CN110424892A - 一种矿井近水平定向钻孔的突水治理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于矿井防治水技术领域，具体涉及一种煤矿井下近水平定向钻孔的突水治理方法。以解决现有方法存在的外带加压管的钻杆容易卡孔、止浆塞送不到位或止浆塞因劳损漏水而无法实现钻孔堵水的问题。本发明方法在止浆塞前端加一个锥形钻头，将止浆塞加压管内置于钻杆中，在止浆塞后部钻杆中侧向开一个注浆孔，注浆孔与钻杆内置注浆管逐级连接，堵水时将止浆塞送至孔内预定部位，止浆塞到位后利用加压管给胶囊中压水使其充分膨胀，将胶囊外部水导入芯管中从钻杆内管中流出，之后利用注浆管注浆，将胶囊后部钻杆外环空间用浆液充填，等浆液凝固后，失控的钻孔水已全部收束在止浆塞芯管和钻孔内管中，关闭钻杆阀门，完成钻孔突水治理工作。

Description

一种矿井近水平定向钻孔的突水治理方法
技术领域
本发明属于矿井防治水技术领域，具体涉及一种煤矿井下近水平定向钻孔的突水治理方法。
背景技术
近年来，随着钻探技术的不断发展，矿井近水平定向钻探被广泛地应用到煤层瓦斯抽采、灰岩超前注浆治理、老空水超前探放、顶板水超前疏放等方面。由于钻孔夹角小、钻孔深度大、钻孔轨迹可靠等优点，在煤层底板灰岩超前注浆治理过程中，矿井近水平定向钻探能够以近水平的方式在煤层底板的薄层灰岩或奥灰顶部长距离受控顺层钻进，为灰岩含水层的注浆改造创造条件。煤层底板灰岩近水平定向钻探首先是在煤层底板隔水层中开孔钻进，然后下入并固结孔口管，之后在进行近水平定向钻进。孔口管固结前，一般根据注浆压力算好孔口管的长度，然后完成固结并进行耐压试验，试验压力下孔口管不漏水不松动，说明孔口管固结质量合格，可以正常钻进至终孔。
灰岩超前注浆治理工程实施过程中，由于矿井地质条件的复杂性，有时候孔口管完成固结钻孔进入灰岩后出现涌水，当退出钻杆关闭孔口管阀门准备注浆时，钻场附近的巷道会发生突水，其原因是定向钻孔孔口管外部裸孔段揭露的地层中有裂隙带，高压灰岩水通过裂隙带突入了井下巷道中。此时钻孔已成事故钻孔，关闭钻孔阀门巷道中会突水，打开钻孔阀门钻场中会突水，这时钻孔已对矿井的安全构成了严重威胁，必须紧急治理，否则可能发生淹面甚至淹井事故。
面对近水平定向钻孔裸孔段裂隙带突水问题，常规的办法是止浆塞堵水法。该方法的过程如下：当突水发生时，给止浆塞上连接加压管，然后将止浆塞固定于钻杆前端，钻杆顶着止浆塞在不回转的情况下，穿过钻孔漏水段裂隙带进入钻孔深部完整岩石段后，用加压管给止浆塞压水，止浆塞充水膨胀后与钻孔孔壁紧贴，将灰岩中的钻孔水引至止浆塞的芯管中，然后通过与止浆塞芯管连接的钻杆流出钻孔，之后利用钻杆做为注浆管进行注浆，直到将钻孔深部的灰岩出水点堵死。实践中发现，止浆塞堵水法在垂直浅孔中使用简便且效果较好，但在近水平定向钻孔中使用效果并不理想甚至无法达到止浆的目的：一、止浆塞很难到达指定位置，因为加压管在拖动过程中钻杆不能回转，否则加压管会因旋转缠绕在钻杆上，这样加压管很容易卡在钻孔中，一旦加压管卡在钻孔里，轻则加压管在钻杆旋转中拧断，重则加压管和钻杆同时卡死在钻孔里，止浆塞就既进不去也出不来，给钻孔突水治理带来麻烦。二、就算止浆塞能下到位置控制了钻孔突水可以进行注浆，因灰岩一般吃浆量大注浆时间长，在长时间高压注浆中止浆塞容易劳损漏水，一旦止浆塞漏水，浆液将随水流从止浆塞外部流出钻孔，达不到钻孔堵水的目的，若从钻孔中取出止浆塞，会导致注入水泥浆随水流从钻孔中涌出，钻孔又重现变成了突水的事故孔。
发明内容：
