CN113738271A - 一种煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，所述方法包括如下步骤：在松软煤层采用开闭式钻头和钻杆进行钻孔，将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管送入孔内钻孔内，利用孔内钻杆将蘑菇头锥体工具在呈回卷收缩状态的膨胀割缝管内部给进并转动直至孔底位置，使全孔段呈回卷收缩状态的膨胀割缝管变形为全孔段膨胀式割缝管，从而完成膨胀式割缝管护壁完孔，将钻孔封闭，连接抽采管路进行瓦斯抽采作业。本发明利用蘑菇头锥体工具将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管进行张大膨胀，增大了割缝管直径，增大完孔护壁面积，解决了传统筛管直径小，抽采流量小的问题，提高了瓦斯抽采效率。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下钻孔完孔技术领域，尤其涉及一种煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法。
背景技术
瓦斯事故是我国煤矿安全的主要威胁，瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出和爆炸等事故的根本措施。钻孔抽采瓦斯技术作为防治煤与瓦斯突出事故的根本性措施之一，已被广泛采用，但在松软突出煤层中由于煤层松软，钻孔失稳塌孔严重，致使瓦斯抽采通道被堵，造成瓦斯抽采浓度低、抽采时间短等现象，影响瓦斯抽采效果。
近年来随着钻孔护壁工艺的提升，先后采用了瓦斯终孔提钻后下氯乙烯筛管技术和终孔后利用钻杆中空内下氯乙烯筛管随后退钻技术等各种完孔方法，一定程度上解决了钻孔垮落堵塞、抽采效果不理想的情况。
但随着矿井开采强度增加，瓦斯治理难度加大，现有钻进及完孔技术应用效果有限，越来越不能满足现实生产需要，主要存在以下问题：
(1)钻杆内中空下入氯乙烯筛管直径较小，一般为φ32mm，采用的可闭合钻头一般直径φ110mm、φ94mm，钻孔空间大量浪费，未被有效利用，抽采通道窄，单孔瓦斯抽采量较低。
(2)由于钻杆通孔有限，钻杆内中空下入氯乙烯筛管与钻杆内壁间隙小，磨阻大，氯乙烯筛管下入深度受限，导致有效抽采孔段较浅，无法实现区域抽采，导致钻孔工作量加大，增加了瓦斯治理的达标时间。
(3)瓦斯终孔提钻后下氯乙烯筛管方法可以下入较大直径筛管，但由于松软煤层稳定性差，钻孔内壁在成孔提钻后短时间即发生坍塌，导致筛管下入深度较浅甚至根本不能下入。
为满足煤矿区松软煤层瓦斯高效抽采的需求，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，研究设计了一种煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，以克服上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，解决了目前煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔氯乙烯筛管护壁技术存在的钻孔深度浅、氯乙烯筛管下深短、氯乙烯筛管直径较小，无法实现高效率抽采等不足，既可提高割缝管下入深度，又可增大割缝管管体直径，实现松软煤层高效抽采。
本发明所采用的技术方案：一种煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，包括如下步骤：
步骤S1，在松软煤层(3)采用开闭式钻头(7)和钻杆(5)进行钻孔(6)施工，所述钻杆(5)包括孔口钻杆和孔内钻杆，孔口钻杆与孔内钻杆连接；
步骤S2，钻进至设计深度后停止钻进，孔口钻杆卸下，留出孔内钻杆中空位置；
步骤S3，将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)从孔内钻杆中空下入钻孔(6)内；
步骤S4，将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)下入孔底，向前顶开开闭式钻头(7)并穿过所述开闭式钻头(7)；
步骤S5，结束下入呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)，退出孔内钻杆与开闭式钻头(7)；
步骤S6，在孔口将钻机(8)、孔内钻杆与蘑菇头锥体工具(2)连接，所述蘑菇头锥体工具(2)连接在孔内钻杆顶端；
步骤S7，将蘑菇头锥体工具(2)对准呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)中心，利用钻机(8)开始轴向前进并旋转；
步骤S8，呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)在蘑菇头锥体工具(2)的前进及转动下，逐步张开膨胀，形成膨胀式割缝管(4)；
步骤S9，利用孔内钻杆将蘑菇头锥体工具(2)在呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)内部给进并转动直至孔底位置，使全孔段呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)变形为全孔段膨胀式割缝管(4)；
步骤S10，提出孔内钻杆及蘑菇头锥体工具(2)，完成膨胀式割缝管(4)护壁完孔；
步骤S11，将钻孔(6)封闭，连接抽采管路进行瓦斯抽采作业。
