CN109555483A - 一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法 - Google Patents

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田建伟
高新刚
梁化磊
田卫东
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/26—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers

Abstract

本发明所述的一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法，尤其适用于钻孔深度大于100米的施工环境条件。本发明将套管与钻杆同时同步深入到钻孔中，并充分利用可变径钻头的特点，将可变径钻头作为套管深入的“开路”工具，能够有效解决钻孔由于煤层壁岩体压应力而导致小范围“塌陷”、“缩径”，致使钻孔孔径变小阻碍套管无法深入的问题，当套管深入过程中遇到任何钻孔孔径缩小的位置时，将可变径钻头伸出，把钻孔重新扩宽扩大，使套管能够顺利无阻碍的深入，实现钻孔内高效快速无阻下管。

Description

一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法
技术领域
本发明涉及煤矿钻探施工技术领域，具体为一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法。
背景技术
矿井突水事故的发生轻者使突水工作面关闭停产，造成矿井接续紧张，矿井排水费用急增，严重影响矿井正常生产；重者可能会造成淹井事故，危及国家财产和人民生命安全。据统计，煤矿底板突水80％左右是由于断层引起，因此，研究由于断层引发的底板突水问题的防治技术方法，对于煤矿安全具有十分重要的意义。
含断层的底板发生突水，主要是由于采动导致底板破坏带裂隙发育、贯通，形成突水通道，沟通到导水断层导致灾害发生。尤其是在深部开采，采场围岩具有高地应力，支承压力增加更为显著，加剧了采场底板原有裂隙和结构面的扩展、错动及贯通，加大了完整岩石带新裂隙产生的数量和范围，使得突水通道的形成具有瞬时性、复杂性。同时，深部承压水水压增大，甚至达十几兆帕，高承压水影响作用加剧了底板的破坏、加速了突水通道的形成，均使得断层底板突水表现出突水灾变的瞬时性、差异性。这些问题的集中表现，导致断层底板突水防治困难加大，给断层底板突水防治带来了新的挑战。
目前，针对煤矿底板突水问题，采用的主要防治技术有底板隔水层加固等措施。针对底板隔水层加固方面，主要采用注浆加固的方法，目前常用的注浆加固的方法为：
1）钻取30m左右深度、直径在155mm左右的钻孔，在钻孔中下直径为146mm左右的套管，然后在套管中高压注浆，待浆液凝固；
2）在凝固的浆液中心重新钻取50-80m左右深度、直径在133mm左右的钻孔，在钻孔中下直径127mm左右的套管，在套管中高压注浆，待浆液凝固；
3）在凝固的浆液中心重新钻取80-120m左右深度、直径在115mm左右的钻孔，在钻孔中下直径110mm左右的套管，在套管中高压注浆，待浆液凝固；
4）在凝固的浆液中心重新钻取大于120m深度的钻孔，继续下套管，高压注浆。
经过上述多级的钻孔、下套管、注浆，使得浆液尽可能充分的填充裂隙。本身上述底板隔水层注浆加固技术的施工难度较大，操作中不易掌控，效果也难以把握。尤其进入煤矿深部开采，深部围岩地质条件复杂，存在多变性，所需注浆压力增大，如有不当，则注浆难以充分充满裂隙，且深部岩体具有高应力，特别是在钻孔深度大于100m之后，钻取的钻孔往往会由于深部岩体应力，使得钻孔“缩径”，致使在下套管的过程遇到阻碍，无法顺利下套管。目前针对该问题的解决方法的采用振动电机，带动套管，将套管强行“震”下去，但该方法效率极低，且容易损坏套管。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法，特别针对钻孔深度大于100m的环境条件下的下套管施工，通过该方法能够实现套管的快速无阻高效下管。
本发明为了解决上述问题所采取的技术方案为：一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法，用于在煤矿巷道的施工地面钻取形成的钻孔中插入与钻孔孔径相匹配的套管，所述下套管方法包括以下步骤：
步骤一、通过下管设备将套管深入钻孔中，同时，在套管中插入外径小于套管内径的钻杆，
其中，所述钻杆的底端固定连接可变径钻头，所述可变径钻头的最小直径小于套管内径、最大直径大于套管外径，钻杆的顶端与钻机连接；
步骤二、将套管和钻杆同步插入钻孔中，当遇到阻碍物使套管无法继续深入时，持续深入钻杆以将可变径钻头送出套管，开启钻机带动可变径钻头转动以清除阻碍物；
步骤三、关闭钻机，将可变径钻头收回至套管内，继续下管；
