CN109209477A - 一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，在采煤工作面回风顺槽采用钻机定向施工若干顺层定向长钻孔，每一顺层定向长钻孔均穿透采煤工作面回采区域煤层和待掘煤巷条带煤层；然后利用所述的若干组顺层定向长钻孔抽采区段煤层回采区域、待掘煤巷条带煤层中的瓦斯。本发明的优点在于，通过无线随钻测量系统和气动螺杆马达，实现定向钻进，极大地提高了顺层钻孔见煤率，保证了钻孔消突效果；通过在采煤工作面回风顺槽施工顺层定向长钻孔，完成对采煤工作面回采区域煤层和待掘煤巷条带煤层的同时消突，从而避免高成本的瓦斯治理岩巷施工。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法。
背景技术
淮南矿区煤层具有高瓦斯、低透气性、松软破碎等特点，瓦斯治理主要采用井下钻探抽采的方式。如图1所示为传统的针对采煤工作面回采区域的瓦斯治理和煤巷条带煤层的瓦斯治理。采煤工作面回采区域的瓦斯治理主要采用采煤工作面两巷顺层钻孔消突。该方式具有钻孔见煤率低、钻孔孔深受限等缺点。而煤巷条带煤层的瓦斯治理，主要采用施工专用瓦斯治理岩巷，在瓦斯治理岩巷内施工条带穿层钻孔进行消突，其施工成本大、钻孔量大、钻孔保直效果差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：现有区段煤层瓦斯治理方式费时费力，成本高，效果较差。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，其特征在于，在采煤工作面回风顺槽采用钻机定向施工若干顺层定向长钻孔，每一顺层定向长钻孔均穿透采煤工作面回采区域煤层和待掘煤巷条带煤层；然后利用所述的若干组顺层定向长钻孔抽采区段煤层回采区域、待掘煤巷条带煤层中的瓦斯。
优选地，本发明所述的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，包括以下步骤：
(1)设计顺层定向长钻孔的数量和轨迹；
(2)煤岩性判层：按普通顺层钻孔施工工艺回转钻进至设计孔深，然后安装测量系统下钻至孔底测量钻孔实际轨迹，根据钻孔实际轨迹和见止煤情况反演分析煤层赋存情况，探明顶底板高度，然后对设计钻孔轨迹进一步优化；
(3)顺层定向长钻孔的钻进：选择钻具进行施工，所述钻具由钻头、气动螺杆马达、螺旋下无磁钻杆、螺旋探管外管、绝缘短节、螺旋上无磁钻杆和螺旋钻杆依次连接组成；钻孔施工过程中，间隔地测量探管所在位置的姿态参数得到钻孔轨迹点；根据钻孔轨迹点得到钻孔轨迹，将其与设计轨迹比较，若出现偏差，则采取定向钻进纠偏，使实际钻孔轨迹与设计轨迹重合；
(4)钻具钻到孔底后起钻，组装导向式可开闭钻头和整体式大通孔螺旋钻杆，将其下入孔底前2-3米的位置，然后下入整盘式软管，起出钻具，完成顺层定向长钻孔的施工；
(5)利用步骤(4)完成的顺层定向长钻孔进行瓦斯抽采。
优选地，本发明所述一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，钻孔施工过程中，每钻进3-5米测量一次探管所在位置的姿态参数。
优选地，本发明所述的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，所述的姿态参数包括探管所在位置的倾角、方位、水平位移和垂直位移。
优选地，本发明所述的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，钻具每钻进30-40米进行一次所述的定向纠偏。
优选地，本发明一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，所述定向纠偏采用下向定向纠偏。
本发明技术有益效果：
