CN111021960A - 一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，包括以下步骤：1，在钻杆外侧套上可伸缩拖动式套管；2，向煤层深处钻孔；3，钻孔达指定深度后，将钻杆和可伸缩拖动式套管撤出钻孔腔；4，向钻孔腔内放置防塌管至钻孔腔底部；5，在封孔管两端分别固定一个柔性气囊，两个柔性气囊之间通过通气管连接；6，在靠近钻孔腔位置的柔性气囊的上下两端分别固定注浆软管和回浆软管；7，将封孔管套在防塌管上，对两个柔性气囊充气，使其与钻孔腔内壁紧密贴合；8，对两个柔性气囊之间的封闭空间进行注浆；9，注浆完毕后拆除注浆装置，扎紧注浆软管与回浆软管。本方法保证了抽采钻孔的稳定性，以解决松软煤层成孔率低、封孔效果差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及矿井通风与安全方向的煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔施工领域，具体涉及一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法。
背景技术
煤与瓦斯突出是矿井安全开采的重大威胁，且我国目前大多数矿井为瓦斯突出矿井。对煤层的瓦斯进行有效抽采不仅能够防止瓦斯事故的发生，而且如果能够将抽出的瓦斯加以利用，能够起到环境保护作用。近年来，淮南、晋城、阳泉等矿区在对煤层瓦斯进行采前预抽、边采边抽、采空区抽采和裂隙带抽采等方面作了许多有益尝试，取得了一些成就。但是由于我国松软煤层占所开采煤层比例较大，且在钻孔施工过程中，钻孔径向由内向外依次为破裂区、塑性区及弹性区，钻孔周围煤体由初始三向应力状态转变成两向应力状态或单向应力状态，煤体强度降低，而沿钻孔轴向自巷道至煤体深部，根据钻孔附近煤体应力状态划分为应力卸压区，峰前应力增高区，峰后应力增高区及原岩应力区，受钻孔施工的反复扰动影响，当松软煤层之间的摩擦力小于钻孔内部煤体变形压力及自重时，赞空容易坍塌，在自孔口往内的20m左右范围内往往会出现顶钻、卡钻抑或是喷孔、塌孔等现象，造成了抽采浓度低，抽采效果差、抽采成本提高等问题。
发明内容
基于上述问题，本发明旨在提供一种结构相对简单、操作方便的能够提高松软低透煤层钻孔成孔率以及封孔效果的方法，保证抽采钻孔的稳定性，以解决松软煤层成孔率低、封孔效果差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，包括以下步骤：
步骤一：在钻杆外侧套上可伸缩拖动式套管，钻杆头部连接钻头，所述钻头与可伸缩拖动式套管之间通过接头套棘轮连接；
步骤二：将钻杆与钻机相连，带压风提钻，向煤层深处钻孔，所述钻头带动可伸缩拖动式套管伸开，来支撑钻孔壁；
步骤三：钻孔达指定深度后，回转钻头，将钻杆和可伸缩拖动式套管撤出钻孔腔；
步骤四：向钻孔腔内放置防塌管至钻孔腔底部；
步骤五：取一内径大于防塌管外径的封孔管，在其两端分别固定一个柔性气囊，两个柔性气囊之间通过通气管连接，靠近钻孔腔位置的柔性气囊通过注气管与气泵相连；
步骤六：在靠近钻孔腔位置的柔性气囊的上下两端分别固定注浆软管和回浆软管，其中，注浆软管在下，回浆软管在上；
步骤七：将封孔管套在防塌管上，使用气泵对两个柔性气囊充气，使两个柔性气囊与钻孔腔内壁紧密贴合；
步骤八：使用注浆泵连接注浆软管对两个柔性气囊之间的封闭空间进行注浆；
步骤九：注浆完毕后拆除注浆装置，扎紧注浆软管与回浆软管，连接瓦斯抽采设施进行煤层瓦斯预抽，先采用相对较低负压抽采，再采用相对较高负压抽采。
如上所述的提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，所述可伸缩拖动式套管由多根长1～2m的套管连接组成，套管之间内壁光滑，并设有定向卡槽，防止套管脱落。
进一步的，所述可伸缩拖动式套管的外壁上设有若干个透气孔。所述透气孔可呈蜂窝状排列，孔径在5mm左右，可方便煤层瓦斯通过气孔进入抽采管路。
如上所述的提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，所述封孔管和防塌管包括PE花管。
如上所述的提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，所述柔性气囊外侧还设有一道或多道环形箍，通过环形箍将柔性气囊箍紧到封孔管上。
进一步的，所述环形箍距离封孔管两端1～3m，在柔性气囊外留出布置注浆软管和回浆软管的空间。
优选的，所述柔性气囊材质包括聚氨酯材质，有很好的耐磨性和耐压性。
如上所述的提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，步骤六中注浆软管和回浆软管靠近钻孔腔内侧部分超长于柔性气囊6固定处0.2～0.6m。