本发明要提供一种矿井近水平定向钻孔突水治理方法，以解决现有方法存在的外带加压管的钻杆容易卡孔、止浆塞送不到位或止浆塞因劳损漏水而无法实现钻孔堵水的问题。
为达到本发明的目的，本发明提出的技术解决方案是：一种矿井近水平定向钻孔突水治理方法，包括以下步骤：
步骤一：发现钻孔无法封闭出现突水后，将导向头连接在止浆塞前端，然后将止浆塞通过短节固定设置于钻杆前端；
步骤二：将加压管穿入钻杆内，其前端与止浆塞连接，同时在钻杆中穿入注浆管，在钻杆前端外壁上开设注浆孔，注浆管的前端穿设焊接于注浆孔上；
步骤三：利用定向钻机将止浆塞和钻杆下入钻孔中，加压管和注浆管随之一起进入钻孔中；
步骤四：止浆塞到位后，在加压管的后端连接手压泵；
步骤五：利用手压泵通过加压管给止浆塞加压使其膨胀紧贴孔壁，将钻孔水全部导入止浆塞芯管及钻杆中；
步骤六：连接注浆管与注浆系统，给止浆塞后面的钻孔环状间隙注浆，浆液经注浆管通过注浆孔注入，需使钻孔孔口有浓浆流出，将环状间隙中的水全部替换掉，等待水泥浆凝固；
步骤七：将注浆系统与钻杆连接，通过钻杆和止浆塞芯管对灰岩含水层进行堵水注浆。
上述步骤一导向头为锥台状，其中心轴线上设置有通孔，通孔与止浆塞芯管1连接，所述的导向头上设置有硬质合金。
上述步骤六，当水泥浆初凝后，对环状间隙进行补浆。
上述注浆管的前端通过弯头连接于钻杆上的注浆孔。
因近水平定向钻孔较长，上述步骤三中需将多节钻杆以及对应的多节加压管和注浆管分别一节一节连接。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本方法不但保留原止浆塞前端钻孔的注浆堵水的功能，同时创造性地提供了止浆塞后端水泥浆封闭，彻底解决了止浆塞外侧疲劳漏水而导致的严重后果；
2、加压管设置于钻杆内，止浆塞下入过程中加压管不会被卡在钻孔中，也避免了钻杆受其影响被卡住，这样就为止浆塞顺利送到位奠定了基础；
3、钻杆下钻孔前在止浆塞前端设置锥台状导向头，止浆塞在钻孔中下入过程中的不容易受阻，为实现突水治理提供了有力地保障；
4、加压管及注浆管是和钻杆一起分为多个小节连接，比用多节钻杆分别穿设一整根通体式加压管和注浆管要方便快捷，在井下狭小的施工空间内施工效率高。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
附图标记：1-止浆塞芯管；2-止浆塞；3-短节；4-加压管；5-钻杆；6-钻孔；7-注浆孔；8-注浆管；9-手压泵；10-定向钻机；11-注浆系统。
附图标记：1-止浆塞芯管；2-止浆塞；3-短节；4-加压管；5-钻杆；6-钻孔；7-注浆孔；8-注浆管；9-导向头；10-定向钻机；11-注浆系统，12-手压泵。
具体实施方式：
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。
一种矿井近水平定向钻孔突水的治理方法，包括以下步骤：
步骤一：发现钻孔6发生突水不能封闭后，将导向头9连接在止浆塞2前端，然后将止浆塞2通过短节3固定设置于钻杆5前端；
所述导向头9为锥台状，导向头9上设置有通孔，该通孔与止浆塞2的芯管同轴且连通，所述导向头9的外部设置有硬质合金；
步骤二：将加压管4穿入钻杆5内，其前端与止浆塞2连接，同时在钻杆5中穿入注浆管8，在钻杆5前端外壁上开设注浆孔7，注浆管8的前端连接有一个弯头，该弯头的端部穿设焊接于注浆孔7上；
步骤三：将钻杆5及止浆塞9连接在井下定向钻机10上，利用定向钻机10将止浆塞2和钻杆5下入钻孔6中，加压管4和注浆管8随之一起进入钻孔6中；
步骤四：止浆塞2到位后，在加压管4的后端连接手压泵12；