本发明技术方案颠覆了传统的瓦斯治理模式，通过无线随钻测量系统和气动螺杆马达，实现定向钻进，极大地提高了顺层钻孔见煤率，保证了钻孔消突效果；通过在采煤工作面回风顺槽施工顺层定向长钻孔，完成对采煤工作面回采区域煤层和待掘煤巷条带煤层的同时消突，从而避免高成本的瓦斯治理岩巷施工。
附图说明
图1为传统瓦斯治理模式示意图；
图2为本发明实施例所述的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法的模式示意图；
图3为本实施例的顺层定向长钻孔设计平面图；
图4为本实施例所述的顺层定向长钻孔钻进用钻具的结构示意图；
图5为本实施例所述的顺层定向长钻孔轨迹图；
图6为本实施例所述的顺层定向长钻孔抽采效果检验用钻孔设计图。
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。
本实施例公开的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，在采煤工作面回风顺槽采用钻机定向施工若干顺层定向长钻孔，每一顺层定向长钻孔均穿透采煤工作面回采区域煤层和待掘煤巷条带煤层；然后利用所述的若干组顺层定向长钻孔抽采区段煤层回采区域、待掘煤巷条带煤层中的瓦斯。该方法的模式示意图如图2所示。
下面以在淮南潘三矿某工作面实施上述的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法为例，具体介绍该方法的施工工艺。施工过程中选用的钻具、设备如下：
钻机：西安研究院生产的ZDY6000LD(F)型履带式全液压坑道钻机；
随钻测量装置：YHD1-1000无线电磁波随钻测量系统；
马达：气动螺杆马达；
润滑、冷却装置：液压油润滑装置；
空气压缩机：MLGF17/12.5-132G型空气压缩机；
钻进钻头：Φ108mm四翼复合片钻头；
钻杆：Φ73mm整体式大通孔螺旋钻杆；
下管钻头：Φ92mm导向式可开闭钻头；
护孔筛管：1吋整盘式PE软管。
钻孔设计：根据煤层所在区域地质平面图和剖视图进行钻孔设计，其中普通钻进钻孔为两个，孔号为20#、21#，定向长钻孔为19个，孔号依次为1-19#。图3所示为顺层定向长钻孔的设计平面图。
下面介绍详细的施工过程：
先进行煤岩性判层：按普通顺层钻孔施工工艺回转钻进至设计孔深，然后安装测量系统下钻至孔底测量钻孔实际轨迹，根据钻孔实际轨迹和见止煤情况反演分析煤层赋存情况，探明顶底板高度，随后对设计的钻孔轨迹进行修正；本步骤中施工了两个钻孔用以煤岩性判层，而用以反演分析煤层赋存情况的方法是将钻孔轨迹与钻孔前获得的煤层所在区域的地质平面图和剖视图进行比对、修正，该方法为本领域技术人员所熟知，具体操作方法此次不在赘述。
然后施工顺层定向长钻孔：选择钻具进行施工，如图4所示，所述钻具由Φ108mm钻头1、Φ73/83mm气动螺杆马达2、Φ81mm螺旋下无磁钻杆3、Φ81mm螺旋探管外管4、绝缘短节5、Φ81mm螺旋上无磁钻杆6和Φ73mm螺旋钻杆7依次连接组成；钻孔施工过程中，间隔地测量探管所在位置的姿态参数得到钻孔轨迹点；根据钻孔轨迹点得到钻孔轨迹，将其与设计轨迹比较，若出现偏差，则采取定向钻进纠偏，使实际钻孔轨迹与设计轨迹重合；
钻孔施工过程中，每钻进3米测量一次探管所在位置的姿态参数，所述的姿态参数包括探管所在位置的倾角、方位、水平位移和垂直位移等。钻具每钻进30米进行一次所述的定向纠偏。由于工具面在上向定向钻进时，受马达自身振动影响易造成垮孔，实现定向纠偏难度较大，因此，本实施例中选用下向定向纠偏。
当钻具钻到孔底后起钻，组装Φ92mm导向式可开闭钻头和Φ73mm整体式大通孔螺旋钻杆，将其下入孔底前2-3米的位置，然后下入1吋整盘式PE软管，起出钻具，完成顺层定向长钻孔的施工。
最后利用步骤完成的顺层定向长钻孔进行瓦斯抽采。
表1为顺层定向长钻孔与普通钻进钻孔施工情况汇总表，钻孔轨迹如图5所示，通过表1可知，采用定向钻进施工工艺的钻孔平均见煤率达到94.54％，其中有9个定向长钻孔的见煤率达到100％；平均下套管率达到98.26％。
