报告2我国钻井法凿井设计理论与技术研究新进展-程桦.ppt

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2013年11月04日22001133年年矿矿井井建建设设年年会会汇报人：

程程桦桦前前言言1主要内容主要内容最新最新研究研究进展进展3几几点点思思考考4近期研究成果近期研究成果2前言1我国中东部煤炭开发由浅部向深部发展，需要穿过深厚冲积层；随着西部煤炭开发，西部地区的煤炭资源多赋存于白垩系和侏罗系等不稳定地层之下。

采用特殊法凿井面临一系列新课题。

围岩围岩我国煤炭相对于石油、天然气，资源赋存比较丰富，在一次能源结构中约占70%。

前言1目前在含水或不稳定地层中，最可靠的凿井方法只有钻井法和冻结法。

钻井法与冻结相比具有以下优势：

1、机械化、自动化程度高，作业条件好、劳动强度低、安全性好；2、井壁质量好。

钻井井壁全部在地面进行现场预制，井壁制作质量易于控制，采用钢板混凝土复合井壁技术减薄了井壁厚度，成井后的井壁能做到滴水不漏，为业主节省了大笔的矿井永久排水费用；3、工程造价低。

大约10%；4、工期相当。

5、节省能源。

6、节约资源。

钻井法因井壁薄，材料总消耗不到冻结法的一半。

7、可靠性高。

钻井法施工成功率达到百分之百。

隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1前言1钻井法凿井钻井法凿井1854年德国工程师钦德采用冲击式年德国工程师钦德采用冲击式钻机成功地钻凿了世界上第一口井，钻机成功地钻凿了世界上第一口井，1871年德国工程师霍尼曼发明旋转式钻年德国工程师霍尼曼发明旋转式钻机，以后钻井法在世界上得到了推广应机，以后钻井法在世界上得到了推广应用。

用。

钻井法自钻井法自1969年在淮北矿业集团朔年在淮北矿业集团朔里煤矿南风井实验成功以来，钻井法凿里煤矿南风井实验成功以来，钻井法凿井国内已竣工井筒井国内已竣工井筒60多个，穿越冲积层多个，穿越冲积层最厚的是国投新集板集煤矿主井（最厚的是国投新集板集煤矿主井（660m）。

）。

经过经过40多年的研究与应用，我国钻多年的研究与应用，我国钻井法在大型钻井装备、井壁结构设计理井法在大型钻井装备、井壁结构设计理论、施工工艺等方面均取得巨大进步，论、施工工艺等方面均取得巨大进步，综合技术水平已步入世界先进行列。

综合技术水平已步入世界先进行列。

隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1前言1表表1近五年来我国已建成钻井法凿井一览表近五年来我国已建成钻井法凿井一览表序序号号井筒名称井筒名称井筒净直径井筒净直径/m/m冲积层厚度冲积层厚度/m/m钻井深度钻井深度/m/m11龙固矿主井龙固矿主井11、225.75.7546.48546.4858358322龙固风井龙固风井6.06.053853858058033板集矿副井板集矿副井7.37.3580.93580.9364664644板集矿风井板集矿风井6.56.5583.80583.8065665655板集矿主井板集矿主井6.26.2584.1584.166066066陈四楼南风井陈四楼南风井5.05.036036037737777张集矿西区进风井张集矿西区进风井7.27.240040043043088张集矿西区回风井张集矿西区回风井88334004004304302.12.12.12.1针针针针对对对对两两两两淮淮淮淮矿矿矿矿区区区区深深深深厚厚厚厚表表表表土土土土层层层层及及及及复复复复杂杂杂杂地地地地质质质质条条条条件件件件，自自自自主主主主研研研研发发发发了了了了国国国国内内内内、外外外外设设设设计计计计能能能能力力力力最最最最大大大大，自自自自动动动动化化化化程程程程度度度度高高高高，性性性性能能能能可可可可靠靠靠靠的的的的液液液液压压压压竖竖竖竖井井井井钻钻钻钻机机机机；集集集集成成成成创创创创新新新新了了了了深深深深大大大大井井井井筒筒筒筒钻钻钻钻井井井井法法法法施施施施工工工工成成成成套套套套技技技技术术术术，创创创创造造造造了了了了国国国国际际际际上上上上钻钻钻钻井井井井直直直直径径径径最最最最大大大大（10.8m10.8m10.8m10.8m）、穿穿穿穿越越越越冲冲冲冲积积积积层层层层最最最最厚厚厚厚（584.1m584.1m584.1m584.1m）、国国国国内内内内最最最最大大大大钻钻钻钻深深深深（660m660m660m660m）的钻井工程新记录。

