CN109736877A - 一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，包括以下步骤：跟管钻孔；由钻机依次安装钻杆、钻头后进行钻孔，其中，钻杆中心为通孔，钻头为底部设有活动翼片的开闭式钻头，钻孔完成后，将花管由钻杆的中心孔、并抵开活动翼片后下至孔内；注浆封孔；采用囊袋式注浆封孔器进行注浆封孔。本发明的有益效果：提高了顺层钻孔成孔质量和抽采效果，有效解决了套管不到位及抽采效果不理想等难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿瓦斯抽采技术，尤其涉及的是一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法。
背景技术
张集煤矿为煤与瓦斯突出矿井，主采煤层自上而下依次为13-1、11-2、9、8、6、1煤，正在回采的13-1、11-2、6煤为突出煤层。为实现矿井安全高效开采，矿井始终坚持开采保护层和预抽煤层瓦斯的区域性瓦斯治理措施。
瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患，因此对煤矿瓦斯进行综合治理尤为重要。煤矿采取抽放措施，将富含于煤层中的瓦斯抽放出来，是解除瓦斯事故威胁、保障煤矿安全最为有效的措施。瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的根本措施和主要途径，可以使瓦斯变害为宝(可用于发电、供应煤气公司、汽车燃料等)，对于煤矿安全、环境保护和资源利用均具有重要的意义。随着矿井开采深度的增加，煤层瓦斯压力、瓦斯含量也随之逐渐增加，为了保证矿井安全生产，通常进行煤层瓦斯抽采，而封孔质量对煤层瓦斯抽采起着关键作用。
瓦斯抽采是瓦斯治理的重要手段，封孔是瓦斯抽采的重要环节。从理论上说，在封孔不漏气的情况下，抽采瓦斯体积分数应为100％。实际情况显示，我国约有65％的采煤工作面顺层钻孔预抽瓦斯体积分数低于30％，瓦斯抽采漏气现象普遍存在。在瓦斯抽采过程中，封孔工艺及封孔质量对抽采钻孔是否漏气具有决定性作用。
目前，造成钻孔抽采浓度偏低的因素有很多，不仅取决于煤层瓦斯赋存状况，更重要的取决于瓦斯抽采工程质量，特别是顺层钻孔套管不到位导致抽采效果不理想，因采用聚氨酯封孔时由于聚氨酯在封孔过程中发生化学反应导致封孔管下不到设计位置等缺陷，以及当抽采钻孔封孔效果满足不了抽采要求时，会使钻孔封堵不严，钻孔漏气，造成钻孔浓度偏低。
为了提高顺层钻孔成孔质量和抽采效果，需解决常规工艺顺层钻孔套管不到位及抽采效果不理想等难题，并为后期工作面煤层注水提供了通道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种解决上述背景技术中顺层钻孔套管不到位、抽采效果不理想等缺点的顺层瓦斯抽采装置及方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本发明一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)跟管钻孔；由钻机依次安装钻杆、钻头后进行钻孔，其中，钻杆为中心为通孔，钻头为底部设有活动翼片的开闭式钻头，钻孔完成后，将花管由钻杆的中心孔、并抵开活动翼片后下至孔内；
(2)注浆封孔；采用囊袋式注浆封孔器进行注浆封孔。
优选的，所述步骤(1)中的钻机为ZDY3200S型煤矿用全液压坑道钻机。
优选的，所述步骤(1)中的钻杆为通径钻杆，其一端设有与钻头连接的外螺纹。
优选的，通径钻杆的直径为73mm，内径为40mm。
优选的，所述步骤(1)中的钻头为空心的管状结构，钻头的一端设有与钻杆连接的内螺纹，另一端设置有活动翼片和多个切削齿，多个切削齿沿钻头圆周方向均匀间隔设置，活动翼片一端通过销轴与钻头铰接，另一端可通过卡合机构与设置在钻头上的卡槽卡合。
优选的，所述卡合机构包括横穿在活动翼片上的弹簧、设置在弹簧两端的钢球，钢球与弹簧固定连接，通过使钢球脱离或卡入卡槽从而实现活动翼片的开合。
优选的，所述花管为1寸花管，其外径为32mm，其上的筛眼直径为5mm、筛眼距离15mm。
