煤礦井下定向鉆孔軌跡控制PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1煤礦井下定向煤礦井下定向(dn xin)鉆孔軌跡控制鉆孔軌跡控制第一頁，共44頁。 1.25O外徑mm鉆頭尺寸mm頭數(shù)級數(shù)長度m重量kg排量lpm轉(zhuǎn)速rpm上緊扭矩Nm輸出扭矩Nm最大過載拉力kN最大鉆壓kN最大壓降kPa7382-1144:532.8562.5113-365160-375162025789272758螺桿螺桿(lu n)鉆具造斜原理鉆具造斜原理測斜儀無磁鉆桿旁通閥馬達(dá)萬向軸傳動軸鉆頭第1頁/共44頁第二頁，共44頁。螺桿鉆具螺桿鉆具(zun j)造斜原理造斜原理 螺桿鉆具是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能螺桿鉆具是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量容積式正排量動力

2、轉(zhuǎn)換裝置，主要由螺桿馬達(dá)（定量容積式正排量動力轉(zhuǎn)換裝置，主要由螺桿馬達(dá)（定子、轉(zhuǎn)子）總成、萬向軸總成、傳動軸總成三大部分子、轉(zhuǎn)子）總成、萬向軸總成、傳動軸總成三大部分組成。組成。 采用螺桿鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，不需要鉆桿采用螺桿鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，不需要鉆桿(zun n)旋旋轉(zhuǎn)，泥漿泵輸出沖洗液進(jìn)入螺桿馬達(dá)，在馬達(dá)進(jìn)出口轉(zhuǎn)，泥漿泵輸出沖洗液進(jìn)入螺桿馬達(dá)，在馬達(dá)進(jìn)出口形成一定壓差，推動馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過萬向軸和傳形成一定壓差，推動馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過萬向軸和傳動軸將轉(zhuǎn)速和扭矩傳遞給鉆頭，從而達(dá)到碎巖的目的動軸將轉(zhuǎn)速和扭矩傳遞給鉆頭，從而達(dá)到碎巖的目的。第2頁/共44頁第三頁，共44頁。第3頁/共44頁第四頁，共

3、44頁。隨鉆測量系統(tǒng)隨鉆測量系統(tǒng)(xtng)孔底馬達(dá)和鉆頭下無磁鉆桿送水器上無磁鉆桿鉆桿測量探管 監(jiān)視器高壓送水膠管通訊電纜YHD1-1000隨鉆測量系統(tǒng)隨鉆測量系統(tǒng)(xtng)連接示意圖連接示意圖 第4頁/共44頁第五頁，共44頁。第5頁/共44頁第六頁，共44頁。第6頁/共44頁第七頁，共44頁。第7頁/共44頁第八頁，共44頁。第8頁/共44頁第九頁，共44頁。鉆頭孔底馬達(dá)下無磁鉆桿探管外管上無磁鉆桿上無磁探管外管接頭下無磁探管外管接頭下無磁馬達(dá)接頭通纜鉆桿第9頁/共44頁第十頁，共44頁。工具工具(gngj)面向角對鉆孔軌跡影響面向角對鉆孔軌跡影響 螺桿鉆具的“工具面向角”就是我們通常

4、所說的馬達(dá)“彎頭”朝向(cho xin)。鉆進(jìn)過程中通過改變彎頭的朝向(cho xin)，使鉆孔實(shí)現(xiàn)定向彎曲變化。工具面向角0（360）彎頭向上工具面向角270彎頭向左工具面向角90彎頭向右工具面向角180彎頭向下第10頁/共44頁第十一頁，共44頁。工具面向角對鉆孔軌跡工具面向角對鉆孔軌跡(guj)影響影響傾角傾角(qngjio)：、 方位角：方位角：、 工具面：工具面：馬達(dá)彎造斜最大強(qiáng)度：A、方位角增減(zn jin)分量：Asin、 傾角增減(zn jin)分量: Acos0（360）27090180AsinAcosA0（360）27090180增斜：增斜： 增方位：增方位： 降斜：降斜

5、： 增方位：增方位： 降斜：降斜： 降方位：降方位： 增斜：增斜： 降方位：降方位： 第11頁/共44頁第十二頁，共44頁。傾角控制傾角控制(kngzh)原理原理假設(shè)(jish)設(shè)計(jì)傾角： 0 ，則傾角控制在：- 2 2 21-1-2-2-11221-1-2-2-11降斜穩(wěn)斜增斜穩(wěn)斜降斜穩(wěn)斜增斜穩(wěn)斜10026010026080280降斜穩(wěn)斜增斜802800上下偏差第12頁/共44頁第十三頁，共44頁。方位角控制方位角控制(kngzh)原理原理假設(shè)設(shè)計(jì)(shj)方位角： 330 ，則方位角控制在：325 335 325327332335335332327325330左右偏差33533232732

