CN116752934B - 一种钻孔内壁喷涂护孔工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于采气钻孔的护孔技术领域，特别提供了一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，应用了作业车、空心钻杆、破碎钻头和双孔喷头，具体工艺流程如下：步骤一、在常规的钻孔施工完毕且钻杆及钻头全部退出钻孔后，将破碎钻头、双孔喷头及空心钻杆下放至钻孔内；步骤二、破碎钻头沿钻孔推进，同时逐节拼接空心钻杆，直至破碎钻头下放至钻孔的最深处；步骤三、将压风注浆设备与进料管连接；步骤四、开始注浆操作，启动压风注浆设备，护孔材料从双孔喷头处喷出的同时，空心钻杆、破碎钻头和双孔喷头整体缓慢回撤。在松软煤层中钻孔的孔壁分段喷涂护孔材料，在钻孔内形成分段的短环带，可以预先支护住即将垮落破坏的煤体，起到主动支护的效果。
Description
技术领域
本发明属于采气钻孔的护孔技术领域，特别提供了一种钻孔内壁喷涂护孔工艺。
背景技术
钻孔抽采瓦斯工艺作为防治煤矿瓦斯灾害事故的重要措施，已被广泛应用，该工艺经历了传统退钻裸眼瓦斯抽采技术、普通下放护管瓦斯抽采技术等阶段，在坚固性系数大、透气性好的本煤层钻孔中取得了很好的瓦斯抽采效果，但是在具有煤质松软、渗透性极差、瓦斯含量高、压力大等特点的松软突出煤层中，效果普遍不佳，其抽采效率低是由多方面的因素造成的，其中包括：钻孔成孔深度、护孔护管下放深度浅，塌孔，煤层透气性问题，封孔质量问题等。
对于松软突出煤层中由于煤质碎软，在钻孔施工过程中就容易出现喷孔、垮孔、卡钻等异常现象，导致钻孔成孔率低、成孔深度浅，打钻过程中钻孔深度一般不超100m，通过对钻具的改进、钻进过程中塌孔机理等的研究已经有了很大的改善；
而针对成孔后钻孔塌孔堵塞瓦斯抽放通道的难题，目前某些矿务局开发了下放护管瓦斯抽采工艺技术。其工艺过程为通过成孔后退钻下入瓦斯抽放护管来保证钻孔瓦斯通道的畅通，以此避免钻孔垮塌对瓦斯排放通道的影响。就使用情况来看，当孔内护管下入的深度有保证时，其瓦斯抽采效果表现十分突出。
但在松软煤层进行钻孔施工时，由于松软煤层成孔性差、孔壁极不稳定，造成该工艺目前存在的最大问题就是无法保证完孔退钻后护管的有效下放深度，即实际操作过程中，钻杆退出钻孔后，因周围煤层质地松软而立即出现坍塌，后续的护管下管操作受阻；
在破碎围岩进行高低位定向长钻孔施工时，传统工艺是将钻具全部退出钻孔，采用人工下放筛管，直至将筛管下放至无法继续推入时，利用带压注浆封孔的方式进行封孔，连网抽采。该定向长钻孔在施工过程中存在的断层多、地层破碎、煤线多造成的成孔难；由于泥岩缩颈、钻孔坍塌、堵塞通道造成护孔难；下管工艺流程复杂、遇阻后难处理；
最终导致护管的有效下放深度不足实际钻孔深度的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，应用了作业车、空心钻杆、破碎钻头和双孔喷头；
作业车上除常规井下作业设备外还额外搭载了钻杆拼接设备和压风注浆设备，将护孔材料从作业位置输送至钻孔深处；
空心钻杆为多节拼接式的中空钻杆，多节空心钻杆能够首尾相接不断延长，空心钻杆的内部穿入两个进料管，进料管用于连接双孔喷头与压风注浆设备，空心钻杆的最前端装配有驱动机构；
破碎钻头是与钻孔施工钻头规格相当的钻具；
双孔喷头装配于空心钻杆的前端，破碎钻头装配于双孔喷头的前端，且双孔喷头两个喷头的喷射方向均为径向，破碎钻头采用前置驱动的驱动方式，即破碎钻头转动时空心钻杆不转动；
一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，其具体工艺流程如下：
步骤一、在常规的钻孔施工完毕且钻杆及钻头全部退出钻孔后，将破碎钻头、双孔喷头及空心钻杆下放至钻孔内；
步骤二、破碎钻头沿钻孔推进，同时逐节拼接空心钻杆，直至破碎钻头下放至钻孔的最深处；
步骤三、将压风注浆设备与进料管连接；
步骤四、开始注浆操作，启动压风注浆设备，护孔材料从双孔喷头处喷出的同时，空心钻杆、破碎钻头和双孔喷头整体缓慢回撤；
步骤五、待空心钻杆和破碎钻头完全退出钻孔后，将封孔器下入钻孔内，对钻孔做带压注浆封孔处理。
进一步地，所述步骤二中，破碎钻头下放过程中如果出现阻滞现象，则启动驱动机构，带动破碎钻头转动，对钻孔内坍塌的部分进行二次破碎，以保证破碎钻头能够延伸至钻孔的最深处。
进一步地，两个所述进料管分别为第一进料管和第二进料管，护孔材料包括两种不同的液态无机材料，两种液态无机材料混合后能够发生反应迅速固化，第一进料管和第二进料管分别输送两种不同的液态无机材料。