优选的，所述步骤(2)中的囊袋式注浆封孔器，包括孔口囊袋、孔内囊袋、注浆管、抽采管、爆破阀；抽采管为多个不同内径的管子连接而成，抽采管依次穿过孔口囊袋、孔内囊袋，并与孔口囊袋、孔内囊袋的连接处密封，注浆管穿过孔口囊袋，注浆管的前端位于孔内囊袋中，且前端为密封结构，所述注浆管在孔口囊袋、孔内囊袋内均设有出浆口，爆破阀设置在孔内囊袋上，抽采管与注浆管均伸出孔口外，注浆管连接注浆泵。
优选的，所述步骤(2)中将囊袋式注浆封孔器置于步骤(1)的钻孔内距孔口20米处。
本发明相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明采用顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯技术，具体的，因使用的钻杆其中心为通孔，钻孔施工到位后，将花管自钻杆内的通孔内下入孔内，避免由于孔内煤粉堆积导致花管下不到的缺点；
(2)再者，由于采用1寸整根柔性花管代替插接管，避免因插接管造成接头较多形成阻力，降低了抽采负压，解决了抽采效果不理想的难题；
(3)采用囊袋代替聚氨酯封孔，囊袋随套管一起下入孔内后再进行注浆，解决了以前采用聚氨酯封孔时由于聚氨酯在封孔过程中发生化学反应导致封孔管下不到设计位置；
(4)良好的抽采效果，经统计，采用该技术后的平均抽采浓度达35％，较常规工艺的20％增长75％；顺层孔百孔抽采纯量达1.2m3/min，抽采效果得到了极大提升。顺层孔成孔率达98.5％，下套管率达97.4％，严格按要求做到了“钻到位、管到底、严密封、高负压”，确保了工作面回采前预抽效果。
附图说明
图1是本发明实施例一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法的工艺流程图；
图2是本发明实施例注浆封孔示意图；
图3是钻杆的结构示意图；
图4是钻头的结构示意图。
图中标号：钻杆1、钻头2、活动翼片21、切削齿22、花管3、囊袋式注浆封孔器4、孔口囊袋41、孔内囊袋42、注浆管43、抽采管44、铁管441、双抗实管442、爆破阀45、注浆泵5。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)跟管钻孔；首先确定钻进方位、倾角，由钻机依次安装钻杆1、钻头2后进行施工钻孔，并在实施监测钻进是否有正确，即是否产生方位偏差，若产生偏差及时调整钻进参数，直至钻进至设计孔深，其中，钻杆1为中心为通孔，钻头2为底部设有活动翼片21的开闭式钻头，钻孔完成后，将花管3由钻杆1的中心孔、并抵开活动翼片21后下至孔内；
具体的：
(a)钻孔施工采用通径钻杆及配套的开闭式钻头施工。
(b)钻进至设计孔深，并充分排渣，起钻8～10m。
(c)下花管3，将长度匹配的整体式1吋花管3拉直，从钻杆1内下至孔底(全程下套管过程中花管3抵开钻头的中心翼片)。
(d)退钻杆，将花管3留在孔内。
其中钻机为ZDY3200S型煤矿用全液压坑道钻机，或ZDY3200S型及以上型号。
如图3所示，钻杆1为通径钻杆，其一端设有与钻头连接的外螺纹，通径钻杆的直径为73mm，内径为40mm。
如图4所示，钻头2为空心的管状结构，钻头2的一端设有与钻杆1连接的内螺纹，另一端设置有活动翼片21和多个切削齿22，多个切削齿22沿钻头圆周方向均匀间隔设置，活动翼片21一端通过销轴与钻头2铰接，另一端可通过卡合机构与设置在钻头2上的卡槽卡合。本实施例中的切削齿为4个，活动翼片21为条形结构，橫置在钻头2底部直径处。
所述卡合机构包括横穿在活动翼片21上的弹簧、设置在弹簧两端的钢球，钢球与弹簧固定连接，通过使钢球脱离或卡入卡槽从而实现活动翼片的开合。
其中，卡槽包括两个与钢球相匹配的半球形凹槽，且钻头2上设置有长方体形凹槽，将活动翼片21闭上时，将活动翼片21的一端置于长方体形凹槽中，两个半球形凹槽设置在长方体形凹槽的两侧并与长方体形凹槽贯通。
本实施例中仅给出一种卡合机构的结构，现有技术中其他能够实现开合作用的卡合机构均在本发明的保护范围。
本发明中钻头在钻孔时需要将活动翼片21闭上，即将活动翼片21不与钻头2铰接的一端盖合到钻头2上的长方体形凹槽中，此时卡合机构的两个钢球在弹簧的弹力推压下伸入半球形凹槽中，即钢球卡入卡槽，然而，要将煤层中的瓦斯抽出时需要将活动翼片21打开，本发明中将花管3穿过钻头，并顶住活动翼片21，在花管3的推力下，卡合机构的钢球脱离卡槽，活动翼片21离长方体形凹槽，进而使花管3穿出钻头2。
