CN108894728A - 一种瓦斯抽采定向长钻孔组及定向长钻孔的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种瓦斯抽采定向长钻孔组，包括多个相互错开的定向长钻孔，所述多个定向长钻孔的孔口位于同一高度，该孔口位于煤层顶板处的不良地层上；每一定向长钻孔均包括第一孔段和第二孔段，所述第一孔段自孔口处向良好地层延伸至不良地层与良好地层交界处，且第一孔段与顶板呈一夹角，角度范围为0‑90°；所述第二孔段与第一孔段连接，并位于良好地层内，第二孔段与顶板平行设置。本发明还公开了定向长钻孔的施工方法。本发明的优点在于，成孔效率高，施工速度快，瓦斯抽采效果好，节约成本。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种瓦斯抽采定向长钻孔组及定向长钻孔的施工方法。
背景技术
煤矿生产中治理工作面采空区瓦斯的主要方法有高抽巷和常规顶板走向钻孔。高抽巷掘进工作量大、劳动强度高、生产效率低且综合成本较高。常规高位钻孔需要做高位钻场、钻孔轨迹不可控、精度差、孔深较浅影响范围小，抽采效果不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：现有工作面采空区瓦斯抽采存在成本高或效果差的问题。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种瓦斯抽采定向长钻孔组，包括多个相互错开的定向长钻孔，所述多个定向长钻孔的孔口位于同一高度，该孔口位于煤层顶板处的不良地层上；每一定向长钻孔均包括第一孔段和第二孔段，所述第一孔段自孔口处向良好地层延伸至不良地层与良好地层交界处，且第一孔段与顶板呈一夹角，角度范围为0-90°；所述第二孔段与第一孔段连接，并位于良好地层内，第二孔段与顶板平行设置。
优选地，本发明所述的一种瓦斯抽采定向长钻孔组，所述定向长钻孔的个数不少于七个。
优选地，本发明所述的一种瓦斯抽采定向长钻孔组，在良好地层内设置有目标层，所述目标层的高度为回采工作面高度的8-10倍，所述多个第二孔段分布于目标层上。
优选地，本发明所述的一种瓦斯抽采定向长钻孔组，所述目标层为两个，且两个目标层距煤层顶板的距离不相等。
优选地，本发明所述的一种瓦斯抽采定向长钻孔组，所述煤层顶板处设有轨顺，所述多个第二孔段孔距轨顺侧帮的距离不相等。
本发明还提供了一种定向长钻孔的施工方法，包括以下步骤：
(1)设计孔位及钻孔参数；
(2)孔口段施工：采用四翼平底PDC定向钻头开孔，然后采用螺旋刀翼型扩孔钻头扩孔，扩孔完成后提钻，再下入孔口套管，注浆固管；所述注浆固管的具体方法为：在回风巷钻孔至不良地层位置，采用石油固井水泥进行带压注浆；
(3)定向钻孔施工：采用中心通缆钻杆配、有线随钻测量装置、1.75°大弯角孔底马达、定向钻头配套复合定向钻进工艺施工至设计孔深；
(4)全孔段扩孔钻进：使用螺旋刀翼型PDC扩孔钻头回转扩孔进行全孔段扩孔至设计孔径；
(5)通过钻机下放护孔筛管。
优选地，本发明所述的一种定向长钻孔的施工方法，所述步骤(2)中开孔时的开孔倾角不小于15°。
本发明技术有益效果：
本发明技术方案采用定向长钻孔进行瓦斯抽采，与高抽巷相比，其具有较高的钻孔施工效率和成孔效率，节约成本、经济效益高；与常规高位钻孔相比，具有钻孔轨迹可控、精度高、可达到较大孔深度，抽采范围广、效率高的特点。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种瓦斯抽采定向长钻孔组的钻孔轨迹平面示意图；
图2为钻孔轨迹的剖面示意图；
图3为定向长钻孔施工工艺流程图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
本实施例中工作面概况：走向长度1937米、倾向长度260米，巷道采用锚梁网支护，矩形端面。煤层平均煤厚4.10米、煤层正常倾角10-40。直接顶：约4.19米的泥岩、细砂岩、沙质泥岩；老顶：约3.25米的中砂岩；直接底：约3.6米的沙质泥岩、泥岩；老底：约4.65米的沙质泥岩。
如图1所示为本实施例提供的一种瓦斯抽采定向长钻孔组，包括多个相互错开的定向长钻孔1，所述多个定向长钻孔1的孔口位于同一高度，该孔口位于煤层顶板2处的不良地层上；每一定向长钻孔1均包括第一孔段11和第二孔段12，所述第一孔段11自孔口处向良好地层延伸至不良地层与良好地层交界处，且第一孔段11与顶板2呈一夹角，角度范围为0-90°；所述第二孔段12与第一孔段11连接，并位于良好地层内，第二孔段12与顶板2平行设置。
本实施例中通过钻头的能力，并结合钻具安全、成孔效率和钻孔抽采能力等方面综合考虑选定定向钻孔1的孔径为153mm。
在本矿区内，根据管道直径、瓦斯流速及管道通过能力间的关系确定定向长钻1孔数量为十个，其中七个定向长钻孔1的孔深达到500米，三个定向长钻孔1的孔深为350米。