进一步地，所述步骤四中，针对在松软煤层内的钻孔，采用间隔喷涂方式。
进一步地，所述步骤四中，针对在破碎围岩内高低位定向长钻孔，采用全长喷涂方式。
进一步地，所述驱动机构为气动马达，空心钻杆内穿入有导气管，作业车上还配备有高压供气设备，高压供气设备和气动马达之间通过导气管连通，气动马达的输出端与破碎钻头和双孔喷头同轴固定连接。
进一步地，两个所述进料管均为软管。
使用本发明的有益效果是：
应用本工艺，能够在松软煤层中钻孔的孔壁分段喷涂护孔材料，在钻孔内形成分段的短环带，可以预先支护住即将垮落破坏的煤体，起到主动支护的效果，防治钻孔堵塞。同时，由于钻孔孔壁分段喷涂，钻孔内未喷涂段自由空间内的煤层气可以被快速抽出，相较于常规的瓦斯抽采筛管有着更好的抽采效果，进而保证钻孔的煤层气抽采效率；
采用本发明后，通过在高低位定向长钻孔中破碎围岩段全段孔壁喷涂护孔材料，可以对破碎围岩形成预支应力，起到主动支撑的作用效果，形成孔内围岩强度加固，防治钻孔堵塞。在回采过程中，可以减缓回采时工作面超前压力对高低位定向钻孔的影响。
附图说明
图1为本发明实施时施工区域的示意图；
图2为本发明实施时钻孔内的工况示意图；
图3为本发明实施于松软煤层内的钻孔时钻孔内的环带示意图；
图4为本发明实施于破碎围岩内高低位定向长钻孔时钻孔内的环带示意图；
附图标记包括：1-巷道；2-作业车；201-钻杆拼接设备；202-压风注浆设备；203-高压供气设备；3-煤体；4-钻孔；5-空心钻杆；501-固定件；6-破碎钻头；7-双孔喷头；8-气动马达；9-第一进料管；10-第二进料管；11-导气管；12-钻杆支护套壳；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
在常规钻孔施工结束后，开始实施一种钻孔内壁喷涂护孔工艺。
实施例一
参照图1-图2，一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，应用了作业车2、空心钻杆5、破碎钻头6和双孔喷头7；
其中，作业车2上除常规井下作业设备外还额外搭载了钻杆拼接设备201和压风注浆设备202，将护孔材料从作业位置输送至钻孔深处；
空心钻杆5为多节拼接式的中空钻杆，多节空心钻杆5能够首尾相接不断延长，空心钻杆5的内部穿入两个进料管，进料管用于连接双孔喷头7与压风注浆设备202，空心钻杆5的最前端装配有驱动机构；
具体地，空心钻杆5的内部设置有固定件501，用于固定进料管；
破碎钻头6是与钻孔施工钻头规格相当的钻具；
双孔喷头7装配于空心钻杆5的前端，破碎钻头6装配于双孔喷头7的前端；
其中，双孔喷头7两个喷头的喷射方向均为径向，破碎钻头6采用前置驱动的驱动方式，即破碎钻头6转动时空心钻杆5不转动；
空心钻杆5的前端套接有钻杆支护套壳12，且钻杆支护套壳12位于双孔喷头7后侧。
一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，其具体工艺流程如下：
步骤一、在常规的钻孔施工完毕且钻杆及钻头全部退出钻孔4后，将破碎钻头6、双孔喷头7及空心钻杆5下放至钻孔4内；
步骤二、破碎钻头6沿钻孔4推进，同时逐节拼接空心钻杆5，直至破碎钻头6下放至钻孔4的最深处；
二次钻进过程中，利用破碎钻头6排出的压风，将钻孔4内的钻屑排出；
步骤三、将压风注浆设备202与进料管连接；
步骤四、开始注浆操作，启动压风注浆设备202，护孔材料从双孔喷头7处喷出的同时，空心钻杆5、破碎钻头6和双孔喷头7整体缓慢回撤；
步骤五、待空心钻杆5和破碎钻头6完全退出钻孔4后，将封孔器下入钻孔4内，对钻孔4做带压注浆封孔处理，至此完成钻孔内壁的喷涂护孔处理；
待静置时间达到护孔材料固化周期的时长后，即可继续后续的联管抽采工序。
具体地，驱动机构为气动马达8，空心钻杆5内穿入有导气管11，作业车2上还配备有高压供气设备203，高压供气设备203和气动马达8之间通过导气管11连通，气动马达8的输出端与破碎钻头6和双孔喷头7同轴固定连接；
其中，导气管11采用耐高压软管。
实施例二
相较于实施例一，本实施例的区别在于：
具体的，步骤二中，破碎钻头6下放过程中如果出现阻滞现象（说明钻孔4内部出现了局部坍塌现象），则启动驱动机构，带动破碎钻头6转动，对钻孔4内坍塌的部分进行二次破碎，以保证破碎钻头6能够延伸至钻孔的最深处。
护孔材料包括两种不同的液态无机材料，两种液态无机材料混合后能够发生反应迅速固化；
