CN117345226A - 一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法，包括：钻杆钻进至见煤点后先下套管I，将岩层与套管内部隔开，然后在套管I内再下套管II，对岩层中地层水进行加强防护，保证后续封孔效果。在套管I与岩层、套管I与套管II及套管II内分先后顺序进行注浆，凝固后注浆体及套管对岩层中地层水形成多级防护，然后在套管I内钻进煤层并建立煤层测压室，下设测压套件后将钻孔内注浆填实。本发明的施工方法可以有效防止复杂含水地层条件下的地层水对后续瓦斯压力测定工作产生影响，为瓦斯压力准确测定创造安全条件。
Description
技术领域
本发明涉及煤层瓦斯参数测定技术领域，具体涉及一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法。
背景技术
在复杂含水地质条件中，往往存在粉砂岩等易富水岩层，加之断层导通地层水后在易富水岩层中形成富含水层，其特点是出水点多，出水量大。为了实现煤层瓦斯测定，在施工煤层穿层钻孔过程中，若煤层下方有含水层，会造成钻孔施工过程困难、注浆封孔效果差甚至钻孔报废等问题，直接影响煤层瓦斯压力的准确测定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法，可以实现复杂含水地质条件下的煤层瓦斯压力精准测定。
为实现上述目的，本发明的一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法，包括：
步骤S1、采用直径为D1的钻头施工至见煤点后停止钻取，然后采用不同直径的多个钻头先后扩孔，钻取及扩孔的钻头直径依序增大；
步骤S2、在扩孔后的钻孔内下设直径为D2的套管I，套管I上端至见煤点；在套管I与岩层间用注浆管进行注浆固管；
步骤S3、在套管I内下设直径为D3的套管II，套管II上端至见煤点以上0.1-0.3m；在套管II内下返浆管，返浆管下至见煤点；
步骤S4、先用注浆管在套管I与套管II之间的空间内高压注浆固管；然后用注浆管对套管II内的空间进行高压注浆，注浆至返浆管返出浆后停止注浆，将注浆管与返浆管抽出，待注浆凝固；
步骤S5、采用直径为D1的钻头从套管II内凝固的浆体中钻孔至见煤点，将钻孔内钻进产生的煤渣排出后撤出钻头；更换为取样钻头，钻进见煤点以上0.5-1m，对煤层取样后撤回，采回的煤样用于瓦斯含量测定；然后用直径大于D1的钻头进行扩孔至见煤点以上0.5-1m处；
步骤S6、对煤层瓦斯进行测压，具体包括：
S6.1、下置测压套件，测压套件包括中空管和三个囊袋，中空管头部设有测压花管，测压花管内设有测压传感器，中空测压花管送到见煤点至以上0.5-1m之间的煤层测压室内；
S6.2、三个囊袋分别安装在孔口处、见煤点处和距见煤点以上0.1-0.3m处，每个囊袋均带有注浆管，先对孔口处囊袋注浆，然后对见煤点处囊袋注浆，最后对见煤点以上0.1-0.3m处囊袋注浆；孔口处囊袋注浆完成后，继续向钻孔内注浆；在中空管上部设有返浆三通，待中空管内有注浆从管底端流出，停止注浆；
S6.3、待注浆凝固后，测压传感器工作，对煤层测压室内的瓦斯压力进行测定。
进一步地，在步骤S4中，注浆浆液按水与水泥按1:0.8的比例混合，并加入水玻璃。
进一步地，在步骤S4中，对套管I与套管II之间及套管II内部进行注浆时，采用阶梯式逐次少量升压注浆方式，首次注浆至注浆压力1MPa后，以0.5MPa为压力梯度，逐次少量注浆，最终注浆压力达到6MPa后停止注浆，侯凝不少于24h。
进一步地，在步骤S1中，用于钻取的钻头的直径D1取值为94mm，扩孔用的钻头直径依序为133mm、153mm、198mm。
进一步地，在步骤S2中，套管I的直径D2取值为146mm。
