CN103615284A - 新型钻杆式瓦斯封孔器的封孔工艺 - Google Patents

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本发明涉及一种新型钻杆式瓦斯封孔器的封孔工艺，属于矿井瓦斯防治技术领域。该工艺包括以下步骤：(1)先用小直径麻花钻杆在掘进工作面前方煤体中施工一定长度的钻孔；(2)再将更大直接的麻花空心钻杆钻进煤层掘进面一定范围，并连接空心差分式麻花钻杆继续钻进煤体至10m左右位置；(3)将抽放系统的软管与最外面的差分式麻花钻杆相连，进行抽放瓦斯；(4)抽放结束后，利用钻进反转，将所有的封孔钻杆退出钻孔。本发明采用特殊的差分麻花钻，不仅仅能起到快速高效封孔，而且又容易退出钻杆，并且可以长期多次使用，操作简单、实用性强。封孔结束后，钻杆容易退出，充分克服原有技术的缺点，该封孔材料可以重复使用，节约了成本。

Description

新型钻杆式瓦斯封孔器的封孔工艺
技术领域
本发明涉及一种新型钻杆式瓦斯封孔器的封孔工艺，属于矿井瓦斯防治技术领域。
背景技术
高瓦斯煤层的综放开采安全问题最近几年行受国内采矿界关注。鉴于高瓦斯煤层进行放顶煤开采在安全方面有其特殊性，主要表现在放顶煤工作上隅角发生瓦斯超限，采空区如有空洞易形成瓦斯库，采空区遗煤自燃，易发生瓦斯爆炸事故等。因此，高瓦斯煤层进行放顶煤开采时，对其地质条件应有特殊要求。煤矿瓦斯(也称为“煤层气”，主要成分为甲烷)是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，同时又是一种储量丰富的清洁能源。目前我国受瓦斯灾害威胁的矿井(尤其是高瓦斯矿井)已经普遍采用预抽的方式来防治瓦斯灾害，并对抽出的瓦斯气体进行利用。
目前，煤矿瓦斯抽采方式总体上可以分为：地面钻井抽采和井下抽采两大类。其中：地面钻井抽采又可分为直井抽采和水平定向钻井抽采；井下抽采包括井下钻孔抽采、井下巷道抽采两种形式。地面水平定向钻井抽采就是让向地下竖着打的井拐个弯，再顺着煤层的方向横着打井。定向钻井采集煤层气的原理同地面直井抽采方法一样，即：通过排水降压，使煤体中呈吸附状态存在的甲烷解析，沿着煤体的微裂隙、孔隙渗流出来，再进行采集。水平定向钻井与竖直钻井的区别在于：后者只用竖井穿过煤层采集瓦斯，而水平定向井的井眼顺着煤层的走势延伸，大大增加了井眼与煤层的接触面积，从而达到提高气井产量及采气效率的目的。
井下钻孔抽采，是在煤矿井下设置钻场，用煤矿巷道钻机施工顺煤层钻孔或者穿层钻孔(包括上行钻孔、下行钻孔)，再将施工好的钻孔接入煤矿瓦斯抽采管路，利用抽放泵抽采本煤层或者上下邻近煤层中的瓦斯。与瓦斯突出是一个能量释放过程，在这一过程中，首先是能量的积聚，这个能量包括瓦斯、地应力等。煤层内的瓦斯含量、瓦斯压力和地应力随地质构造复杂程度的不同存在着较大的差异。由于地质构造带存在着一定的构造应力，所以，在构造带储存有较高的煤岩弹性应变能，突出危险性较大；并且在这些区域，煤层裂隙较为发育，瓦斯含量和压力往往较高，所以瓦斯内能较大，突出危险性较大。同时，在地质构造带，由于煤岩层受到不同程度的破坏，煤层的坚固性系数往往较低，软分层较为发育，相对而言抵抗突出破坏的能力较差，所以成为突出的多发区域。
高瓦斯煤层煤巷掘进过程中的防突工作，关键是采取抽采的方式来降低工作面前方一定范围内煤体中瓦斯，而快速、高质量的封孔是这一技术实施效果的保障。现有的封孔器价格高，封孔器效果差，常因为地应力作用下封孔的钻孔发生变形将封孔器卡在煤体中，很难取出。
现有的封孔器，在短时问内可以起到良好的封孔效果，并且容易从钻孔中退出，从而重复使用，但是长时间抽放时，由于高地应力作用下钻孔常发生蠕变，收缩变形，常把封孔器卡住而丢弃在煤体中，造成浪费，影响瓦斯抽采和煤巷掘进。
此外，现有封孔技术中存在以下缺点：(1)采用水泥浆封孔，污染煤体，浪费材料，水泥膨胀后有收缩，容易在封孔段内产生裂隙，从而漏气；(2)采用膨胀胶囊封孔，煤体容易发生蠕变将胶囊挤压变形，不能取出从而丢弃在煤体中；并且胶囊多次使用后也容易老化从而失效。
现有的瓦斯抽采封孔器价格高，封孔效果一般，常因为高地应力作用被卡住而丢弃在煤体中，造成浪费，为了避免这一问题，需要针对封孔器和封孔工艺予以改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型钻杆式瓦斯封孔器的封孔工艺，以便能够更好地针对煤层进行封孔，避免封孔器卡在煤体中造成浪费。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种新型钻杆式瓦斯封孔器的封孔工艺，具体包括以下步骤：
(1)在掘进工作面前方煤体中施工直径为40～60mm，深度为10～100m的钻孔；
(2)再用70～90mm的等间距麻花空心钻杆，钻进6～8m，再连接2m长的空心差分式麻花钻杆这种新型钻杆封孔器钻进煤体中，待钻不进煤体、或者钻进吃力时停止；
