CN102747953A - 一种松软煤层分步式钻护一体化系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
一种松软煤层分步式钻护一体化系统及工艺，主要由空气压缩机、高压胶管、护孔钻机、机架、护孔钻杆、导向器和简易钻头等结构组成。首先采用普通钻杆和钻头钻孔，成孔后起钻；接着采用护孔钻杆配合简易钻头沿所成钻孔二次钻进，同时保持风力辅助排渣，钻到终孔点时护孔钻杆不退出，整体留在孔内，起到支撑孔壁和抽采瓦斯的作用；最后在瓦斯抽采完成后利用护孔钻机将护孔钻杆拉出、回收。本发明工艺独特，护孔管既能输送高压空气又能抽采瓦斯，排煤屑能力强，护孔管容易沿着钻孔前进，具有护孔管径大、护孔深度长的优点，能解决松软煤层护孔管直径小、送入距离短的问题。尤其适用于坚固性系数f值在0.3~0.8之间的松软高瓦斯煤层。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层钻护系统及工艺，特别是一种松软煤层分步式钻护一体化系统及工艺。
背景技术
我国煤层中松软煤层比例较大，松软煤层煤质松软、渗透性较差，瓦斯含量和瓦斯压力往往比较高，该类型煤层单纯依靠矿井通风解决不了煤矿采掘期间瓦斯涌出大的难题，往往需要进行瓦斯抽采。目前我国顺层瓦斯抽采钻孔深度已普遍达到百米以上，但坚固性系数f值在0.3~0.8之间的松软煤层煤体稳定性差，瓦斯抽采钻孔钻后易变形和局部垮塌，导致瓦斯抽采效率降低。
专利号为CN101446178A公开了一种井下松软突出煤层中风压空气钻进工艺，但是护孔管必须通过钻杆内孔才能送入，而为了满足钻杆钻进的力学要求，钻杆内孔有着极严格的孔径上限要求，致使护孔管管径较小，故护孔管和钻孔孔壁间会留有很大的空间，不能有效抵抗钻孔坍塌，护孔效果不理想；论文《瓦斯抽放钻孔护孔技术探讨》提出了导向滑轮送护孔管工艺，但护孔管最大送入长度最大仅为七十多米，不能满足抽采孔护孔长度的要求。且在极软煤层中，瓦斯抽采孔起钻后很短时间内就有局部塌孔，这种情况下该工艺无法将护孔管送入钻孔。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种护孔管容易送入钻孔、护孔长度长、护孔半径大的松软煤层分步式钻护一体化系统及工艺。
本发明的目的是这样实现的：松软煤层分步式钻护一体化系统包括：空气压缩机、高压胶管、护孔钻机、机架、护孔钻杆、导向器和简易钻头，护孔钻机位于机架上，护孔钻杆穿过护孔钻机，护孔钻杆尾部通过高压胶管与空气压缩机相连，第一节护孔钻杆的顶端安装简易钻头，护孔钻杆的中部安装导向器，导向器位于松软煤层瓦斯抽采钻孔内。
所述的护孔钻杆外径比简易钻头的直径小5 mm ~20mm，护孔钻杆为中空杆，护孔钻杆杆壁设有孔眼，在孔眼上有环氧树脂胶。
所述的导向器外部轮廓为椭球状；椭球状有两个椭球曲面，两个圆形平面和两个椭圆面；导向器安装在护孔钻杆的中部，其极半径比钻孔孔径小4 mm ~8mm，赤道半径大小在100mm~200mm之间；，相邻椭球导向器间距为20m ~30m。
所述的简易钻头为空心钻头，质量不大于2kg，选用高强度聚乙烯材质。
一种松软煤层分步式钻护一体化工艺，具体步骤如下：
a.采用普通钻机和钻杆实施瓦斯抽采钻孔，成孔后起钻，连接系统各装置；
b.采用环氧树脂胶充填护孔钻杆孔眼。
c.在第一节护孔钻杆顶端安装简易钻头，在第一节护孔钻杆中部安装导向器，护孔钻机将第一节护孔钻杆送入钻孔中，之后连续送入无导向器的护孔钻杆同时保持风力排渣，钻杆间采用螺纹连接；每钻进20m~30m在新连接的护孔钻杆上加装导向器，直到钻进至终孔位置；
d..通过注液泵向护孔钻杆内注入环氧树脂胶溶解剂，直到护孔钻杆孔眼变通透。
e.封孔抽采瓦斯。
f.利用护孔钻机将护孔钻杆拉出。
由于采用了上述方案，本发明具有以下有益效果：
（1）护孔钻杆既为旋转动力杆又是护孔管，直径大，更能有效支护孔壁。
（2）护孔钻杆每钻进20m~30m就加装导向器，导向器的两个椭球曲面设计能够让护孔钻杆在钻孔内平滑前进避免卡住，导向器的两个椭圆面设计留出了排煤屑的空间，从而保障护孔钻杆能够沿着原钻孔轨迹旋转前进，护孔钻杆很容易钻进到终孔位置，护孔深度长。
（3）简易钻头采用中空设计，无芯，提供高压空气的流出通道，遇到局部塌孔时简易钻头顶端刀片可轻易将垮塌煤体粉碎。
（4）护孔钻杆孔眼被环氧树脂胶充填，高压空气可以通过中空护孔钻杆和空心简易钻头进入钻孔内，将煤屑沿护孔钻杆与孔壁间隙排出。
（5）煤层回采前利用护孔钻机将护孔钻杆回收，循环利用。
