦斯灾害已成为当前我国煤矿安全生产的重大问题，矿井安全生产形势亟待改变。

从国家“先抽后采”的产业政策以及瓦斯治理的技术层面来看，治理矿井瓦斯灾害的根本在于矿井瓦斯抽采。矿井瓦斯抽采具有促进煤矿安全生产、充分利用洁净资源、保护大气环境等一系列综合效益。一方面，瓦斯作为煤矿井下最主要的有害气体，加强井下瓦斯抽采能从根本上减少煤矿的瓦斯涌出量，有利于确保矿井安全、解放矿井生产力；另一方面，抽采并利用瓦斯能够显着增加洁净资源供给、改善和优化能源结构；此外，瓦斯还是一种很强的温室气体，抽采和利用瓦斯减少了煤炭开采过程中排入大气的瓦斯量，保护了大气环境。

然而，我国许多矿井的瓦斯抽采过去一直受到钻机装备及长钻孔成孔、抽采瓦斯技术等因素制约。一方面，虽然国内已有的钻机实现了800m 长度的钻孔施工，但在钻孔定向、测斜技术方面尚不完善，且采用的不是孔底马达钻进工艺，目前国内尚无真正意义上的定向千米钻机，长钻孔施工缺少相应装备。另一方面，我国煤层条件复杂，长钻孔成孔工艺难度较大，目前利用国内钻机进行顺层钻孔施工，在煤与瓦斯突出矿井实现了250m的钻孔，在煤层条件较好（f=1～2）的晋城寺河矿较成功的钻进深度可达500m（无定向、测斜功能）。但总的说来，大面积预抽防治瓦斯的措施在矿井中实施仍然受到很大限制。

为此，国家“十五”科技攻关《煤层气井下开发成套工艺技术应用研究》项目以引进国外千米钻机、自主研发千米钻机长钻孔抽采瓦斯工艺技术的方式进行了技术攻关，实现了位于晋城矿区的最长的定向钻孔，达到了1005m，试验钻孔的长度多数在800m 以上，在此基础上进行了千米枝状长钻孔抽采瓦斯的工艺技术研究及相应的抽采效果考察，并取得了良好的效果。

1 试验矿井

山西亚美大宁能源有限公司（以下简称“大宁矿”）即原晋城市大宁一号矿井，是目前中国唯一的中外合作生产的井工煤矿。矿井设计生产能力400万吨。开采煤系地层属下二叠系山西组、石炭系太原组、本溪组。煤系地层总厚度151m，共含煤10～22层，其中可采和局部可采有3层。矿井主要开采的3^＃煤层属中等变质程度的无烟煤，近水平赋存，厚度2.21～6.97m，平均4.45m，煤的坚固性系数f为1～2，该煤层富含瓦斯，煤层瓦斯含量 11.15～16.53m³/t，煤层瓦斯压力 0.69～1.16MPa，煤层透气性系数1.3～1.95mD。

矿井于2005年7月建成投产，矿井瓦斯抽采量从2002年的18.28m³/min上升到目前的184.8m³/min。矿井抽采瓦斯浓度达到55%以上，矿井瓦斯抽采率高达70%，瓦斯抽采取得了明显效果。

2 千米钻机及井下顺层千米枝状长钻孔成孔试验

2.1 VLD-1000 定向千米钻机

试验选用澳大利亚生产的VLD-1000型孔底马达式定向千米钻机，如图1所示。钻机由行走机构、动力系统、钻进系统、电气控制系统及测斜定向系统组成。

钻机采用孔底马达进行钻进，不需要钻杆的旋转，孔底马达是靠高压水进行驱动，进给速度是每分钟0～5m，而回收钻杆时的速度可以达每分钟0～20m的高速度。采用孔底马达钻进，减少了钻杆与钻孔的摩擦阻力，因而该钻机在较小动力损失的情况下具有超过1000m的钻进能力。

钻机主要技术参数为：

表5 千米枝状长钻孔不同抽采时间、不同钻孔间距的预抽率

注：煤层原始瓦斯含量14.0m³/t、残余瓦斯含量4.2m³/t，煤层极限预抽率为70%。按开采前要求煤层瓦斯含量8m³/t以下计、预抽率为42.86%以上。表中“——”表示预抽率在42.86%～70%范围之外。

