矿山大直径钻孔施工技术与装备

序

前言

第1章 矿山大直径钻孔及成孔方法 1

1.1 矿山地面大直径钻孔及成孔方法 1

1.1.1 矿山事故应急救援钻孔 1

1.1.2 矿山地面大直径工程孔 3

1.1.3 矿山地面大直径钻孔主要成孔方法 4

1.1.4 矿山地面大直径钻孔施工特点 5

1.2 煤矿井下大直径钻孔及成孔方法 5

1.2.1 煤矿井下管道铺设 5

1.2.2 煤矿井下瓦斯抽采 5

1.2.3 矿山事故透巷救援工程 6

1.2.4 煤矿井下大直径钻孔成孔方法 6

第2章 矿山地面大直径钻孔用钻机 8

2.1 转盘钻机 8

2.1.1 水源工程钻机 8

2.1.2 石油钻机 12

2.2 车载钻机 16

2.2.1 国外车载钻机 16

2.2.2 国产车载钻机 25

2.2.3 国内外钻机对比分析 27

2.3 ZMK5530TZJ60（A）型车载钻机的研制 27

2.3.1 总体技术方案 27

2.3.2 动力系统设计 28

2.3.3 底盘设计 30

2.3.4 钻机主机设计 32

2.3.5 卸扣器 40

2.3.6 钻机车液压系统 47

第3章 矿山地面大直径钻孔钻进配套装备系统 50

3.1 泥浆介质钻进配套钻具 50

3.1.1 钻杆 50

3.1.2 加重钻杆 51

3.1.3 钻铤 51

3.1.4 钻头 53

3.2 空气介质钻进配套钻具 55

3.2.1 双壁钻杆 55

3.2.2 集束式正循环空气潜孔锤 57

3.2.3 大直径反循环空气潜孔锤 59

3.2.4 大直径湿式反循环空气潜孔锤 62

3.3 钻孔轨迹测量仪器 63

3.3.1 单点多点测斜仪 63

3.3.2 泥浆脉冲无线随钻测量系统 65

3.3.3 电磁波无线随钻测量系统 69

3.4 配套附属装备 73

3.4.1 泥浆泵 73

3.4.2 空压机 75

3.4.3 固控系统 75

3.4.4 发电机组 76

3.4.5 孔口密封装置 77

3.4.6 液压卸扣机 78

第4章 矿山地面大直径钻孔成孔技术 82

4.1 泥浆介质正循环钻进工艺 82

4.1.1 常用钻头碎岩机理 82

4.1.2 泥浆正循环钻进规程参数 84

4.2 垂直钻孔偏斜原因与防斜技术 85

4.2.1 垂直钻孔偏斜原因 85

4.2.2 垂直钻孔防斜与纠斜技术 86

4.2.3 螺杆钻具定向纠斜钻进技术 89

4.3 下套管工艺 91

4.3.1 技术特点 91

4.3.2 直接提吊法 94

4.3.3 提吊浮力法 95

4.4 注水泥浆固井方法 98

4.4.1 浮箍浮鞋式内插法注水泥浆 98

4.4.2 孔口密封式内插法注水泥浆 100

4.4.3 套管外注水泥浆 101

第5章 矿山地面大直径钻孔快速钻进技术 102

5.1 下导管钻进工艺技术 102

5.1.1 问题的提出 102

5.1.2 二开下导管钻进工艺 103

5.2 空气潜孔锤钻进工艺技术 104

5.2.1 冲击回转碎岩机理 104

5.2.2 空气潜孔锤钻进规程参数 104

5.2.3 空气潜孔锤钻进风量确定方法 105

5.2.4 空气潜孔锤随钻测量技术 107

5.2.5 大直径潜孔锤正循环钻进工程实例 110

5.3 大直径潜孔锤反循环钻进工艺技术 110

5.3.1 建立反循环的基本条件 111

5.3.2 空气反循环效果的实现方法 111

5.4 气举反循环钻进工艺技术 114

5.4.1 气举反循环钻进规程参数 114

5.4.2 气举反循环工艺控制参数 115

5.5 下排渣法扩孔工艺技术 116

5.5.1 技术特点 117

5.5.2 下排渣扩孔钻进规程参数 117

5.5.3 工程实例 117

第6章 矿山地面大直径钻孔孔内事故预防与处理 119

6.1 孔内事故类型 119

6.1.1 卡钻事故 119

6.1.2 孔内落物 124

6.1.3 钻具断落 125

6.1.4 下套管事故 126

6.1.5 固井事故 126

6.2 孔内事故预防措施 127

6.2.1 钻进时事故预防 127

6.2.2 下套管作业预防 131

6.2.3 固井作业预防 134

6.3 典型孔内事故处理方法 135

6.3.1 孔内事故处理基本原则 135

6.3.2 卡钻事故处理 136

6.3.3 牙轮落物打捞 140

6.3.4 钻具套铣打捞 143

6.3.5 套管内桥塞式堵漏 144

第7章 矿山地面大直径钻孔救援提升装备 148

7.1 救援提升装备发展现状 148

7.1.1 国外救援提升装备 148

7.1.2 国内救援提升装备 149