进一步的，步骤六中回浆软管出口端管口向上倾斜，使其高度高于钻孔腔高度。
如上所述的提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，步骤八中注浆压力不低于2Mpa。
本发明相对于现有技术所取得的有益效果在于：
1.本发明在松软煤层进行钻孔预抽时，在钻孔成孔后区别于以往的立即取出钻杆，而是采用“及时套管”技术，利用可伸缩拖动式套管对孔壁起到支撑作用，抵消了钻孔的径向作用力，有效避免了松软煤层塌孔、喷孔等严重现象的发生。
2.本发明采用对聚氨酯柔性气囊充气作为堵孔的方法，能够更好的与钻孔内壁相贴合，能够为注浆封孔提供相对密闭的空间。
3.本发明对钻孔的煤体破碎区，裂隙较为发育的峰前应力增高区，峰后应力增高大约20m范围内进行注浆封孔时，使得水泥渗入整个裂隙区，将煤体裂隙填补，增加了钻孔的密封程度，截断了瓦斯抽放孔通过裂隙漏气的途径，提高了抽采钻孔效果。
4.本发明设置了注浆软管和回浆软管，避免了浆液过量而堵死抽采管而发生瓦斯抽不出的现象。
5.本发明设计合理，方案可行，松软低透煤层的瓦斯抽放钻孔密封程度低、煤壁漏气严重、成孔率低的问题可得到有效的解决，具有广泛的实用性和应用前景。该系统及方案尤其适用于坚固性系数小于0.5的高瓦斯松软煤层。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
在附图中：
图1为实施例1中钻孔阶段示意图；
图2为实施例1中注浆阶段示意图；
图3为钻孔装置的结构示意图；
图4为注浆装置的结构示意图；
图5为图4的端面剖视图；
图中各附图标记所代表的组件为：
1-钻机；2-钻杆；3-注气管；4-注浆软管；5-回浆软管；6-柔性气囊；7-环形箍；8-封孔管；9-防塌管；10-通气管；11-接头套棘轮；12-可伸缩拖动式套管；13-钻头；14-注浆腔室；15-煤层；16-钻孔腔；17-气泵。
具体实施方式
下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明中提及的方位“前”、“后”等，仅用来表达相对的位置关系，而不受实际应用中任何具体方向参照的约束，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
本发明主要是针对低透松软煤层，尤其是坚固性系数小于0.5的高瓦斯松软煤层，解决其钻孔成孔率低以及封孔效果差的问题，通过如下步骤来提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性，具体如下：
首先参见图1和图3，图1和图3为钻孔装置及钻孔阶段的示意图，钻杆2与钻机1相连。
步骤一：在钻杆2外侧套有可伸缩拖动式套管12，钻杆2头部螺纹连接有钻头13，可根据钻孔需求更换不同尺寸的钻头13，所述钻头13与可伸缩拖动式套管12之间通过接头套棘轮11连接。当钻头13向前钻进时，可带动可伸缩拖动式套管12前伸。
进一步的，所述可伸缩拖动式套管12由多根长1～2m的套管连接组成，套管之间内壁光滑，并设有定向卡槽，防止套管脱落。
优选的，所述可伸缩拖动式套管12采用内外壁光滑、强度好、质量轻的抗静电、阻燃塑料管，其外壁上设有若干个蜂窝状透气孔，孔径在5mm左右，可方便煤层瓦斯通过气孔进入抽采管路。
步骤二：将钻杆2与钻机1相连后，带压风提钻，确保钻孔腔16内煤粉充分排出，然后向煤层深处钻孔，所述钻头13带动可伸缩拖动式套管12中的各层套管伸开，来支撑钻孔壁。
步骤三：钻孔达指定深度后，回转钻头13，将钻杆2和可伸缩拖动式套管12撤出钻孔腔16。
下面结合图2和图4、图5来展示注浆阶段的操作步骤。
步骤四：向钻孔腔16内放置直径为32mm的防塌管9至钻孔腔16底部，防止塌孔压孔。
步骤五：取一长度为20m，直径为50mm的封孔管8，在距其两端2m处分别用环形箍7固定一个柔性气囊6，将柔性气囊6箍紧到封孔管8上。两个柔性气囊6之间通过通气管10连接，靠近钻孔腔16位置的柔性气囊6通过注气管3与气泵17相连。
优选的，所述封孔管8和防塌管9包括PE花管。所述柔性气囊6材质采用聚氨酯材质，有很好的耐磨性和耐压性。
步骤六：在靠近钻孔腔16位置的柔性气囊6的上下两端分别固定一根注浆软管4和一根回浆软管5，其中，注浆软管4在下，回浆软管5在上，用于后面的注浆回浆。
优选的，所述注浆软管4和回浆软管5靠近钻孔腔16内侧部分超长于柔性气囊6固定处0.5m，防止软管开口处堵塞。
作为进一步的优选，所述回浆软管5出口端管口向上倾斜，使其高度略高于钻孔腔16高度。