步骤四、当再次遇到阻碍物使套管无法继续深入时，重复步骤二和步骤三，至套管深入到钻孔底部，完成下管。
本发明中，所述钻孔的深度为80-120米。
本发明中，所述钻孔的内径为110-120mm，套管的外径为108-113mm。
本发明中，作为优选的，所述可变径钻头的最大直径至少比套管的外径大3-5mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法，将套管与钻杆同时深入到钻孔中，并充分利用可变径钻头的特点，将可变径钻头作为套管深入的“开路”工具，能够有效解决钻孔由于煤层壁岩体压应力而导致小范围 “塌陷”、“缩径”，致使钻孔孔径变小阻碍套管无法深入的问题，当套管深入过程中遇到任何钻孔孔径缩小的位置时，将可变径钻头伸出，把钻孔重新扩宽扩大，使套管能够顺利无阻碍的深入，实现钻孔内高效快速无阻下管。
附图说明
图1为本发明的下管状态的示意图；
图2为本发明中遇到障碍物时的施工状态示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
如图所示，本发明为一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法，用于在煤矿巷道1的施工地面钻取形成的钻孔2中插入与钻孔2孔径相匹配的套管3，所述下套管方法包括以下步骤：
步骤一、通过下管设备将套管3深入钻孔2中，同时，在套管3中插入外径小于套管3内径的钻杆4，
其中，所述钻杆4的底端固定连接可变径钻头5，所述可变径钻头5的最小直径小于套管3内径、最大直径大于套管3外径，钻杆4的顶端与钻机连接；
步骤二、将套管3和钻杆4同步插入钻孔2中，当遇到阻碍物6使套管3无法继续深入时，持续深入钻杆4以将可变径钻头5送出套管3，开启钻机带动可变径钻头5转动以清除阻碍物6；
步骤三、关闭钻机，将可变径钻头5收回至套管3内，继续下管；
步骤四、当再次遇到阻碍物使套管6无法继续深入时，重复步骤二和步骤三，至套管3深入到钻孔2底部，完成下管。
进一步的，所述钻孔2的深度为80-120米。
进一步的，所述钻孔2的内径为110-120mm，套管3的外径为108-113mm。
进一步的，所述可变径钻头5的最大直径至少比套管3的外径大3-5mm。
本发明所述的一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法，尤其适用于钻孔深度大于100米的施工环境条件。本发明将套管与钻杆同时同步深入到钻孔中，并充分利用可变径钻头的特点，将可变径钻头作为套管深入的“开路”工具，能够有效解决钻孔由于煤层壁岩体压应力而导致小范围 “塌陷”、“缩径”，致使钻孔孔径变小阻碍套管无法深入的问题，当套管深入过程中遇到任何钻孔孔径缩小的位置时，将可变径钻头伸出，把钻孔重新扩宽扩大，使套管能够顺利无阻碍的深入，实现钻孔内高效快速无阻下管。
本发明中涉及使用到的可变径钻头，为现有技术中本领域已公开的可变径钻头。关于可变径钻头的具体结构，其不涉及本发明的创新，因此不做过多赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容作出的些许更动或修饰均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法，用于在煤矿巷道（1）的施工地面钻取形成的钻孔（2）中下放与钻孔（2）孔径相匹配的套管（3），其特征在于，所述下套管方法包括以下步骤：
步骤一、通过下管设备将套管（3）深入钻孔（2）中，同时，在套管（3）中插入外径小于套管（3）内径的钻杆（4），
其中，所述钻杆（4）的底端固定连接可变径钻头（5），所述可变径钻头（5）的最小直径小于套管（3）内径、最大直径大于套管（3）外径，钻杆（4）的顶端与钻机连接；
步骤二、将套管（3）和钻杆（4）同步插入钻孔（2）中，当遇到阻碍物（6）使套管（3）无法继续深入时，持续深入钻杆（4）以将可变径钻头（5）送出套管（3），开启钻机带动可变径钻头（5）转动以清除阻碍物（6）；
步骤三、关闭钻机，将可变径钻头（5）收回至套管（3）内，继续下管；
步骤四、当再次遇到阻碍物使套管（6）无法继续深入时，重复步骤二和步骤三，至套管（3）深入到钻孔（2）底部，完成下管。
2.如权利要求1所述的一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法，其特征在于：所述钻孔（2）的深度为80-120米。
3.如权利要求1所述的一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法，其特征在于：所述钻孔（2）的内径为110-120mm，套管（3）的外径为108-113mm。
4.如权利要求1所述的一种煤矿巷道钻孔内快速无阻下套管方法，其特征在于：所述可变径钻头（5）的最大直径至少比套管（3）的外径大3-5mm。
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