表1、钻孔施工情况汇总表
参阅图6，为考察本实施例的瓦斯抽采效果，将8#-21#孔作为考察单元，共设计施工了编号为J1#-J6#的6个效果检验钻孔，分别对顺层定向长钻孔终孔孔距较大区域及正常区域进行考察，其中J2#、J3#、J4#号孔布置在顺层定向长钻孔4m、5m、6m位置处，其余三个孔布置在顺层定向长钻孔正常间距位置进行测定。
表2所示为顺层定向长钻孔段残余瓦斯压力、含量测定统计表。表中显示，最大残余瓦斯压力为0.35MPa,残余瓦斯含量3.69m3/t。经测算，顺层定向长钻孔在6.4m抽采半径内的抽采效果均可以达标。
表2、顺层定向长钻孔段残余瓦斯压力、含量测定统计表
| 孔号 | 煤层可解析量(m<sup>3</sup>/t) | 瓦斯含量(m<sup>3</sup>/t) | 实测瓦斯压力(MPa) |
| J1 | 2.793 | 3.6232 | 0.21 |
| J2 | 2.7091 | 3.5393 | 0.36 |
| J3 | 2.865 | 3.6952 | 0.35 |
| J4 | 2.7525 | 3.5827 | 0.25 |
| J5 | 2.6508 | 3.481 | 0.3 |
| J6 | 2.7285 | 3.5587 | 0.32 |
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 (6)
1.一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，其特征在于，在采煤工作面回风顺槽采用钻机定向施工若干顺层定向长钻孔，每一顺层定向长钻孔均穿透采煤工作面回采区域煤层和待掘煤巷条带煤层；然后利用所述的若干组顺层定向长钻孔抽采区段煤层回采区域、待掘煤巷条带煤层中的瓦斯。
2.根据权利要求1所述的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，其特征在于，其施工工艺包括以下步骤：
(1)设计顺层定向长钻孔的数量和轨迹；
(2)煤岩性判层：按普通顺层钻孔施工工艺回转钻进至设计孔深，然后安装测量系统下钻至孔底测量钻孔实际轨迹，根据钻孔实际轨迹和见止煤情况反演分析煤层赋存情况，探明顶底板高度，然后对设计钻孔轨迹进一步优化；
(3)顺层定向长钻孔的钻进：选择钻具进行施工，所述钻具由钻头、气动螺杆马达、螺旋下无磁钻杆、螺旋探管外管、绝缘短节、螺旋上无磁钻杆和螺旋钻杆依次连接组成；钻孔施工过程中，间隔地测量探管所在位置的姿态参数得到钻孔轨迹点；根据钻孔轨迹点得到钻孔轨迹，将其与设计轨迹比较，若出现偏差，则采取定向钻进纠偏，使实际钻孔轨迹与设计轨迹重合；
(4)钻具钻到孔底后起钻，组装导向式可开闭钻头和整体式大通孔螺旋钻杆，将其下入孔底前2-3米的位置，然后下入整盘式软管，起出钻具，完成顺层定向长钻孔的施工；
(5)利用步骤(4)完成的顺层定向长钻孔进行瓦斯抽采。
3.根据权利要求2所述的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，其特征在于，钻孔施工过程中，每钻进3-5米测量一次探管所在位置的姿态参数。
4.根据权利要求2或3所述的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，其特征在于，所述的姿态参数包括探管所在位置的倾角、方位、水平位移和垂直位移。
5.根据权利要求2所述的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，其特征在于，钻具每钻进30-40米进行一次所述的定向纠偏。
6.根据权利要求2或5所述的一种顺层定向长钻孔消除两个区域煤层突出危险的方法，其特征在于，所述定向纠偏采用下向定向纠偏。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190115 |