的钻井工程新记录。

的钻井工程新记录。

的钻井工程新记录。

近期研究成果2（11）研制了大型竖井钻机）研制了大型竖井钻机AS12/800AS12/800型竖井钻机型竖井钻机2003年，研制了年，研制了AS12/800超大型竖井强超大型竖井强力钻机，于力钻机，于2005年完成了板集煤矿副井年完成了板集煤矿副井钻井工程钻井工程；2004年，研制了年，研制了AD130/1000超大型全液超大型全液压钻井机，是压钻井机，是目前世界上设计能力最大目前世界上设计能力最大的竖井钻机的竖井钻机，使用该机完成了袁店煤矿，使用该机完成了袁店煤矿南风井的钻井工程南风井的钻井工程。

AD130-1000AD130-1000型竖井钻机型竖井钻机近期研究成果2（22）发展和完善了钻井）发展和完善了钻井井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性计算方法井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性计算方法提出了符合实际工况的钻井井提出了符合实际工况的钻井井壁筒竖向结构稳定临界深度计壁筒竖向结构稳定临界深度计算方法。

算方法。

钻井井壁筒竖向结构失稳图钻井井壁筒竖向结构失稳图近期研究成果2（3）集成钻井法施工成套技术）集成钻井法施工成套技术p创新创新了高压泥浆中钻头滚刀密封方法；了高压泥浆中钻头滚刀密封方法；p改进改进了滚刀外壳齿形结构和焊接工艺；了滚刀外壳齿形结构和焊接工艺；p研制研制了竖井钻机柔性变径接头（专利号：

了竖井钻机柔性变径接头（专利号：

ZL200420074411.7）；）；p首次首次将扩孔钻头刀盘倾角由将扩孔钻头刀盘倾角由25设计成设计成35，提高钻，提高钻井效率井效率15%；p研制研制了高流动性、高结石率和高强度新型节间注了高流动性、高结石率和高强度新型节间注浆材料（专利申请号：

浆材料（专利申请号：

2008100231496）；）；p首次采用首次采用了悬浮触底壁后充填新方法。

了悬浮触底壁后充填新方法。

近期研究成果2隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1近期研究成果22.22.22.22.2以两淮矿区深厚冲积层钻井法施工典型工程为背以两淮矿区深厚冲积层钻井法施工典型工程为背以两淮矿区深厚冲积层钻井法施工典型工程为背以两淮矿区深厚冲积层钻井法施工典型工程为背景，采用理论分析、数值分析与工业性试验相结合的景，采用理论分析、数值分析与工业性试验相结合的景，采用理论分析、数值分析与工业性试验相结合的景，采用理论分析、数值分析与工业性试验相结合的方法，研发新型超前和扩孔钻具结构、新型破岩（土）方法，研发新型超前和扩孔钻具结构、新型破岩（土）方法，研发新型超前和扩孔钻具结构、新型破岩（土）方法，研发新型超前和扩孔钻具结构、新型破岩（土）滚刀，提高破岩能力和排渣效率；创新一扩（钻）成滚刀，提高破岩能力和排渣效率；创新一扩（钻）成滚刀，提高破岩能力和排渣效率；创新一扩（钻）成滚刀，提高破岩能力和排渣效率；创新一扩（钻）成井施工工艺井施工工艺井施工工艺井施工工艺;研发钻井泥浆无害化处理新技术等。