(3)将抽放系统的软管与最外面的差分式麻花钻杆相连，进行抽放瓦斯；
(4)抽放结束后，利用钻进反转，将所有的封孔钻杆退出钻孔。
本发明钻孔封孔器不是用胶囊橡胶制成的膨胀性封孔器，而是用类似于麻花钻杆式的铁质封孔器，能够进退自如，从而达到良好的封孔效果和重复使用的目的。
该新型钻杆封孔器采用的麻花钻杆样式，其螺距，叶片螺旋升斜角和螺旋刀片的高度这三者保持各自等比例变化，在钻进过程中利用螺纹特殊设计的刀片将切屑出来的煤屑来紧固在抽采钻孔内起到封堵作用，当抽采结束时，将封孔钻杆和煤电钻连接，挂倒档将钻杆退出钻孔。
该发明的有益效果在于：本发明工艺中，采用特殊的差分麻花钻结构，不仅仅能起到快速高效封孔，而且又容易退出钻杆，并且可以长期多次使用，操作简单、实用性强。而基于该钻杆式瓦斯封孔器的封孔工艺，封孔速度快，效果好：封孔的时间就是钻进煤体10m深度的时间，同时利用压密煤体起到密封，效果好。封孔结束后，钻杆容易退出，充分克服原有技术的缺点，该封孔材料可以重复使用，节约了成本。
附图说明
图1是本发明中所使用空心差分式麻花钻杆封孔器剖面结构示意图。
图2是本发明中所使用空心差分式麻花钻杆封孔器简化结构示意图。
图中标记说明：1、螺旋叶片；2、钻杆内壁；3、钻杆空心体；4、钻杆夹紧杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
一种新型钻杆式瓦斯封孔器的封孔工艺，具体包括以下步骤：
(1)在掘进工作面前方煤体中施工直径为Φ42mm，深度为50m的钻孔；
(2)再用Φ75mm的等间距麻花空心钻杆，钻进8m，再连接2m长的空心差分式麻花钻杆钻进煤体中，待钻不进煤体、或者钻进吃力时停止；
(3)将抽放系统的软管与最外面的差分式麻花钻杆相连，进行抽放瓦斯；
(4)抽放结束后，利用钻进反转，将所有的封孔钻杆退出钻孔。
本实施例中，使用麻花钻利式的铁质封孔器，能够进退自如，从而达到良好的封孔效果和重复使用的目的。如图1和图2所示，该新型钻杆封孔器包括螺旋叶片1、钻杆内壁2、钻杠空心体3和钻杆夹紧杆4，该新型钻杆封孔器采用的麻花钻杆样式，其螺距，叶片螺旋升斜角和螺旋刀片的高度这三者保持等比例变化，在钻进过程中利用螺纹特殊设计的刀片将切屑出来的煤屑来紧固在抽采钻孔内起到封堵作用，当抽采结束时，将封孔钻杆和煤电钻连接，挂倒档将钻杆退出钻孔。
在实施例中，该封孔器中，空心外螺旋封孔钻杆的螺纹逐渐变密并且钻杆的外径逐渐增大，这样就会使得空心外螺旋封孔钻杆在封孔过程中达到理想的封孔效果即达到严密的封孔，在瓦斯抽放结束后也会容易将钻杆顺利的取出，不会有无法拔出的问题。
作为具体实施例，在刚度和强度都满足要求的情况下，采取传统钻杆的基本数据：取空心外螺旋封孔钻杆的内径d＝46mm，最小外径D＝78mm，最大螺距P＝80mm。最大螺旋钻杆的叶片螺旋升斜角β＝27°，在第8m即最外面的钻杆采取螺纹加密的方式，内径仍然不变d＝46mm，螺距采用等差数列的方式排布Pn＝p1n*4。外径同样也采取等差数列递增的方式均匀增加，最大外径取D＝96mm。封孔钻杆的外径呈现出等差数列递增的方式，螺距呈现等差数列递减的方式排布，这样就能够实现密闭的封孔效果并且在瓦斯抽放结束后可以顺利得将螺旋钻杆取出，达到理想的效果。
新型封孔器的使用与传统打孔钻杆的使用方法基本相似，将封孔钻杆与电动机相连接按照打孔时的旋转方式进行钻进，在封孔完成后卸下电动机将瓦斯抽放泵与封孔钻杆的尾部连接进行瓦斯抽放，在瓦斯抽放结束后将电动钻重新连接在封孔钻杆的尾部，此时电动机需要反转，顺利的将封孔取出完成封孔效果并且可以重复使用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种新型钻杆式瓦斯封孔器的封孔工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)在掘进工作面前方煤体中施工直径为40～60mm，深度为10～100m的钻孔；
(2)再用70～90mm的等间距麻花空心钻杆，钻进6～8m，再连接2m长的空心差分式麻花钻杆这种新型钻杆封孔器钻进煤体中，待钻不进煤体、或者钻进吃力时停止；
(3)将抽放系统的软管与最外面的差分式麻花钻杆相连，进行抽放瓦斯；
(4)抽放结束后，利用钻进反转，将所有的封孔钻杆退出钻孔。
2.根据权利要求1所述的新型钻杆式瓦斯封孔器的封孔工艺，其特征在于：所述步骤(2)中所使用的钻杆封孔器采用的麻花钻杆样式，其螺距，叶片螺旋升斜角和螺旋刀片的高度这三者保持各自的等比例变化，在钻进过程中利用螺纹特殊设计的刀片将切屑出来的煤屑来紧固在抽采钻孔内起到封堵作用，当抽采结束时，将封孔钻杆和煤电钻连接，挂倒档将钻杆退出钻孔。
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