6、5325327332335降方位(fngwi)增方位降方位增方位19035010170降方位增方位第13頁/共44頁第十四頁，共44頁。鉆孔軌跡鉆孔軌跡(guj)控制原理控制原理a）準(zhǔn)確識別地層變化：根據(jù)礦方提供(tgng)的煤層采掘工程面圖（含煤層等高線），分析出鉆孔軌跡處煤層傾角變化，結(jié)合實(shí)鉆軌跡上下偏差、鉆進(jìn)前后返渣巖性變化，判斷出當(dāng)前鉆頭處于煤層哪一層位（頂板巖層、底板巖層、煤）。b) 調(diào)整工具面使鉆孔沿煤層鉆進(jìn)：根據(jù)地層變化，應(yīng)及時(shí)(jsh)調(diào)整工具面來控制方位角變化，使鉆孔軌跡在水平面投影圖上沿設(shè)計(jì)軌跡左右波動，在此基礎(chǔ)上可參考設(shè)計(jì)軌跡傾角值控制傾角變化，使鉆孔盡量處在煤層中延伸。

7、第14頁/共44頁第十五頁，共44頁。鉆孔軌跡控制鉆孔軌跡控制(kngzh)原理原理c）提鉆開分支繞過鉆進(jìn)障礙區(qū)域(qy)：如：因頂板、底板巖性較硬而進(jìn)尺緩慢，陷落柱、斷層附近煤層松散破碎易卡埋鉆，因與原鉆孔串孔、煤層裂隙發(fā)育鉆井液漏失。當(dāng)遇到以上情況時(shí)，應(yīng)提鉆至安全煤層區(qū)域(qy)開分支孔繞過該區(qū)域(qy)。d) 了解煤層真實(shí)走勢：在實(shí)際鉆進(jìn)過程中，要求每鉆進(jìn)一定距離將彎頭方向調(diào)整為垂直向上，使鉆孔快速鉆至頂板以確定出頂板所處的層位標(biāo)高，然后后退到合適位置開分支繼續(xù)鉆進(jìn)，如此(rc)反復(fù)，再將兩次探頂點(diǎn)連線的延長線作為下一段鉆進(jìn)時(shí)的參考頂板，從而保證鉆孔盡量在煤層中鉆進(jìn)。第15頁/共44頁第

8、十六頁，共44頁。鉆孔鉆孔(zun kn)軌跡計(jì)算方法軌跡計(jì)算方法1101110111cos() cos()22cos() sin()22sin()2niiiiiiniiiiiiniiiiXLYLHL第16頁/共44頁第十七頁，共44頁。開分支開分支(fnzh)工藝工藝1、分支點(diǎn)選擇(xunz)：需在煤層中，以便在硬度軟的煤層中裸眼造斜開分支，向下開分支 當(dāng)傾角(qngjio)0O時(shí),工具面0O當(dāng)傾角0O時(shí),工具面0O當(dāng)傾角(qngjio)0O時(shí),工具面180O分支孔成孔幾率極低極低分支孔成孔幾率高高分支點(diǎn)選擇： 盡量選擇“傾角增加傾角增加孔段”第18頁/共44頁第十九頁，共44頁。開分支開分

9、支(fnzh)工藝工藝2、開分支工具面向角選擇： 采用分支點(diǎn)附近孔段背向(bi xin)工具面向角開分支 當(dāng)原鉆孔方位角增加時(shí)，工具面向角180o260o 當(dāng)原鉆孔方位角減少時(shí)，工具面向角100o180o3、開分支鉆進(jìn)參數(shù)選擇： 采用(ciyng)減壓（給進(jìn)壓力）、控時(shí)鉆進(jìn) 第19頁/共44頁第二十頁，共44頁。開分支開分支(fnzh)工藝工藝4、判斷開分支是否成功依據(jù)： 分支一段孔深處可用隨鉆測量儀器(yq)檢測出傾角、方位角值與原鉆孔軌跡對比，是否按開孔工具面作用產(chǎn)生偏差 給進(jìn)壓力增加 泥漿泵壓略有增加 鉆孔返水含煤粉增多（變黑）第20頁/共44頁第二十一頁，共44頁。鉆具鉆具(zun j

10、)重入分支工藝重入分支工藝 提鉆后，當(dāng)要將鉆具重新下入原分支孔時(shí)，需在每個(gè)分支點(diǎn)處調(diào)整工具面向(min xin)角，下入一定孔深后，測斜數(shù)據(jù)與原鉆孔軌跡對比，分析鉆具是否在要進(jìn)入的分支孔內(nèi)。 第21頁/共44頁第二十二頁，共44頁。軌跡控制軌跡控制(kngzh)實(shí)例分析實(shí)例分析雙柳礦雙柳礦 自2010年5月29日至6月9日，共定向施工主孔1個(gè)，探頂6次，探底3次，試驗(yàn)總進(jìn)尺1242m。其中主孔孔深744米，1#分支孔鉆進(jìn)至54米時(shí)，由于煤層在200m至450m煤層起伏較大(jio d)，并在300米探到底板兩次，開分支孔較多，為防止孔內(nèi)事故發(fā)生，提鉆至210米開2#分支孔。 2#分支孔孔深10