步骤七：将封孔管8套在防塌管9上，钻孔腔16外留设0.3m的封孔管8，使用气泵17对两个柔性气囊6充气，使两个柔性气囊6与钻孔腔16内壁紧密贴合，并在两柔性气囊6之间形成15m长的密闭注浆腔室14。
步骤八：使用注浆泵连接注浆软管4对两个柔性气囊6之间的注浆腔室14进行注浆。
进一步的，注浆时用水将速凝猛涨封孔剂按照1:1的比例进行充分混合反应，用风动注浆泵连接注浆软管4灌注至注浆腔室14内。对于上行钻孔，采用“两堵一注”技术，一次性注浆，要求注浆压力不低于2Mpa；对于下行钻孔，采用“两堵两注”技术，分两步注浆，将所需注浆量的一半先注进钻孔，首次注浆压力应控制在1.5Mpa以内，防止注浆压力过高冲破50mm封孔管8封堵端头，造成注浆失败或无法加压，待0.5h后注浆液充分反应稳定后，进行第二次注浆，当回浆管回浆之后，表明已注满封闭空间，停止注浆，注浆压力要求要不低于2Mpa，保证注浆液注满、注实封闭空间，钻口壁周围裂隙得以充分充填。
步骤九：注浆完毕后拆除注浆装置，扎紧注浆软管4与回浆软管5，连接瓦斯抽采设施进行煤层瓦斯预抽，24h内小负压抽采，24h后正常负压抽采。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在钻杆(2)外侧套上可伸缩拖动式套管(12)，钻杆(2)头部连接钻头(13)，所述钻头(13)与可伸缩拖动式套管(12)之间通过接头套棘轮(11)连接；
步骤二：将钻杆(2)与钻机(1)相连，带压风提钻，向煤层深处钻孔，所述钻头(13)带动可伸缩拖动式套管(12)伸开，来支撑钻孔壁；
步骤三：钻孔达指定深度后，回转钻头(13)，将钻杆(2)和可伸缩拖动式套管(12)撤出钻孔腔(16)；
步骤四：向钻孔腔(16)内放置防塌管(9)至钻孔腔(16)底部；
步骤五：取一内径大于防塌管(9)外径的封孔管(8)，在其两端分别固定一个柔性气囊(6)，两个柔性气囊(6)之间通过通气管(10)连接，靠近钻孔腔(16)位置的柔性气囊(6)通过注气管(3)与气泵(17)相连；
步骤六：在靠近钻孔腔(16)位置的柔性气囊(6)的上下两端分别固定注浆软管(4)和回浆软管(5)，其中，注浆软管(4)在下，回浆软管(5)在上；
步骤七：将封孔管(8)套在防塌管(9)上，使用气泵(17)对两个柔性气囊(6)充气，使两个柔性气囊(6)与钻孔腔(16)内壁紧密贴合；
步骤八：使用注浆泵连接注浆软管(4)对两个柔性气囊(6)之间的封闭空间进行注浆；
步骤九：注浆完毕后拆除注浆装置，扎紧注浆软管(4)与回浆软管(5)，连接瓦斯抽采设施进行煤层瓦斯预抽。
2.根据权利要求1所述的一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，其特征在于，所述可伸缩拖动式套管(3)由多根长1～2m的套管连接组成，套管之间内壁光滑，并设有定向卡槽。
3.根据权利要求2所述的一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，其特征在于，所述可伸缩拖动式套管(3)的外壁上设有若干个透气孔。
4.根据权利要求1所述的一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，其特征在于，所述封孔管(8)和防塌管(9)包括PE花管。
5.根据权利要求1所述的一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，其特征在于，所述柔性气囊(6)外侧还设有一道或多道环形箍(7)，通过环形箍(7)将柔性气囊(6)箍紧到封孔管(8)上。
6.根据权利要求1所述的一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，其特征在于，所述环形箍(7)距离封孔管(8)两端1～3m。
7.根据权利要求5或6所述的一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，其特征在于，所述柔性气囊(6)材质包括聚氨酯材质。
8.根据权利要求1所述的一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，其特征在于，步骤六中注浆软管(4)和回浆软管(5)靠近钻孔腔(16)内侧部分超长于柔性气囊6固定处0.2～0.6m。
9.根据权利要求1或8所述的一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，其特征在于，步骤六中回浆软管(5)出口端管口高度高于钻孔腔(16)高度。
10.根据权利要求1所述的一种提高低透松软煤层抽采钻孔稳定性的方法，其特征在于，步骤八中注浆压力不低于2Mpa。
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