通过研发钻井泥浆无害化处理新技术等。

通过研发钻井泥浆无害化处理新技术等。

通过研发钻井泥浆无害化处理新技术等。

通过技术创新与集成，技术创新与集成，技术创新与集成，技术创新与集成，形成一扩（钻）成井成套技术，解形成一扩（钻）成井成套技术，解形成一扩（钻）成井成套技术，解形成一扩（钻）成井成套技术，解决决决决“一扩（孔）一扩（孔）一扩（孔）一扩（孔）”快速钻井法凿井关键技术难题快速钻井法凿井关键技术难题快速钻井法凿井关键技术难题快速钻井法凿井关键技术难题，实，实，实，实现大幅提高钻井法成井速度、有效减少环境污染之目现大幅提高钻井法成井速度、有效减少环境污染之目现大幅提高钻井法成井速度、有效减少环境污染之目现大幅提高钻井法成井速度、有效减少环境污染之目的。

的。

的。

的。

隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1近期研究成果2

（1）完成一套新型完成一套新型“T”型型“一钻成井一钻成井”岩石和一套岩石和一套“一扩成一扩成井井”表土钻头的设计，表土钻头的设计，加工制造，并投入工加工制造，并投入工业性试验，取得较高业性试验，取得较高的钻进效率，岩石钻的钻进效率，岩石钻头钻进速度达到了头钻进速度达到了60m/月。

月。

隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1近期研究成果2

（2）选用耐磨合金铸选用耐磨合金铸钢，抵抗岩石碎块对钢，抵抗岩石碎块对齿根部的磨损，减少齿根部的磨损，减少掉齿、断齿，内圈采掉齿、断齿，内圈采用低碳钢，具有良好用低碳钢，具有良好的综合力学性能和可的综合力学性能和可加工性，采用了一次加工性，采用了一次离心铸造工艺。

离心铸造工艺。

隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1近期研究成果2（3）进行了泥进行了泥浆压力浆压力10MPa下的下的滚刀密封试验滚刀密封试验和工业性试验。

和工业性试验。

达到密封效果，达到密封效果，滚刀密封能承滚刀密封能承受井深受井深800m钻进泥浆压力。

钻进泥浆压力。

隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1近期研究成果2（4）研制成功新型岩石滚刀系研制成功新型岩石滚刀系列列，解决了岩石钻进效率低、解决了岩石钻进效率低、滚刀寿命短等影响钻井法凿滚刀寿命短等影响钻井法凿井发展的技术关键。

井发展的技术关键。

隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1近期研究成果2（5）引进引进“风险概率增强系数风险概率增强系数”，进行数据分析进行数据分析、对比，得到对比，得到“一一扩成井扩成井”工艺钻井法施工风险分工艺钻井法施工风险分布的布的“共性共性”规律。

规律。

隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1近期研究成果2“一扩（一钻）成井一扩（一钻）成井”工业性试验井筒参数及成果工业性试验井筒参数及成果名称成井方式钻机型号设计产量/Mta-1钻井深度/m钻井最大直径/m净直径/m成井速度m/月偏斜率/减少泥浆排放量/m3减少泥浆排放量占比/%袁店二矿主井一钻成井AD12/9000.9302.87.15.0450.11844427.8袁店二矿副井一扩成井AD12/9000.8307.89.36.8310.2341300032袁店二矿风井一钻成井AD12/9000.9305.157.15.0420.348379.328朱集西矿矸石井一钻成井AD130/10004.0545.07.75.2390.1593000039.5隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1最新研究进展33.13.1钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作钻头锥角的优化钻头锥角的优化钻头锥角的优化钻头锥角的优化小锥角滚刀钻头小锥角滚刀钻头孔底角由原来的25度优化为50度，减少了钻屑的重复破碎，提高了钻进效率。

隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1最新研究进展33.13.1钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作中煤矿山建设集团与苏州思丹孚钻具有限公司联合研制的12系列长球齿滚刀，比以往的滚刀寿命延长1.5倍以上。

钻井刀具的研制钻井刀具的研制3.13.1钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作钻井刀具的研制钻井刀具的研制隧道围岩的概念与工程性质1隧道围岩的概念与工程性质1最新研究进展33.13.1钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作中煤矿山建设集团联合国内几家长期从事钻井刀具研究的单位，就15系列高效破岩滚刀的研制开展了合作研究；从表中可看出，承载力方面15系列刀具优于12系列刀具，其寿命也优于