接下来确定十个定向长钻孔1分布目标层。一般地，目标层的高度为回采工作面高度的8-10倍，位于裂隙带。根据需要目标层设置为一个或多个。由“O”型圈裂隙分布及瓦斯流动通道理论，并结合本实施例中的顶板岩性复杂，呈软硬护层的特点，初步确定距顶板21-27米、30-38米的两个稳定层作为目标层，进一步确定两个目标层分别距顶板25米和38米。同时将所有定向长钻孔1设置于距轨顺侧帮10-60米范围内。十个定向长钻孔1的具体地分布见图1和图2，具体参数见表1。
表1定向长钻孔的参数设计表
为确保成孔效率，所述第一孔段11与顶板2的夹角为15°-90°，不同定向长钻孔1的第一孔段11与顶板2的夹角根据实际情况确定。
本实施例中的定向长钻孔1总体上采用“先定向、再扩孔”的工艺来实现，施工技术流程如图3所示，其详细步骤包括：
(1)设计孔位及钻孔参数；
(2)孔口段施工：采用常规钻杆配套Ф120mm四翼平底PDC定向钻头开孔，倾角不小于15°，回转转进至深度13m；然后使用常规钻杆配套Ф120/248mm螺旋刀翼型PDC扩孔钻头扩孔12m，扩孔完成后提钻，再下入长度12m、Ф200mmPVC孔口套管，注浆固管；普通水泥注浆加固法能够降低孔内垮塌程度，但水泥需要至少三天的凝固周期，严重影响了工作效率；因此，本实施例采用在回风巷钻孔至不良地层，然后采用石油固井水泥带压注浆，注浆一天后，施工钻孔过程中有明显的水泥块返出，塌孔程度明显降低，即该方法明显缩短了水泥凝固周期，提高了钻孔效率。
(3)定向钻孔施工：利用中心通缆钻杆配、有线随钻测量装置、1.75°大弯角孔底马达、Ф120mm定向钻头配套复合定向钻进工艺施工至设计孔深；1.75°大弯角孔底马达的造斜能力可以达到2°/3m，可以满足第一孔段11在不良地层中施工的需要，保证了钻孔的顺利实施。
(4)全孔段扩孔钻进：使用常规钻杆配套Ф120/153mm螺旋刀翼型PDC扩孔钻头，通过回转扩孔钻进工艺进行全孔段扩孔至设计孔径；
(5)通过钻机下放护孔筛管，起到预防复杂抽采孔段坍塌导致通道堵塞的作用。
在所有钻孔完工，并检查合格后，连接抽采系统，即可进行瓦斯抽采。
在不良地层中施工第一孔段12时，要根据实际情况确定开孔倾角，一般要提高倾角角度不小于15°，其不仅可以提高钻孔排渣能力，还可以缩短破碎带钻孔长度，从而降低塌孔危害，同时可以有效提高第二孔段12长度，提高抽采效率。
在扩大第一孔段11孔径时，一方面要提高钻孔通过能力，避免大块掉块对钻孔堵塞导致憋泵、卡钻，从而预防憋泵导致高压水压入地层，对地层岩层造成二次破坏；另一方面避免钻孔环空返水对孔壁上缘冲刷，造成孔壁进一步坍塌。
本实施例采用的注浆加固技术对维护孔壁稳定起到了关键作用，提高钻进效率；先定向钻进再扩孔的施工工艺，避免了大块掉块对钻孔堵塞导致的憋泵、卡钻现象；采用1.75°大弯角孔底马达使第一孔段11顺利通过不良地层，并进入良好地层，缩短了第一孔段11的长度，提高作为有效抽采孔段的第二孔段12的长度，进而提高抽采效率。
本实施例的钻孔施工方案降低了钻孔穿过不良地层的施工难度，为钻孔顺利进行奠定了基础，提高了钻孔施工成孔率和钻孔施工效率，使钻孔成孔率达到100％，施工效率提高至少一倍。
本发明技术方案在上面结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种瓦斯抽采定向长钻孔组，其特征在于，包括多个相互错开的定向长钻孔，所述多个定向长钻孔的孔口位于同一高度，该孔口位于煤层顶板处的不良地层上；每一定向长钻孔均包括第一孔段和第二孔段，所述第一孔段自孔口处向良好地层延伸至不良地层与良好地层交界处，且第一孔段与顶板呈一夹角，角度范围为0-90°；所述第二孔段与第一孔段连接，并位于良好地层内，第二孔段与顶板平行设置。
2.根据权利要求1所述的一种瓦斯抽采定向长钻孔组，其特征在于，所述定向长钻孔的个数不少于七个。
3.根据权利要求1或2所述的一种瓦斯抽采定向长钻孔组，其特征在于，在良好地层内设置有目标层，所述目标层的高度为回采工作面高度的8-10倍，所述多个第二孔段分布于目标层上。
4.根据权利要求3所述的一种瓦斯抽采定向长钻孔组，其特征在于，所述目标层为两个，且两个目标层距煤层顶板的距离不相等。
5.根据权利要求1或2所述的一种瓦斯抽采定向长钻孔组，其特征在于，所述煤层顶板处设有轨顺，所述多个第二孔段孔距轨顺侧帮的距离不相等。
6.一种定向长钻孔的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设计孔位及钻孔参数；
(2)孔口段施工：采用四翼平底PDC定向钻头开孔，然后采用螺旋刀翼型扩孔钻头扩孔，扩孔完成后提钻，再下入孔口套管，注浆固管；所述注浆固管的具体方法为：在回风巷钻孔至不良地层位置，采用石油固井水泥进行带压注浆；
(3)定向钻孔施工：采用中心通缆钻杆配、有线随钻测量装置、1.75°大弯角孔底马达、定向钻头配套复合定向钻进工艺施工至设计孔深；
(4)全孔段扩孔钻进：使用螺旋刀翼型PDC扩孔钻头回转扩孔进行全孔段扩孔至设计孔径；
(5)通过钻机下放护孔筛管。
7.根据权利要求6所述的一种定向长钻孔的施工方法，其特征在于，所述步骤(2)中开孔时的开孔倾角不小于15°。
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