7.1.3 ZMK5200QJY40 型救援提升装备 150

7.2 ZMK5200QJY40 型救援提升装备试验 154

7.2.1 功能及要求 154

7.2.2 检测调试 154

7.2.3 二次逃生试验 156

7.2.4 工业性试验 157

第8章 矿山地面大直径钻孔典型工程实例 160

8.1 山西王家岭煤矿特大透水事故救援钻孔 160

8.1.1 透水事故的发生及救援决策 160

8.1.2 王家岭煤矿井田概况 161

8.1.3 地面垂直救援钻孔施工 161

8.1.4 2#钻孔救援效果分析 164

8.2 山东平邑石膏矿坍塌事故救援钻孔 165

8.2.1 事故发生及救援概况 165

8.2.2 大直径救援钻孔施工装备 165

8.2.3 大直径救援钻孔孔身结构及施工方法 166

8.3 智利铜矿坍塌事故地面救援钻孔 169

8.3.1 地面钻孔救援概况 169

8.3.2 地面大直径钻孔施工 170

8.3.3 人员提升救援 172

8.4 陕西亭南煤业地面大直径电缆孔 173

8.4.1 工程概况 173

8.4.2 地层概况 173

8.4.3 孔身结构及钻孔轨迹 174

8.4.4 主要设备及钻具 175

8.4.5 钻孔工艺 176

8.4.6 下套管及固井工艺 177

8.5 陕西亭南煤业地面瓦斯管道孔 180

8.5.1 工程概况 180

8.5.2 地层概况 180

8.5.3 孔身结构及钻孔轨迹 180

8.5.4 主要设备及钻具 182

8.5.5 钻进工艺 183

8.5.6 下套管及固井 184

8.6 山西坪上矿地面大直径钻孔 186

8.6.1 项目概况 186

8.6.2 地层概况 187

8.6.3 孔身结构及钻孔轨迹 187

8.6.4 主要设备及钻具 188

8.6.5 钻进工艺 190

8.6.6 下套管及固井 191

第9章 煤矿井下大直径钻孔成孔技术与装备 193

9.1 煤矿井下大直径钻孔成孔方法 193

9.1.1 导向孔钻进 193

9.1.2 扩孔钻进 195

9.2 大功率钻机与泥浆泵车 196

9.2.1 分体式大功率钻机 196

9.2.2 履带式大功率钻机 200

9.2.3 BLY390/12 型矿用泥浆泵车 205

9.3 配套钻具 208

9.3.1 高强度整体式宽翼片螺旋钻杆 208

9.3.2 大通孔钻杆 211

9.3.3 大直径插接密封式螺旋钻杆 212

9.3.4 Ф200/89mm 插接式宽叶片螺旋钻杆 215

9.3.5 其他配套钻具 217

9.4 扩孔钻头 218

9.4.1 刮刀扩孔钻头 218

9.4.2 集束式扩孔空气潜孔锤 221

第10章 煤矿井下大直径钻孔典型工程实例 225

10.1 贵州格目底东井煤矿大直径岩层钻孔 225

10.1.1 工程概况 225

10.1.2 成孔工艺及配套钻具 226

10.1.3 装备配套 226

10.1.4 施工情况 227

10.1.5 小结 227

10.2 山西保德煤矿大直径煤层钻孔 228

10.2.1 工程概况 228

10.2.2 装备配套与成孔工艺 228

10.2.3 小结 230

10.3 山西成庄矿大直径煤层钻孔 230

10.3.1 工程概况 230

10.3.2 成孔工艺及配套钻具 231

10.3.3 装备配套 232

10.3.4 施工概况 233

10.3.5 小结 234

参考文献 2352100433B

《矿山大直径钻孔施工技术与装备》是一部关于矿山大直径钻孔施工技术的著作，以相关课题研究成果为基础，借鉴国内外相关学者的研究成果和典型的实际案例，介绍矿山大直径钻孔施工技术装备新进展。《矿山大直径钻孔施工技术与装备》共 10 章，第 1 章至第 8 章介绍了包括矿山救援钻孔在内的矿山地面大直径钻孔施工配套装备、救援装备、施工技术和应用实例 ；第 9 章和第 10 章介绍了煤矿井下大直径钻孔施工配套钻探装备、钻进技术及应用实例。

矿山机电技术主要研究矿山机电自动控制技术、矿山电力拖动与控制等方面基本知识和技能，进行煤矿和非煤矿山机电设备的运用、调试、维护、技术改造、经营等。

机械制图、计算机辅助设计 CAD、电力电子设备运行与维护、电气控制与 PLC 技术、液 气压传动技术、矿山机械、矿山机械设备电气控制系统、煤矿供电、电机与拖动控制、传感 器与检测技术等。

本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素养，掌握矿山采、掘、 通、压、排、提、运、供电基本知识，具备矿山机电设备安装、运行、维修、管理和技术改 造能力，从事矿山机电设备安装、运行、检修、管理等工作的高素质技术技能人才。