进一步地，在步骤S3中，套管II的直径D3取值为108mm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用双层套管的方式，外层套管(即套管I)固孔后，再下内层套管(即套管II)形成双层套管，其中外层套管可以起到固孔和隔绝岩层的作用，复杂岩层中的少量或局部积聚岩层水可直接从管外部空间流出，若岩层中为流动性岩层水，内层套管(即套管II)则进一步阻挡水渗透进入煤层测压空间中，为后续的测压施工流程提供更加安全的条件；同时，设置双套管可以防止出现测压施工受到富水含层的影响导致整个施工崩溃的风险；
(2)在套管I外、套管I与套管II之间及套管II内部进行高压注浆，可将套管I与套管II之间产生的空间填实，在下测压套件之前，其周围可产生一定厚度的安全防护层；
(3)本发明在各级注浆过程中采用阶梯式逐级增压的方式进行注浆，可以防止对套管I和套管II冲击过大继而挤压损坏套管，从而可以管控注浆后的整体封堵质量。
附图说明
图1是本发明步骤过程中的下设双套管后的现场状态示意图；
图2是本发明步骤过程中的双套管注浆后的现场状态示意图；
图3是本发明步骤过程中的在套管内扩孔的现场状态示意图；
图4是本发明步骤过程中的下设测压套件的现场状态示意图；
图中，1-煤层，2-岩层，3-套管I，4-套管II，5-孔口，6-见煤点，7-煤层测压室，8-囊袋I，9-囊袋II，10-囊袋III，11-中空管，12-测压花管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法，定向钻进装备为主体，配套相应钻进钻具进行单组钻孔施工，包括如下步骤：
步骤S1、采用Φ94mm钻头施工至见煤点6后提钻，依次采用Φ133mm、Φ153mm、Φ198mm钻头扩孔。施工过程中要在原始记录本上准确记录钻遇煤岩性、出水情况、见煤岩位置、孔深等。
步骤S2、如图1和图2所示，全程下设Φ146mm套管I3，在套管I3与岩层2间设注浆管进行注浆固管并侯凝不少于2h。在套管I3与岩层2间用注浆管进行注浆固管，将岩层2与套管内待用空间隔开。注浆按水灰比1:0.8配比水泥浆，适当加入水玻璃。
步骤S3、如图1和图2所示，下设Φ108mm套管II4至到见煤点6以上0.1米，将套管II4上部打入到煤层中一定深度，可以防止岩层2内的水进入到后续施工形成的煤层测压室7内部。利用Φ146mm套管孔口管闷盘下设注浆管和返浆管，返浆管下至孔底见煤点6处。见煤点6即煤层1与岩层2之间的分界点或分界面。
步骤S4、对套管I3与套管II4之间的空间及套管II4内部进行注浆。先注稀浆后注稠浆，注浆至返浆管返浓浆后扎死返浆管，通过阶梯式逐次少量升压注浆方式，最终注浆压力达到6MPa后停止注浆，侯凝不少于12h。阶梯式升压方式可以防止套管I3和套管II4损坏，实现稳定施工。
步骤S5、采用直径为Φ94mm的钻头从套管II4内凝固的浆体中钻孔至见煤点6，将钻孔内钻进产生的煤渣排出后撤出钻头；更换为取样钻头，钻进煤层1，对煤层1取样后撤回，采回的煤样用于瓦斯含量测定；然后用直径为Φ133mm的钻头进行扩孔至见煤点6以上0.5m处，其状态如图3所示。
步骤S6、对煤层瓦斯进行测压，具体包括：
S6.1、下置测压套件，测压套件包括中空管11和三个囊袋，中空管11头部设有测压花管12，内部设有测压传感器，测压花管12送到见煤点6以上0.1m至0.5m之间的煤层测压室7内；
S6.2、三个囊袋为囊袋I8、囊袋II9和囊袋III10，分别安装在孔口5处、见煤点6处和距见煤点6以上0.1米处，每个囊袋均带有注浆管。先对孔口处囊袋I8注浆，然后对见煤点6处囊袋II9注浆，最后对见煤点6以上0.1米处囊袋III10注浆。孔口处囊袋I8注浆完成后，继续向钻孔内注浆；在中空管11上部设有返浆三通，待中空管11内有注浆从管底端流出，停止注浆，注浆之后的状态如图4所示。
S6.3、待注浆凝固后，测压传感器工作，对煤层1内的瓦斯压力进行测定。瓦斯压力测定一般在两周左右。
