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煤田钻探工艺及提高钻探效率方法摘要在我国地质事业的进展中，基于对自然地质和经济发展环境的分析，通过国内知名地质专家的调研和统计分析，得出了一些提高煤田钻研工艺和钻探工作的新方法。
关键词煤田钻探技术；煤层气钻探技术；方法中图分类号te2 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）88-0056-02在社会主义发展的新时期，煤田钻探工艺是煤田勘探中十分重要的一个方面，煤田钻探技术和煤层气钻探技术的改进，也为煤田工业生产建设提供可靠的保证。
1 煤田钻探工艺方法的研究探索施工实践和科学实验已经证明，同一类岩石，在不同的埋深条件下，所表现出的机械物理性质及稳定性是大不相同的。
煤田勘探地层各种沉积岩强度都与深度成正比例变化，2 000m以浅地层岩石变化的特点是埋深越浅、孔隙度越大、强度越低。
1.1 一般回转钻进技术回转钻进技术主要参数是泵量、转速及钻压三项。
一般情况下应选用较大泵量，这对于保证排粉效果，提高钻进效率都是有利的，但也要防止因泵量过大冲垮孔壁。
钻进钻压应由低到高，逐步增加；钻进时，应根据不同地层、不同钻头、不同孔径而有所不同，在实际施工过程中，对钻压的掌握不必限制过死，通过实际试验，选定出合理的数据。
多级变速钻机转速的选择应注意以下几点：一是钻孔深、钻具自重大，受力复杂，回转钻具功率消耗增大，受钻机功率及钻具强度的限制，转速应降低，孔浅时则应开高速；二是钻进均质、完整的地层，采用高转速；对于岩石破碎、节理发育的地层，钻具震动大，根据具体情况适当降低转速；三是钻孔结构简单，环状间隙小，孔壁完整，可采用高转速；钻孔结构复杂、换径多，钻杆与孔壁间隙大，钻具回转稳定性差，则不宜开高速；四是浅孔段岩石结构完整，钻具强度高，采用较高转速；地层变复杂，裂隙发育，出现小溶洞及掉块现象，且孔内返水不正常，用较低转速。
1.2 空气洗井钻进技术空气洗井钻进工艺技术是一种含有压缩空气的气体和液体混合物作为冲洗的介质[1]。
陕西双龙煤业开发有限责任公司地面瓦斯抽放系统施工组织设计审批总工程师:机电经理:审核生产技术部：安全监察部：通风科：机电技术部：编制单位：机电技术部通风科编制人员：李鹏飞郭峰编制时间：二OO九年十月十五日编制说明一、本施工组织设计编制依据：1、咸阳顺安煤矿设计院设计提供的《陕西双龙煤业开发有限责任公司地面斯抽放系统初步设计》、《陕西双龙煤业开发有限责任公司地面斯抽放系统施工设计图纸》。
2、陕西双龙煤业公司生产技术部提供的巷道断面及地质说明等材料.3、设备使用说明书。
4、AQ 1027—2006《煤矿瓦斯抽放规范》国家标准。
5、《煤矿安装工程质量检验评定标准》MT5010-95上、下册。
6、《煤矿安全规程》。
二、本施工组织设计本着方案合理、安全、可靠、操作性强的指导思想，以确保施工安全、质量、工期.目录一、工程概况 (3)二、开工前的准备工作 (5)三、基础尺寸验收及基准挂设 (6)四、设备材料的进厂验收 (7)五、施工工序 (7)六、具体施工方法 (8)七、质量标准 (41)八、安全措施 (42)九、劳动力组织及工期安排 (47)十、安全保证体系及措施 (50)十一、文明施工 (52)十二、降低工程造价的措施 (54)十三、审批意见 (55)附表:安装用设备工器具一览表 (54)施工进度计划表 (56)附图………………………………………………58～89一、工程概况陕西双龙煤业开发有限责任公司地面瓦斯抽放系统设备安装工程位于黄陵县双龙镇。
本工程包括以下安装内容：1.地面、井下干管管道安装：⑴、井下抽放干管安装工程总长度约1045米,干管管口预留在副斜井井筒第二道防爆门处（第一道与第二道防爆门之间），距副斜井防爆门2.4米处，干管终点位于三采区措施巷口处,其中副斜井安装长度420米；井底人车等候室15米；总回风大巷610米。
干管共选用两种型号,副斜井抽放干管选用MPE-100型DN500＊19.1(公称压力0.6Mpa）聚乙烯管；总回风大巷抽放干管选用D450＊9热扎无缝钢管。
![一种新型矿用钻机装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/c435049b01f69e3142329418.png)
专利名称：一种新型矿用钻机装置
专利类型：实用新型专利
发明人：马宝安,裴刚,王金凯,韩素茹,赵营,周惠英申请号：CN201420816808.2
申请日：20141222
公开号：CN204357347U
公开日：
20150527