在步骤S1钻孔之前，将钻机(8)、钻杆(5)、开闭式钻头(7)、呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)、蘑菇头锥体工具(2)移至钻孔(6)施工点。
优选的，步骤S1具体为在松软煤层(3)施工顺层钻孔。
优选的，步骤S1中选择开闭式钻头(7)尺寸为φ110mm，钻杆(5)尺寸为外径φ89mm、内径φ41mm；或者选择开闭式钻头(7)尺寸为φ94mm，钻杆(5)尺寸为外径φ73mm、内径φ35mm。
优选的，步骤S3中将长3m、最大外径φ20mm-φ30mm、多个呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)采用直插式连接方式。
优选的，步骤S8-S10的膨胀式割缝管(4)成型外径为φ60mm～φ80mm。
优选的，所述呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)加工过程为先进行管体割缝，然后进行回卷收缩作业。
优选的，步骤S1-S3中松软煤层(3)钻孔施工完成后，下入呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)前，充分清洗孔内煤粉煤屑。
优选的，步骤S3-S4中将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)从孔内钻杆中空连续下入钻孔(6)内，开始采用人力下入，后续利用钻机(8)给进力下入。
优选的，步骤S7-S10中蘑菇头锥体工具(2)匀速前进后退和同步慢速旋转，确保呈回卷收缩状态的膨胀割缝管等径膨胀，避免呈回卷收缩状态的膨胀割缝管受力不均匀导致破坏。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明采用呈回卷收缩状态的膨胀割缝管从孔内钻杆中空下入孔底完孔，与传统氯乙烯筛管相比，提高管体抗压强度及抗挤毁强度；
本发明采用呈回卷收缩状态的膨胀割缝管完孔，提出孔内钻杆后，采用蘑菇头锥体工具插入回卷收缩状态的膨胀割缝管内，利用钻机给进力，将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管张开膨胀，提高割缝管管体直径，增大完孔护壁面积，增大瓦斯抽采流量；
本发明利用回卷收缩状态的膨胀割缝管完孔，在孔内钻杆内下入时，割缝管呈回卷收缩状态，直径降至最小，增大与孔内钻杆内壁环空空间，减小下入时摩擦阻力，提高割缝管下入完孔深度，增加钻孔有效利用率，最终提高瓦斯抽采效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为呈回卷收缩状态的膨胀割缝管示意图；
图2为蘑菇头锥体工具张开膨胀式割缝管示意图；
图3为呈回卷收缩状态的膨胀割缝管下入孔内示意图。
附图中，1-回卷收缩状态的膨胀割缝管；2-蘑菇头锥体工具；3-松软煤层；4-膨胀式割缝管；5-钻杆；6-钻孔；7-开闭式钻头；8-钻机。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1：
本发明实施例提供了一种煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，包括如下步骤：
步骤S1，在松软煤层3施工顺层钻孔6，采用
开闭式钻头7、外径
和内径
钻杆5，进行钻孔6施工，钻杆5包括孔口钻杆和孔内钻杆，孔口钻杆与孔内钻杆连接；
步骤S2，钻进至设计深度后停止钻进，孔口钻杆卸下，留出孔内钻杆中空位置；
步骤S3，将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管1从孔内钻杆中空连续下入钻孔6内，开始采用人力下入，后续管体自重加大后利用钻机8给进力下入；
步骤S4，将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管1下入孔底，向前顶开开闭式钻头7并穿过开闭式钻头7；
步骤S5，结束下入呈回卷收缩状态的膨胀割缝管1，退出孔内钻杆与钻头7；
步骤S6，在孔口将钻机8、孔内钻杆与蘑菇头锥体工具2连接，蘑菇头锥体工具2连接在孔内钻杆顶端；
步骤S7，将蘑菇头锥体工具2对准呈回卷收缩状态的膨胀割缝管1中心，利用钻机开始轴向前进并旋转；
步骤S8，呈回卷收缩状态的膨胀割缝管1在蘑菇头锥体工具2的前进及转动下，逐步张开膨胀，形成膨胀式割缝管4；
步骤S9，利用孔内钻杆将蘑菇头锥体工具2在呈回卷收缩状态的膨胀割缝管1内部给进并转动直至孔底位置，使全孔段呈回卷收缩状态的膨胀割缝管1变形为全孔段膨胀式割缝管4；
步骤S10，提出孔内钻杆及蘑菇头锥体工具2，完成膨胀式割缝管4护壁完孔，膨胀式割缝管4成型外径
步骤S11，将钻孔6封闭，连接抽采管路进行瓦斯抽采作业。
在步骤S1钻孔之前，将钻机8、钻杆5、开闭式钻头7、呈回卷收缩状态的膨胀割缝管1、蘑菇头锥体工具2移至钻孔施工点。
上述步骤中呈回卷收缩状态的膨胀割缝管1加工过程为先进行管体割缝，然后进行回卷收缩作业。
上述步骤中松软煤层钻孔施工完成后，下入呈回卷收缩状态的膨胀割缝管前，应充分清洗孔内煤粉煤屑。
步骤S2中将长3m、最大外径
呈回卷收缩状态的膨胀割缝管1采用直插式连接，最大程度减少接头外径，最大程度减少作业时间及工序。
上述步骤中蘑菇头锥体工具在前进扩大呈回卷收缩状态的膨胀割缝管及从膨胀式割缝管中回退时，应采用匀速缓慢前进、回退及同步慢速旋转，确保膨胀割缝管等径膨胀，及避免膨胀割缝管受力不均匀导致破坏。
实施例2：
实施例2相对于实施1的区别在于步骤S1中的开闭式钻头7尺寸为φ94mm，所述钻杆5尺寸为外径φ73mm、内径φ35m。