煤层瓦斯压力的准确测定对后续煤层开采的安全性有重要的影响，因此，针对富含水层钻孔施工，一方面要保证瓦斯测压前的施工体的稳定，另一方面要保证煤层测压室7内不被富含水层干扰(进水)，从而可以稳定地测定，准确测压。本发明针对上述问题，首先采用两个套管，即套管I3和套管II4对富水岩层中可能存在地层水进行防护，形成第一级防护。然后分别在套管I3内部注浆，在套管I3和套管II4之间注浆，形成第二级防护；第二级防护一方面是将两个套管在岩层2内固定，另一方面其形成了一个多层级的包裹或防护，可以将复杂地质条件下富水岩层的水隔绝在套管之外。然后在套管II4内再注浆，形成三级防护；在对套管II4内的注浆体扩孔后，又在安装测压套件后在钻孔内再进行注浆，形成第四级防护。本发明先下套管I3，然后再下套管II4，之后再进行多级注浆，层层递近，精细施工，从而可以很好地防止复杂地质条件下富水岩层中地层水渗入钻孔测压气室内部，对煤层测压室7进行有效保护。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法，其特征在于，包括：
步骤S1、采用直径为D1的钻头施工至见煤点后停止钻取，然后采用不同直径的多个钻头先后扩孔，钻取及扩孔的钻头直径依序增大；
步骤S2、在扩孔后的钻孔内下设直径为D2的套管I，套管I上端至见煤点；在套管I与岩层间用注浆管进行注浆固管；
步骤S3、在套管I内下设直径为D3的套管II，套管II上端至见煤点以上0.1-0.3m；在套管II内下返浆管，返浆管下至见煤点；
步骤S4、先用注浆管在套管I与套管II之间的空间内高压注浆固管；然后用注浆管对套管II内的空间进行高压注浆，注浆至返浆管返出浆后停止注浆，将注浆管与返浆管抽出，待注浆凝固；
步骤S5、采用直径为D1的钻头从套管II内凝固的浆体中钻孔至见煤点，将钻孔内钻进产生的煤渣排出后撤出钻头；更换为取样钻头，钻进见煤点以上0.5-1m，对煤层取样后撤回，采回的煤样用于瓦斯含量测定；然后用直径大于D1的钻头进行扩孔至见煤点以上0.5-1m处；
步骤S6、对煤层瓦斯进行测压，具体包括：
S6.1、下置测压套件，测压套件包括中空管和三个囊袋，中空管头部设有测压花管，测压花管内设有测压传感器，中空测压花管送到见煤点至以上0.5-1m之间的煤层测压室内；
S6.2、三个囊袋分别安装在孔口处、见煤点处和距见煤点以上0.1-0.3m处，每个囊袋均带有注浆管，先对孔口处囊袋注浆，然后对见煤点处囊袋注浆，最后对见煤点以上0.1-0.3m处囊袋注浆；孔口处囊袋注浆完成后，继续向钻孔内注浆；在中空管上部设有返浆三通，待中空管内有注浆从管底端流出，停止注浆；
S6.3、待注浆凝固后，测压传感器工作，对煤层内的瓦斯压力进行测定。
2.根据权利要求1所述的一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法，其特征在于，在步骤S4中，注浆浆液按水与水泥按1:0.8的比例混合，并加入水玻璃。
3.根据权利要求2所述的一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法，其特征在于，在步骤S4中，对套管I与套管II之间及套管II内部进行注浆时，采用阶梯式逐次少量升压注浆方式，首次注浆至注浆压力1MPa后，以0.5MPa为压力梯度，逐次少量注浆，最终注浆压力达到6MPa后停止注浆，侯凝不少于24h。
4.根据权利要求1所述的一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法，其特征在于，在步骤S1中，用于钻取的钻头的直径D1取值为94mm，扩孔用的钻头直径依序为133mm、153mm、198mm。
5.根据权利要求1所述的一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法，其特征在于，在步骤S2中，套管I的直径D2取值为146mm。
6.根据权利要求1所述的一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法，其特征在于，在步骤S3中，套管II的直径D3取值为108mm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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