所述花管3为1寸柔性花管，其外径为32mm，其上的筛眼直径为5mm、筛眼距离15mm，花管3在孔内，能够确保钻孔完工后孔内不会垮实，保证瓦斯通道畅通，而采用整根一寸柔性花管避免因插接管造成接头较多形成阻力，降低了抽采负压，解决了抽采效果不理想的难题。
(2)注浆封孔；采用囊袋式注浆封孔器4进行“两堵一注”式注浆封孔。
其中的，囊袋式注浆封孔器4，包括孔口囊袋41、孔内囊袋42、注浆管43、抽采管44、爆破阀45；抽采管为多个不同内径的管子连接而成，抽采管44依次穿过孔口囊袋41、孔内囊袋42，并与孔口囊袋41、孔内囊袋42的连接处密封，注浆管43穿过孔口囊袋41，注浆管43的前端位于孔内囊袋42中，且前端为密封结构，所述注浆管44在孔口囊袋41、孔内囊袋42内均设有出浆口，爆破阀45设置在孔内囊袋42上，抽采管44与注浆管43均伸出孔口外，便于与使用，注浆管43连接注浆泵5。
然后通过注浆管43向孔内注入高效膨胀水泥，当两端的囊袋注满注浆压力上升到1.8MPa后，孔内预留的爆破阀45会自动起爆继而向封孔段内继续带压注入高效膨胀水泥，实现注浆封孔。
本实施例中步骤(2)中将囊袋式注浆封孔器置于步骤(1)的钻孔内距孔口20米处。
本实施例中，抽采管44由穿过孔口囊袋41的1根2寸铁管441(2m/根)，以及孔口囊袋与孔内囊袋之间和孔内囊袋里使用的是10根1.5寸双抗实管442(2m/根)首尾相接而成，其中，铁管441与双抗实管442均为内部中空的管，且铁管441与双抗实管442连接处为密封连接。
通过本实施例，能够做到了“钻到位、管到底、严密封、高负压”，确保了工作面回采前预抽效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)跟管钻孔；由钻机依次安装钻杆、钻头后进行钻孔，其中，钻杆中心为通孔，钻头为底部设有活动翼片的开闭式钻头，钻孔完成后，将花管由钻杆的中心孔、并抵开活动翼片后下至孔内；
(2)注浆封孔；采用囊袋式注浆封孔器进行注浆封孔。
2.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，所述步骤(1)中的钻机为ZDY3200S型煤矿用全液压坑道钻机。
3.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，所述步骤(1)中的钻杆为通径钻杆，其一端设有与钻头连接的外螺纹。
4.根据权利要求3所述的一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，通径钻杆的直径为73mm，内径为40mm。
5.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，所述步骤(1)中的钻头为空心的管状结构，钻头的一端设有与钻杆连接的内螺纹，另一端设置有活动翼片和多个切削齿，多个切削齿沿钻头圆周方向均匀间隔设置，活动翼片一端通过销轴与钻头铰接，另一端可通过卡合机构与设置在钻头上的卡槽卡合。
6.根据权利要求5所述的一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，所述卡合机构包括横穿在活动翼片上的弹簧、设置在弹簧两端的钢球，钢球与弹簧固定连接，通过使钢球脱离或卡入卡槽从而实现活动翼片的开合。
7.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，所述花管为1寸花管，其外径为32mm，其上的筛眼直径为5mm、筛眼距离15mm。
8.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，所述步骤(2)中的囊袋式注浆封孔器，包括孔口囊袋、孔内囊袋、注浆管、抽采管、爆破阀；抽采管为多个不同内径的管子连接而成，抽采管依次穿过孔口囊袋、孔内囊袋，并与孔口囊袋、孔内囊袋的连接处密封，注浆管穿过孔口囊袋，注浆管的前端位于孔内囊袋中，且前端为密封结构，所述注浆管在孔口囊袋、孔内囊袋内均设有出浆口，爆破阀设置在孔内囊袋上，抽采管与注浆管均伸出孔口外，注浆管连接注浆泵。
9.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔跟管钻进抽采瓦斯施工方法，其特征在于，所述步骤(2)中将囊袋式注浆封孔器置于步骤(1)的钻孔内距孔口20米处。
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