11、2米，施工過程中未出現(xiàn)孔內(nèi)事故第22頁/共44頁第二十三頁，共44頁。軌跡控制實(shí)例軌跡控制實(shí)例(shl)分析分析雙柳礦雙柳礦第23頁/共44頁第二十四頁，共44頁。軌跡軌跡(guj)控制實(shí)例分析控制實(shí)例分析雙柳礦雙柳礦第24頁/共44頁第二十五頁，共44頁。軌跡控制實(shí)例軌跡控制實(shí)例(shl)分析分析杜兒坪礦杜兒坪礦 自2010年5月18日至6月10日，主孔1個(gè)、分支孔25個(gè)，探頂6次，探底3次，試驗(yàn)總進(jìn)尺2736m，主孔最大孔深達(dá)到570m，分支孔最大孔深達(dá)246m。煤層平均厚度4.08m、煤層陷落柱發(fā)育，陷落柱密度(md)平均25個(gè)/km2，其中僅主孔需在6個(gè)陷落柱煤層中定向穿行。第25頁/

12、共44頁第二十六頁，共44頁。軌跡軌跡(guj)控制實(shí)例分析控制實(shí)例分析杜兒坪礦杜兒坪礦第26頁/共44頁第二十七頁，共44頁。軌跡控制軌跡控制(kngzh)實(shí)例分析實(shí)例分析九里山礦九里山礦 2011年9月22日至10月11日施工4號梳狀鉆孔(zun kn)，共施工1主孔，7個(gè)分支孔，最大主孔深度510m，最大分支孔深度51m，總孔深848m。第27頁/共44頁第二十八頁，共44頁。4#梳狀孔實(shí)鉆軌跡梳狀孔實(shí)鉆軌跡(guj)平面圖（上）與剖面圖（下）平面圖（上）與剖面圖（下）第28頁/共44頁第二十九頁，共44頁。軌跡控制軌跡控制(kngzh)實(shí)例分析實(shí)例分析興無礦興無礦 2011年5月26日

13、至(r zh)6月8日施工4#鉆孔，4#鉆孔設(shè)計(jì)孔深702m，實(shí)鉆總進(jìn)尺為1355m，主孔702m均在煤層中鉆進(jìn)，13個(gè)分支孔累計(jì)孔深653m，其中630m在煤層中鉆進(jìn)，23m因探頂?shù)自谀鄮r中鉆進(jìn)。第29頁/共44頁第三十頁，共44頁。-15-15-10-10-5-50 05 510100 05050100100150150200200250250300300350350400400450450500500550550600600650650700700750750800800.4#鉆孔鉆孔(zun kn)軌跡剖面圖軌跡剖面圖第30頁/共44頁第三十一頁，共44頁。-5051015202530

14、0 050501001001501502002002502503003003503504004004504505005005505506006006506507007007507504#鉆孔鉆孔(zun kn)軌跡平面圖軌跡平面圖第31頁/共44頁第三十二頁，共44頁。軌跡軌跡(guj)控制實(shí)例分析控制實(shí)例分析黃陵一號礦黃陵一號礦 2011年10月6日至10月20日施工2#鉆孔(zun kn)，2#鉆孔(zun kn)主孔深度711m，分支孔深度285m，總進(jìn)尺996m。第32頁/共44頁第三十三頁，共44頁。2#鉆孔實(shí)鉆軌跡上下鉆孔實(shí)鉆軌跡上下(shngxi)偏差圖偏差圖第33頁/共44頁第

15、三十四頁，共44頁。2#鉆孔鉆孔(zun kn)實(shí)鉆軌跡左右偏差圖實(shí)鉆軌跡左右偏差圖第34頁/共44頁第三十五頁，共44頁。軌跡控制軌跡控制(kngzh)實(shí)例分析實(shí)例分析黃陵黃陵二號煤礦二號煤礦 2012年3月7日3月24日，在二號煤礦北二一號輔運(yùn)大巷距八號聯(lián)絡(luò)(linlu)巷50m處施工4#鉆孔，主孔深度813m，分支285m，總進(jìn)尺1098m。第35頁/共44頁第三十六頁，共44頁。黃陵二號煤礦施工(sh gng)鉆孔平面圖第36頁/共44頁第三十七頁，共44頁。黃陵二號煤礦黃陵二號煤礦 4#鉆孔鉆孔(zun kn)實(shí)鉆軌實(shí)鉆軌跡剖面圖跡剖面圖黃陵二號煤礦黃陵二號煤礦 4#鉆孔實(shí)鉆軌跡鉆孔實(shí)鉆軌跡(guj)左右偏差圖左右偏差圖第37頁/共44頁第三十八頁，共44頁。 2012年8月,在北二一號輔運(yùn)大巷正頭，施工(sh gng)1個(gè)定向孔，主孔深度705m，分支孔927m，總計(jì)進(jìn)尺1632m。 1#鉆孔(zun kn)軌跡平面布置圖 第38頁/共44頁第三十九頁，共44頁。1#鉆孔上下偏差(pinch)和左右偏差(pinch)圖第39頁/共44頁第四十頁，共44頁。軌跡控制實(shí)例分析軌跡控制實(shí)例分析柳林柳林(li ln)同