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种新型矿用钻机装置，它包括底板、履带底盘机构、钻进机构和液压泵站，它还包括立柱升降机构和调向机构，所述立柱升降机构包括竖向设置在底板上的升降油缸和两个立柱油缸，两个立柱油缸的缸筒上均套设有与其滑动连接的升降套筒，升降套筒之间通过套筒连接板固定连接，升降油缸的缸筒与套筒连接板固定连接；所述调向机构包括设置在套筒连接板上的回转支撑，回转支撑的内圈与套筒连接板固定连接，回转支撑的外圈上套设有蜗轮，回转支撑的内圈上固定连接有与所述蜗轮啮合的蜗杆和与蜗杆传动连接的回转油马达。
本实用新型的优点在于能够实现钻进机构360°范围调向，而且具有很好的稳定性和刚性，能够很好适应矿上的工作环境。
申请人：河南宇建科技股份有限公司
地址：454000 河南省焦作市修武县黄河大道西段128号
国籍：CN
代理机构：郑州联科专利事务所(普通合伙)
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![煤矿坑道用大采高瓦斯抽采履带钻机[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/6dae5e2f2cc58bd63086bdb7.png)
专利名称：煤矿坑道用大采高瓦斯抽采履带钻机专利类型：发明专利
发明人：梁春苗,姚亚峰,姚宁平,彭涛,宋海涛,汪芸申请号：CN201410310742.4
申请日：20140701
公开号：CN104141456A
公开日：
20141112
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种煤矿坑道用大采高瓦斯抽采履带钻机，至少包括本体和变位钻给装置，所述本体包含履带车体，所述履带车体的下端两侧分别设有一履带总成，所述变位钻给装置设置于履带本体的前端，该变位钻给装置包含车体连接板、末端连接板、伸缩式变幅装置、方位调节装置、倾角调节装置和给进装置，所述伸缩式变幅装置的一端连接于车体连接板，另一端连接所述末端连接板，所述伸缩式变幅装置实现末端连接板相对车体连接板在平面上的整体式平行运动，由此，本发明适用钻孔高度范围广，实现了钻机中心孔高度调节范围大的特点，在掘进中的工作面的顺槽施工中，施工范围大，可以兼顾整个工作面，使得钻机在大采高瓦斯抽采钻孔中优势明显。
申请人：中煤科工集团西安研究院有限公司
地址：710077 陕西省西安市高新区锦业一路82号
国籍：CN
代理机构：北京天奇智新知识产权代理有限公司
代理人：樊学芳
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专利名称：一种新型瓦斯抽放钻机
专利类型：实用新型专利
发明人：吴艳英,吴锦行,文辉安,郭晓学申请号：CN201620955541.4
申请日：20160828
公开号：CN205955641U
公开日：
20170215
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供了一种新型瓦斯抽放钻机，包括掘进头、推进液压缸、支撑缸、钻进液循环系统、地面控制系统；所述掘进头通过其后盖上的滑块与推进液压缸内的活塞杆连接，所述支撑缸固接在推进液压缸尾部，所述掘进头内中部安装有液压马达，所述液压马达内安装有主轴且由轴承支撑在掘进头内，主轴的末端安装有钻头，所述掘进头内后端安装有液压缸,掘进头的外壁上设置有支撑脚且安装在液压缸内，所述支撑缸的前后两端均安装有液压缸，所述支撑缸的后端还与钻进液循环系统和地面控制系统连接。
本实用新型通过将在钻机内设置液压推进器，推进钻头钻进，使钻机能够在井下连续作业，提高作业效率。
申请人：贵州理工学院
地址：550003 贵州省贵阳市蔡关路1号
国籍：CN
代理机构：贵阳派腾阳光知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：管宝伟
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SMJ5510地面瓦斯抽采的欠平衡车装钻机的研制
摘要：近年来，我国煤层气地面瓦斯开发技术迅速发展，但是因缺乏适宜于煤矿瓦斯地面抽采的专用车载式钻机，很大程度上造成我国煤矿瓦斯地面抽采进展缓慢；研制国产地面瓦斯抽采的欠平衡车装钻机，提高地面瓦斯抽采孔施工效率和成孔率，降低工人劳动强度是十分必要的。
详细介绍了SMJ5510TZJ15/800Y 地面瓦斯抽采的欠平衡车装钻机研制中的总体方案及主要机构设计的思路，并介绍了钻机试验和推广情况，测试结果表明各项技术指标达到了设计要求。
关键词：瓦斯抽采；欠平衡车装钻机；钻机车
近年来，国内一些单位从国外进口了一些车载式空气钻机。
该类钻井设备以其钻井效率高、对煤层的伤害等优点小备受青睐。
但进口钻机过于昂贵，间接导致钻井成本增高，与钻井低成本战略背道而驰，所以国内并没有大规模引进国外车载钻机。