步骤五：利用手压泵12通过加压管4给止浆塞2加压使其膨胀紧贴钻孔6孔壁，将钻孔6水全部导入止浆塞芯管1和钻杆5中；
步骤六：连接注浆管8与注浆系统11，给止浆塞2后面的钻孔环状间隙注浆，浆液经注浆管8通过注浆孔7注入，需使钻孔6的孔口有浓浆流出，将环状间隙的水全部替换掉，等待水泥浆凝固；
当水泥浆初凝后，对环状间隙进行补浆。
步骤七：将注浆系统11与钻杆5连接，通过钻杆5和止浆塞芯管1对灰岩含水层进行注浆，实现前端水泥浆封闭。
本发明中注浆管可以是双管，这样能注可以快速凝固的水泥-水玻璃双液浆。
利用本发明的方法，可实现止浆塞顺利到位并使其后端环状间隙实现水泥浆封闭，彻底解决了止浆塞外侧疲劳漏水而导致的严重后果。
因近水平钻孔孔深较大，钻杆5为多节串联施工，对于本发明，只需要提供对应的多节加压管4和注浆管8，在施工时分别一节一节连接即可，连接时先连接加压管4和注浆管8，然后再连接钻杆5。为了施工的方便，也可以事先将加压管4和注浆管8固设于钻杆5内，一旦实施，分别串联即可。
利用本发明的方法，可实现止浆塞顺利到位并使其后端环状间隙实现水泥浆封闭，彻底解决了止浆塞外侧疲劳漏水而导致的严重后果。
因近水平钻孔孔深较大，钻杆5为多节串联施工，对于本发明，只需要提供对应的多节加压管4和注浆管8，在施工时分别一节一节连接即可，连接时先连接加压管4和注浆管8，然后再连接钻杆5。为了施工的方便，也可以事先将加压管4和注浆管8固设于钻杆5内，一旦实施，分别串联即可。

Claims (5)

1.一种矿井近水平定向钻孔突水治理方法，包括以下步骤：
步骤一：发现钻孔（6）无法封闭出现突水后，将导向头（9）连接在止浆塞2前端，然后将止浆塞（2）通过短节（3）固定设置于钻杆（5）前端；
步骤二：将加压管（4）穿入钻杆（5）内，其前端与止浆塞（2）连接，同时在钻杆（5）中穿入注浆管（8），在钻杆（5）前端外壁上开设注浆孔（7），注浆管（8）的前端穿设焊接于注浆孔（7）上；
步骤三：利用定向钻机（10）将止浆塞（2）和钻杆（5）下入钻孔（6）中，加压管（4）和注浆管（8）随之一起进入钻孔（6）中；
步骤四：止浆塞（2）到位后，在加压管（4）的后端连接手压泵（12）；
步骤五：利用手压泵（12）通过加压管（4）给止浆塞（2）加压使其膨胀紧贴孔壁，将钻孔水全部导入止浆塞芯管（1）及钻杆（5）中；
步骤六：连接注浆管（8）与注浆系统（11），给止浆塞（2）后面的钻孔环状间隙注浆，浆液经注浆管（8）通过注浆孔（7）注入，需使钻孔（6）孔口有浓浆流出，将环状间隙中的水全部替换掉，等待水泥浆凝固；
步骤七：将注浆系统（11）与钻杆（5）连接，通过钻杆（5）和止浆塞芯管（1）对灰岩含水层进行堵水注浆。
2.根据权利要求1所述的一种矿井近水平定向钻孔突水治理方法，其特征在于：步骤一导向头（9）为锥台状，其中心轴线上设置有通孔，通孔与止浆塞芯管（1）连接，所述的导向头（9）上设置有硬质合金。
3.根据权利要求1或2所述的一种矿井近水平定向钻孔突水治理方法，其特征在于：步骤六，当水泥浆初凝后，对环状间隙进行补浆。
4.根据权利要求3所述的一种矿井近水平定向钻孔突水治理方法，其特征在于：注浆管（8）的前端通过弯头连接于钻杆（5）上的注浆孔（7）。
5.根据权利要求4所述的一种矿井近水平定向钻孔突水治理方法，其特征在于：因近水平定向钻孔较长，上述步骤三中需将多节钻杆（5）以及对应的多节加压管（4）和注浆管（8）分别一节一节连接。
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