两个进料管分别为第一进料管9和第二进料管10，第一进料管9和第二进料管10分别输送两种不同的液态无机材料；
考虑到注浆操作实施过程中，双孔喷头7处于转动状态下，第一进料管9和第二进料管10的喷射轨迹为螺旋形，根据喷射轨迹的宽度，调整空心钻杆5、破碎钻头6和双孔喷头7整体的回撤速度，即可保证两种液态无机材料等量均匀混合（第一进料管9和第二进料管10的轨迹有50%的重合，且螺旋路径能够形成闭合的管道）。
具体地，第一进料管9和第二进料管10均为软管；
液态无机材料主要由纯净水、聚酯醚、纤维素、增稠剂、膨润土、乳液、乙二醇、成膜助剂、白晶砂、防腐剂等成分混合而成。
实施例三
相较于实施例一或实施例二，本实施例的区别在于：
步骤四的具体流程为：
参照图3，针对在松软煤层内的钻孔，采用间隔喷涂方式，即双孔喷头7间歇的开启，在钻孔的内壁上分段喷涂，形成多个等间距且等长度的短环带；
具体的，以孔径为200～300mm的钻孔为例，每处短环带的长度为200～300mm，两个短环带间隔距离为100～150mm，喷涂厚度为10～15mm。
实施例四
相较于实施例一或实施例二，本实施例的区别在于：
步骤四的具体流程为：
参照图4，针对在破碎围岩内高低位定向长钻孔，采用全长喷涂方式，即不间断的在钻孔内壁上喷涂，形成一个连贯的长环带；
具体的，以孔径为200～300mm的钻孔为例，喷涂厚度为10～15mm。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，其特征在于：应用了作业车、空心钻杆、破碎钻头和双孔喷头；
作业车上除常规井下作业设备外还额外搭载了钻杆拼接设备和压风注浆设备，将护孔材料从作业位置输送至钻孔深处；
空心钻杆为多节拼接式的中空钻杆，多节空心钻杆能够首尾相接不断延长，空心钻杆的内部穿入两个进料管，进料管用于连接双孔喷头与压风注浆设备，空心钻杆的最前端装配有驱动机构；
破碎钻头是与钻孔施工钻头规格相匹配的钻具；
双孔喷头装配于空心钻杆的前端，破碎钻头装配于双孔喷头的前端，且以钻孔为基准双孔喷头两个喷头的喷射方向均为径向，破碎钻头采用前置驱动的驱动方式，即破碎钻头转动时空心钻杆不转动；
驱动机构为气动马达，且空心钻杆内穿入有导气管，作业车上还配备有高压供气设备，高压供气设备和气动马达之间通过导气管连通，气动马达的输出端与破碎钻头和双孔喷头同轴固定连接；
一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，其具体工艺流程如下：
步骤一、在常规的钻孔施工完毕且钻杆及钻头全部退出钻孔后，将破碎钻头、双孔喷头及空心钻杆下放至钻孔内；
步骤二、破碎钻头沿钻孔推进，同时逐节拼接空心钻杆，直至破碎钻头下放至钻孔的最深处；
步骤三、将压风注浆设备与进料管连接；
步骤四、开始注浆操作，启动压风注浆设备，护孔材料从双孔喷头处喷出的同时，空心钻杆、破碎钻头和双孔喷头整体缓慢回撤；
两个进料管分别为第一进料管和第二进料管，护孔材料包括两种不同的液态无机材料，两种液态无机材料混合后能够发生反应迅速固化，第一进料管和第二进料管分别输送两种不同的液态无机材料；
喷涂过程中，双孔喷头随气动马达转动，两个喷口所喷出护孔材料的轨迹呈螺旋形，且通过调整空心钻杆、破碎钻头和双孔喷头整体缓慢回撤速度，保证轨迹有50%的重合，螺旋路径能够形成闭合的管道；
当孔径为200～300mm时，喷涂厚度为10～15mm；
步骤五、待空心钻杆和破碎钻头完全退出钻孔后，将封孔器下入钻孔内，对钻孔做带压注浆封孔处理。
2.根据权利要求1中所述的一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，其特征在于：所述步骤二中，破碎钻头下放过程中如果出现阻滞现象，则启动驱动机构，带动破碎钻头转动，对钻孔内坍塌的部分进行二次破碎，以保证破碎钻头能够延伸至钻孔的最深处。
3.根据权利要求1中所述的一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，其特征在于：所述步骤四中，针对在松软煤层内的钻孔，采用间隔喷涂方式。
4.根据权利要求1中所述的一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，其特征在于：所述步骤四中，针对在破碎围岩内高低位定向长钻孔，采用全长喷涂方式。
5.根据权利要求1中所述的一种钻孔内壁喷涂护孔工艺，其特征在于：两个所述进料管均为软管。
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