为了更好地控制钻孔轨迹,通过研究煤矿井下定向钻孔轨迹算法,得出钻孔轨迹设计参数,按照钻孔设计步骤系统总结出钻孔轨迹参数设计准则以指导钻孔轨迹设计,并给出利用实钻对钻孔轨迹设计优化方法。通过研究定向钻造斜规律得出工具面向角是影响螺杆钻具改变钻孔轨迹主要因素,结合地层硬度、重力作用等因素对钻孔造斜影响,得出利用工具面向角预测钻孔轨迹方法。最后根据定向钻造斜规律和施工经验归纳总结出满足不同钻孔轨迹控制需求的工具面组合,以控制钻孔轨迹在目标区域的施工。

本文针对潞安矿区余吾煤业分别施工的顶板富水区专项探放水孔和瓦斯富集区的瓦斯抽采钻孔,提出了将顶板定向探放水钻孔改造为瓦斯抽放孔的"一孔多用"的方案和施工方法,并就效果和推广应用的可行性进行了分析。

通过引进澳大利亚生产的VLD-1000型千米定向钻机,分析余吾煤业煤层的地质条件与瓦斯分布,结合多年的钻孔施工经验,提出了高位裂隙钻孔对高瓦斯矿井进行"采空区抽采"技术,实践证明,该技术不仅能有效解决瓦斯涌出量大及抽采难度高等问题,还能为今后高瓦斯煤层的瓦斯治理提供技术借鉴。

针对目前井下常规钻机能力偏小,瓦斯预抽期较短,矿井掘抽采比例严重失调的现象,采用VLD-1000型和ZDY6000LD型井下千米定向钻机,根据工作面掘进、回采接续和目标区域瓦斯赋存的特点设计、布置钻场钻孔。详细介绍了钻孔施工过程、施工情况及瓦斯抽采效果,千米定向钻进相比于传统常规钻进工艺,定向钻孔的单孔成孔距离、钻孔煤孔比例、瓦斯抽采浓度分别为原穿层钻孔的6.0、2.3、2.0倍,具有瓦斯抽采率高、预抽期延长、钻孔施工适应性强、钻孔覆盖范围大等特点。

下套管是煤矿井下定向探放水钻孔施工中非常重要的一项工作,是后续定向钻进及放水能否安全、顺利实施的关键。结合工程实例,通过对下套管技术原理进行分析,提出相应的技术措施,形成一整套行之有效的下套管技术及配套钻具,为今后类似工程施工提供借鉴。

ZDY4000LD(A)型履带式全液压定向钻机是一款面向狭窄巷道而设计的装备,主要用于中深孔的瓦斯抽采、探放水及顶底板注浆等钻孔施工。介绍了该钻机的设计思路,包括总体方案、关键结构、液压系统和外观造型设计,详细描述了关键结构部件和液压系统。该钻机具有结构简单,操作方便,巷道适应性强的特点,通过结构设计的优化,提高了钻机机身的调角度范围及给进行程,改善了钻机的工艺适应性。

针对金鸡滩煤矿8.2 m大采高工作面大断面回采巷道超前支护难题,综合地质条件和推进效率等因素,确定了双列多节自移式超前支架架型。采用低初撑力、高工作阻力的支护理念和初撑力自动保证技术,开发了避锚护顶、行走调控和斜坡式连接梁等新结构,研制出回风巷和运输巷超前支架组。井下试验表明超前支架抗周期来压能力强,推进效率高,超前巷道顶板完整好,具有良好的适应性;进一步分析了超前支架整体顶梁对顶板的反复支撑作用,提出了柔性顶梁的方解决案,为超大采高工作面超前支护技术提供了示范和参考。

针对斯列萨列夫公式在矿井水害防治中的广泛应用并被写入《煤矿防治水规定》等相关文献和书籍中,运用材料力学原理论证了防隔水煤岩柱留设宽度、探放水钻孔超前距及止水套管长度公式是基于简支梁模型的理论公式,安全水头及安全隔水层厚度公式是基于超静定梁模型的理论公式。因简支梁模型理论公式实际运用时存在力学误差,为防止计算L值过小导致突水事故发生,强调斯列萨列夫防隔水煤岩柱留设宽度、探放水钻孔超前距及止水套管长度公式增加安全系数K及在此基础上仍需遵守《煤矿防治水规定》的必要。因回采工作面底板矿压显现规律明显及承受的压力非均布载荷,强调斯列萨列夫安全水头及安全隔水层厚度公式仅适用于掘进巷道突水危险性评价。

针对超前区域探查治理技术在探查治理设计、注浆改造工艺、治理效果评价方面存在的问题，通过分析邯邢矿区水文地质条件及邢东矿、辛安矿水害防治工程实例，对超前区域探查治理技术在深煤层底板高承压水害防治中的应用进行研究。研究得出：注浆治理目的层应综合分析研究区水文地质条件、突(涌)水方式，选择离煤层最近、厚度适中、可注性较好的含水层进行注浆改造；水平孔布设距离应考虑研究区水文地质类型、地质构造复杂程度及发育程度确定孔间距，并设计机动孔；水平孔布置方式应考虑工程目的；治理应按“探、注、验一体化”的思路，对钻进过程中遇到的地质现象实施注浆治理并检验；治理效果应利用突水系数、含水层涌水量、矿井涌水量、构造发现率、初始奥陶系岩溶水压等指标，通过迭代指数法组合量化后，重新评价。

我国煤田地质条件类型多,构造复杂。随着深部资源的大规模开发,我国矿井水害防治形势十分严峻,面临诸多挑战。定向钻探注浆技术有效结合定向钻进技术和注浆技术优势,在煤矿水害超前探查和治理中,得到广泛应用,取得良好效果。重点介绍了定向钻探注浆技术在煤矿顶板水害防治、底板水害防治、断层水害防治、陷落柱探查治理中应用的成功案例,可为煤矿水害防治方案设计和施工提供参考。