优点：工艺独特，护孔管既能输送高压空气又能抽采瓦斯，排煤屑能力强，护孔管容易沿着钻孔前进，具有护孔管径大、护孔深度长的优点，能解决松软煤层护孔管直径小、送入距离短的问题。尤其适用于坚固性系数f值在0.3~0.8之间的松软高瓦斯煤层。
附图说明
图1是本发明的系统图。
图2是本发明的简易钻头结构图。
图3是本发明的导向器左视结构图。
图4是本发明的导向器剖面图。
图中：1、空气压缩机；2、高压胶管；3、护孔钻机；4、机架；5、护孔钻杆；6、导向器；7、简易钻头；8、钻孔；9、煤层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
实施例1、松软煤层分步式钻护一体化系统包括：空气压缩机1、高压胶管2、护孔钻机3、机架4、护孔钻杆5、导向器6和简易钻头7，护孔钻机3位于机架4上，护孔钻杆5穿过护孔钻机3，护孔钻杆5尾部通过高压胶管2与空气压缩机1相连，第一节护孔钻杆5的顶端安装简易钻头7，护孔钻杆5的中部安装导向器6，导向器6位于松软煤层内瓦斯抽采钻孔8内。
所述的护孔钻杆外径比简易钻头7的直径小5 mm ~20mm，护孔钻杆为中空杆，护孔钻杆杆壁设有孔眼，在钻进过程中孔眼上用环氧树脂胶充填，钻进后环氧树脂胶被溶解。
参见附图2，所述的简易钻头为空心钻头，质量不大于2kg，选用高强度聚乙烯材质。
参见如图3和如图4，所述的导向器外部轮廓为椭球状；椭球状有两个椭球曲面，两个圆形平面和两个椭圆面；导向器安装在护孔钻杆的中部，其极半径比钻孔孔径小4 mm ~8mm，赤道半径大小在100mm~200mm之间；相邻椭球导向器间距为20m ~30m。
一种松软煤层分步式钻护一体化工艺，具体步骤如下：采用普通钻机和钻杆实施瓦斯抽采钻孔，成孔后起钻，连接系统各装置。采用环氧树脂胶充填护孔钻杆孔眼，保证钻进过程中护孔钻杆内孔可以承受一定压力的高压空气，从而利用高压空气排出煤屑。首先在第一节护孔钻杆顶端安装简易钻头，在第一节护孔钻杆中部安装导向器，护孔钻机将第一节护孔钻杆送入钻孔中，之后连续送入无导向器的护孔钻杆同时保持风力排渣，护孔钻杆间采用螺纹连接；每护孔钻机钻进20m~30m在新连接的护孔钻杆上加装导向器，直到钻进至终孔位置。加装导向器后护孔钻杆整体能够更顺畅的沿着钻孔前进，而不会发生钻头顶到钻孔孔壁而卡住。护孔管送完后，通过注液泵向护孔钻杆内注入环氧树脂胶溶解剂，直到护孔钻杆孔眼变通透，以便抽采瓦斯。接着封孔抽采瓦斯。当钻孔进入瓦斯抽采后期或者由于煤层回采钻孔无法继续抽采瓦斯时，利用护孔钻机将护孔钻杆拉出，实现回收利用。如遇到塌孔严重时，可以操作给进装置，使护孔钻杆边旋转边拉出。
Claims (5)
1.一种松软煤层分步式钻护一体化系统，其特征是：松软煤层分步式钻护一体化系统包括：空气压缩机、高压胶管、护孔钻机、机架、护孔钻杆、导向器和简易钻头，护孔钻机位于机架上，护孔钻杆穿过护孔钻机，护孔钻杆尾部通过高压胶管与空气压缩机相连，第一节护孔钻杆的顶端安装简易钻头，护孔钻杆的中部安装导向器，导向器位于松软煤层瓦斯抽采孔内。
2.根据权利要求1所述的一种松软煤层分步式钻护一体化系统，其特征在于：所述的护孔钻杆外径比简易钻头的直径小5 mm ~20mm，护孔钻杆为中空杆，护孔钻杆杆壁设有孔眼，在孔眼上有环氧树脂胶。
3.根据权利要求1所述的一种松软煤层分步式钻护一体化系统，其特征在于：所述的导向器外部轮廓为椭球状；椭球状有两个椭球曲面，两个圆形平面和两个椭圆面；导向器安装在护孔钻杆的中部，其极半径比钻孔孔径小4 mm ~8mm，赤道半径大小在100mm~200mm之间；，相邻椭球导向器间距为20m ~30m。
4.根据权利要求1所述的一种松软煤层分步式钻护一体化系统，其特征在于：所述的简易钻头为空心钻头，质量不大于2kg，选用高强度聚乙烯材质。
5.一种松软煤层分步式钻护一体化工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a.采用普通钻机和钻杆实施瓦斯抽采钻孔，成孔后起钻，连接系统各装置；
b.采用环氧树脂胶充填护孔钻杆孔眼；
c.在第一节护孔钻杆顶端安装简易钻头，在第一节护孔钻杆中部安装导向器，护孔钻机将第一节护孔钻杆送入钻孔中，之后连续送入无导向器的护孔钻杆同时保持风力排渣；每钻进20m~30m在新连接的护孔钻杆上加装导向器，直到钻进至终孔位置；
d..通过注液泵向护孔钻杆内注入环氧树脂胶溶解剂，直到护孔钻杆孔眼变通透；
e.封孔抽采瓦斯；
f.利用护孔钻机将护孔钻杆拉出。
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