因此，尽快发展国产煤层气钻机是解决我国煤层气开发进程缓慢的重要因素之一。
为此，国家发改委下达了一批煤矿瓦斯综合治理与利用关键技术研发和装备研制项目，其中“地面瓦斯抽采欠平衡车装钻机（以下简称车载钻机）研制”委托石家庄煤矿机械有限责任公司承担，中国石油大学（北京）煤层气研究中心参加。
1.总体方案设计
1.1钻进能力的确定
根据煤层渗透率与煤层埋深的关系，煤矿区瓦斯地面抽采直井的完井深度一般不超过300～1500m。
为满足井深的需求，钻机的最大钻深能力应不小于1500 m。
1.2钻进工艺的选择
根据地面施工煤层气抽采孔的需要，该钻机应该能够满足压缩空气钻进（正、反循环）、泥浆钻进、泡沫钻进、水平定向钻进等不同工艺的要求，以提高钻进效率。
1.3驱动方式的确定
为满足不同地层和不同施工条件的钻井需要，要求该钻机应具备顶部驱动功能，为减小顶驱装置的体积和重量，采用液压顶驱方式。
1.4传动方式的确定
目前，世界上车载钻机普遍采用液压传动的方式。
采用全液压系统可以方便的进行起、下钻具，工作安全可靠，而且可以无级调速，通过油压表随时监视各
执行机构工作负载的大小并及时调整，工艺适应性较强。
因此本钻机也采用全液压传动方式，又因该钻机大多在野外工作，电力供应不方便，所有其动力源采用柴油发动机。
1.5移动方式的确定
为满足煤矿瓦斯地面抽采钻孔施工周期极短、钻机搬迁频繁的工况，要求地面瓦斯抽采钻机必须采用车装式或撬装式，为了实现钻机搬迁的快速、方便，本钻机采用车载式结构。
1.7整机结构布局的确定
为了满足钻机移动方便，响应快速的要求，整机采用专用汽车底盘作为整机的平台，将整机的动力装置、液压系统、井架、顶驱装置、电控系统都集中安置在汽车底盘平台上；空压机因体积大，散热量高，采用外挂式。
整机结构见图1。
2.主要结构设计
2.1 顶部驱动装置
顶驱技术在国外钻机和石油钻井中已被推广应用，因其能实现加压钻进，自动送钻，能够很好的完成空气循环等欠平衡钻进、定向钻进等工艺而备受青睐。
要实现加压钻进，满足空气循环等欠平衡钻进、定向钻进等要求，顶驱装置即要承担传递扭矩又要承担传递拉力的任务，即同时承受着拉伸载荷和扭转载荷，其必须具有足够的强度和刚度。
该装置采用了多马达联合驱动技术和硬齿面齿轮传动技术。
即采用了三个低速大扭矩马达并联，再经过齿轮减速的结构。
为方便接管作业，该装置在顶驱的中空中心管采用了浮动管技术，密封结构上采用了多重V型密封圈旋转密封技术。
为满足定向钻孔造斜时对钻机的锁定钻具的要求，顶驱装置中还采用了盘式制动技术，设计了盘式制动器，靠油缸推动制动块夹紧制动盘。
2.2空气循环系统
瓦斯地面抽采的实践证明，由于煤层的渗透性较差，因此钻井液对煤层的污染也非常敏感。
为提高钻进效率、降低钻井成本和保护储层，最佳的钻井循环介质是雾化空气或欠平衡泥浆。
空气钻井是欠平衡压力钻井的一种，其循环介质为压缩空气。
为实现这一功能，在多方论证和考察调研的基础上，最终选择了外挂空气压缩机的方案。
外挂空气压缩机即简化车载钻机主机结构，减轻了主机重量，便于设备的维修与保养。
钻机车除外接压缩空气外，也可外接泥浆，分别进行空气和泥浆钻进和泡沫钻进。
2.3伸缩式井架
要实现钻机车的灵活性和高效率，就必须采用车载自行起落井架。
由于受到运输尺寸的限制，要很好的满足施工即动力头行程的要求（15米），尤其是下长套管的要求，只有采用伸缩式井架。
目前国内的伸缩式井架都为珩架式结构，主要承受压力，结构比较简单。
但其无法具备动力头的导向功能，而且不能承受较大的扭矩。
为此，该钻机的井架采用了箱式伸缩井架技术，即无论是固定部分，还是伸缩活动部分都采用了箱型桅杆式结构。
伸缩井架的最大行程为7.5m。
伸缩井架在缩回状态下，总长度为13.5 m，便利车辆运输。
在完全伸出状态下，总长度可达21 m，顶驱动力头最大行程为15 m，可很方便的使用长度为15m以下的套管。
桅杆底部有伸缩腿，可将提升负荷直接作用于地面。
井架的起落和伸缩都由液压油缸完成。
为满足井架能90°起落并适应空间限制，起落油缸采用了两级伸缩技术。
2.4液压系统
为满足灵活、高效的瓦斯地面抽采孔钻孔需要，钻机要集各种功能和动作于一身，很多执行元件离动力源很远，因此整机采用了液压和机械联合驱动技术。
液压系统作为钻机的主要传动和控制系统，要完成三十多个执行元件和四十余种动作，而且这些元件和动作有的要独立运行，有的要联合动作，同时又不能相互影响或干扰。
为此，液压系统采用了目前液压传动和控制中先进的变量系统和负载传感比例控制技术。
同时，为满足各种工况和适应各元件对压力和流量的要求，还采用了多泵合流技术。
液压系统冷却器采用了恒温控制技术。
液压操作阀及各种仪表集中在操作控制台上，对各执行元件（液压马达，油缸）的速度、方向和压力实现有效地控制。