本发明的方法利用呈回卷收缩状态的膨胀割缝管进行松软煤层护壁及完孔，通过回卷收缩后较细的管体，增大了管体下入空间，减少了管壁和孔内钻杆内壁磨阻，延长了割缝管下入深度，解决了常规聚乙烯筛管下入深度浅的问题，利用蘑菇头锥体工具将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管进行张大膨胀，增大了割缝管直径，解决了传统筛管直径小，抽采流量小的问题，提高了瓦斯抽采效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，包括如下步骤：
步骤S1，在松软煤层(3)采用开闭式钻头(7)和钻杆(5)进行钻孔(6)施工，所述钻杆(5)包括孔口钻杆和孔内钻杆，孔口钻杆与孔内钻杆连接；
步骤S2，钻进至设计深度后停止钻进，孔口钻杆卸下，留出孔内钻杆中空位置；
步骤S3，将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)从孔内钻杆中空下入钻孔(6)内；
步骤S4，将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)下入孔底，向前顶开开闭式钻头(7)并穿过所述开闭式钻头(7)；
步骤S5，结束下入呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)，退出孔内钻杆与开闭式钻头(7)；
步骤S6，在孔口将钻机(8)、孔内钻杆与蘑菇头锥体工具(2)连接，所述蘑菇头锥体工具(2)连接在孔内钻杆顶端；
步骤S7，将蘑菇头锥体工具(2)对准呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)中心，利用钻机(8)开始轴向前进并旋转；
步骤S8，呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)在蘑菇头锥体工具(2)的前进及转动下，逐步张开膨胀，形成膨胀式割缝管(4)；
步骤S9，利用孔内钻杆将蘑菇头锥体工具(2)在呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)内部给进并转动直至孔底位置，使全孔段呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)变形为全孔段膨胀式割缝管(4)；
步骤S10，提出孔内钻杆及蘑菇头锥体工具(2)，完成膨胀式割缝管(4)护壁完孔；
步骤S11，将钻孔(6)封闭，连接抽采管路进行瓦斯抽采作业。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，其特征在于：在步骤S1钻孔之前，将钻机(8)、钻杆(5)、开闭式钻头(7)、呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)、蘑菇头锥体工具(2)移至钻孔(6)施工点。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，其特征在于：所述步骤S1中的钻孔(6)为顺层钻孔，所述开闭式钻头(7)尺寸为φ110mm，所述钻杆(5)尺寸为外径φ89mm、内径φ41mm。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，其特征在于：所述步骤S1中的钻孔(6)为顺层钻孔，所述开闭式钻头(7)尺寸为φ94mm，所述钻杆(5)尺寸为外径φ73mm、内径φ35mm。
5.根据权利要求3或4所述的煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，其特征在于：所述步骤S3中的呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)长度为3m，最大外径为φ20mm-φ30mm，所述步骤S10的膨胀式割缝管(4)成型外径为φ60mm-φ80mm。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，其特征在于：多个所述步骤S3中呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)采用直插式连接。
7.根据权利要求1所述的煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，其特征在于：所述呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)加工过程为先进行管体割缝，然后进行回卷收缩作业。
8.根据权利要求1所述的煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，其特征在于：所述步骤S1-S3中松软煤层(3)钻孔施工完成后，下入呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)前，清洗孔内煤粉煤屑。
9.根据权利要求1所述的煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，其特征在于：所述步骤S7-S10中蘑菇头锥体工具(2)匀速前进后退和同步慢速旋转。
10.根据权利要求1所述的煤矿井下松软煤层膨胀式割缝管完孔方法，其特征在于：所述步骤S3-S4中将呈回卷收缩状态的膨胀割缝管(1)从孔内钻杆中空连续下入钻孔(6)内，开始采用人力下入，后续利用钻机(8)给进力下入。
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