4.3.4 大宁矿保证安全生产的不同预抽时间、不同钻孔长度条件下的钻孔间距

根据相关研究，首采综放面煤层原始瓦斯含量14.0m³/t，确保首采综放面安全生产的预抽率应为45%。分析表5可得：

综放面如有0.5年预抽时间、选用800m 或600m 组钻孔时其钻孔间距以15m 为宜，选用400m组钻孔时其钻孔间距以20m为宜；

综放面如有1年预抽时间、选用800m或600m 组钻孔时其钻孔间距以20m 为宜，选用400m组钻孔时其钻孔间距以30m为宜；

综放面如有2年预抽时间、选用800m，600m 或400m 组钻孔时其钻孔间距以30m为宜。

4.4 千米枝状长钻孔在大宁矿的实际抽采效果

4.4.1 首采面预抽效果

如图1所示，大宁矿首采面长500m、宽320m，于2003年开始实施千米枝状长钻孔，钻孔间距20～30m左右（共计10个孔、28个水平分支），钻孔深度为600m左右。预抽时间约1.5年。

首采面的原始瓦斯含量为14.0m³/t，开采前在首采面通过直接法测定煤层瓦斯含量为7.2m³/t，由此计算首采面的预抽率为48.57%。

4.4.2 矿井瓦斯抽采率

大宁矿2005年矿井瓦斯涌出量为184.8m³/min，其中抽采量为130m³/min，矿井瓦斯抽采率达到70.35%。

5 结论

通过研究试验，井下顺层千米枝状长钻孔在大宁矿的抽采瓦斯中取得了成功，并取得了良好的效果，为大面积预抽煤层瓦斯取得了有益的经验和借鉴。

（1）选用澳大利亚生产的VLD-1000型孔底马达式定向千米钻机，在大宁矿的煤层条件下，可以实现千米左右的顺层枝状长钻孔施工。

（2）研究表明，在大宁矿实施的顺层千米枝状长钻孔随着钻孔长度的增加，其抽采瓦斯量也相应增加，表明在试验条件下实施长钻孔对抽采瓦斯是有效的。

（3）通过研究，确定了在试验条件下不同抽采时间达到45%预抽率的钻孔合理间距。

（4）大宁矿通过实施井下顺层千米枝状长钻孔抽采瓦斯，首采面经过1.5年的预抽，预抽率达到近49%，矿井的瓦斯抽采率达到70.35%。

4. 非开挖水平定向钻机的钻头，是如何改变方向的

非开挖水平定向钻机的钻头，是通过当斜面板向上12点方向时，不转只推则钻头向上走，同理向左9点钟方向、向右3点钟方向、向下6点钟方向。当钻头不停旋转并钻进时，则方向不变，一直往前走改变方向。

5. 钻机在钻孔过程中为什么会偏孔

钻孔偏斜
1、钻孔偏斜：钻孔的施工过程中的实际空间位置偏离设计空间位置，即偏离设计轴线，称之为钻孔偏斜或孔斜。
2、钻孔空间形态三要素：钻孔深度、钻孔的顶角（或倾角）及钻孔方位角决定了钻孔在地下空间的位置，这三个因素称钻孔空间形态三要素。
3、孔斜的条件：钻孔发生偏斜的根本原因是粗径钻具在孔内歪倒，其轴线偏离钻孔轴线。而能使其歪倒的条件主要是：孔壁间隙大，为它提供空间条件；同时还要有倾倒力矩为它提供歪倒动力，再就是一个固定的歪倒方向。
二、钻孔发生孔斜的原因：有三个方面的原因，具体是：
第一个方面原因：地质因素，一是岩石的各向异性在钻头处产生歪倒力矩使粗径钻具倾斜而导致孔斜；二是钻进软硬夹层时，钻头处产生钻压差或钻头沿岩石节理面滑移；三是钻进中遇到溶洞或大裂隙；四是在卵砾石层中钻进。
第二个方面是钻进工艺及操作方面的原因：换径不带导向或粗径钻具本身就弯曲；冲洗液量大冲刷孔壁使孔壁间隙过大，造成粗径钻具或岩心管与钻孔轴线产生偏斜角；采用的钻压过大与转速过快，钻杆柱受轴心压力及回转的影响而呈挠曲状态影响了钻具的稳定性，促使粗径钻具歪倒。
第三个方面的原因是：设备安装时不合乎要求，主要表现在基台不稳固或发生偏斜；开孔时没有校正钻机的顶角和方位角，致使开孔即发生偏斜；另外钻机立轴过度磨损旷动太大也是一个因素。
三、孔斜的预防措施：针对上面三个方面的原因，可以制定如下的预防措施。
1、地质因素方面，可通过掌握地层的岩性与偏斜规律和特点，施工谈宴初级定向孔来解决。
2、工艺方面可采用合理的钻进工艺及操作方法来减小钻速差和偏斜力达到预防目的。比如换径时用轻压慢转的小规程含腊银钻进可减小钻速差；用刚性好的直钻杆；钻进时使用带扶正器的钻具；局侍按优化确定了的规程参数钻进。
3、在设备安装与开孔方面，把基台设置在牢固的硬盘上并保持钻机周正；不使用立轴旷动的钻机；开孔前检查立轴倾角与方位角是否符合地质要求；开孔时随钻孔加深而及时加长岩心管；换径时带导向并逐级加长岩心管；孔口管要下正因牢等加以预防。
第五节定向钻孔的设计；
上世纪八十年代后期九十年代初，我局已初步掌握了定向钻孔的设计与施工，并成功地应用于勘探中，但随着地质工作的倒退，技术人员与熟练工人的退休等因素的影响，现在几乎没办法进行该类施工了，在此简单地介绍一下这方面的一些基本内容供大家了解。

6. 非开挖水平定向钻机的钻头，是如何改变方向的

机器和仪器加上导向手的配合，就能举清让钻头找到方向 。

图为祥衡非开挖水平定向钻机谨答做施工

7. 水平定向钻机施工原理 水平定向钻机施工原理及注意事项

1、水平定向钻机施工原理：钻导向孔是利用定扮顷向钻进设备在入口处开始定向钻进，钻进过程中通过监控和控制手段使钻孔按设计轨迹延伸。并从另一端钻出地表，完成导向孔的施工。扩孔指定向钻机如果欲安装的管线较大，不能同时完成扩孔和回拖作业时，进行逐级扩孔，根据设备能力、地层条件和现场情况来确定每次扩孔直径。一般可以采用回拉扩孔。管线回拖是说定向钻机在出口处将管线通过回拉头和扩孔钻头与分动器连接到钻杆上，利用钻进设备一边回转，一边回拉，同时通过钻杆输送冲洗液到扩孔钻头，扩孔回拖过程连续进行。中间不许有长时间的非作业停顿等。

2、定向钻机技术是从石油钻井领域发展起来厅陆陆的先进技术，是利用岩石钻掘、定向钻机测控等技术手段，在地表不挖槽和地层结构破坏极小的情况下，对诸如供水、煤气、天然气、污水、电信电缆等公用管线进行铺设的施工工艺。定向钻机适用范围很广，可以采用孔底马达或刚性钻杆带动钻头回转钻进成孔，在硬岩或卵石层中也可以进行施工。

3、注意事项：首先要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，定向钻施工时，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切削地层，不断前进，每钻完一次要测量一下位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的钻孔导向曲线符合设计的要求，如此反复操作直到钻孔完成作业，这样可以避免由于钻头的位置偏移从悉握而影响到机器的工作效率的问题。一般情况下，使用小型钻机时，当直经大于200毫米时，就要进行预扩孔，使用钻机时，当产品管线直径大于350mm时，就需进行预扩孔，预扩孔的范围和次数，具体视钻机型号和地质情况而定。这样使用水平定向钻，即减少了阻力，又保护了管线的防腐层。节约了施工的成本，并且提高了机器的工作效率。

8. 水平定向钻机工作原理

在水平定向钻机施工过程中，需要使用与钻机功率相匹配的泥浆搅拌装置，它对钻头的钻进和井壁的支撑保护起着非常重要的作用。