[发明专利]长钻孔定位施工工艺

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种煤矿钻机施工技术，具体为一种长钻孔定位施工工艺。

背景技术

瓦斯抽放是煤矿安全生产的一个重要保障措施，在煤矿采煤作过程中，经常要利用到千米钻机对目标区域进行打钻孔。施工工艺一般为设计钻孔，开孔，钻进。利用千米钻机进行长钻孔定位钻进与传统的旋转钻进方式完全不同，其工作原理见图1所示：高压水通过钻杆输送至孔底马达，孔底马达的转子在高压水的作用下通过U型接头、前端轴承带动钻头旋转，在钻进过程中，钻杆不作旋转运动，这样便有效地减小了钻机负载。钻机通过钻杆和孔底马达将推力传送至钻头，其方向沿着弯接头轴线方向，弯接头和钻杆之间有一定夹角而不是成一条直线通常为（0.75°、l°、1.25°、1.5°、2°），因而，钻孔的轨迹将不再是一条直线而是一条偏向弯接头方向的空间曲线。

《矿业安全与环保》2009年8月记载了“VLD深孔定向千米钻机在大宁矿井的实施工艺及应用”一文。介绍了如何使用千米钻机实施钻孔抽放的基本技术方案。任何一种钻进技术都有其地质条件要求，深孔定向钻进要求开孔倾角一般在-5°（下行孔）至10°之间，由于下行孔排渣困难，因此当钻孔深度要求在300m以上时应避免施工下行孔。钻进过程中应无较强的垮孔现象，同时，钻孔区域内应无较强的磁性区域和强烈的破碎带。受煤层条件影响，某些区域使用千米钻机施工模块抽放钻孔过程中，存在打不成孔和无法实现安全施工的问题。当钻孔轨迹布置在构造煤内时，由于排渣介质（水）高密度（相对于风来说）、高压力（6~8MPa）的特点，造成对孔壁的破坏，导致塌孔、压钻。从而影响钻进速度。   

发明内容

本发明为了解决在复杂煤层条件下，采用水排渣的千米钻机如何安全地打成钻孔，从而实现递进式模块抽放替代掘进巷道密集孔抽放，并保证安全施工，降低成本的技术问题而提供了一种长钻孔定位施工工艺。

本发明是由以下技术方案实现的，一种长钻孔定位施工工艺，步骤为（1）移机定位，（2）开孔注浆，（3）钻进，（4）联孔抽放；

移机定位，钻机开孔高度控制在1.3~1.8m之间，钻机固定后要保证孔口顺直。 

开孔注浆，在开孔前用石膏封住封孔管的底端，封孔管内的注浆管要露出10mm的长度，封堵长度为150mm，将φ20mm注浆管用胶布缠在封孔管上，缠绕间距为50cm，使用钻杆和扩孔钻头开孔，钻进至5.3m处停止钻进；反复洗孔将孔内煤渣冲尽；将一端已经用石膏封闭的封孔管下入钻孔内，孔外端超出煤壁20cm，用石膏对封孔管与煤壁间隙进行封闭，其封闭深度不小于40cm，要求封严填实，孔口周围煤壁应用石膏满敷，孔口封堵后静待石膏凝固后才能进行注浆操作；注浆：将注浆管接上封孔泵进行注浆操作。（开孔段为上行孔时，孔口为注浆管，孔底为排气管。开孔段为下行孔时，孔口为排气管，孔底为注浆管。）注浆完成后封孔，封孔完毕后应静置使水泥浆凝固后才能进行打钻；安装孔口设施：封孔后进行孔口安全设施的安装，校正弯头方向，加接钻杆直到孔底马达、孔底工具以及铜钻杆全部进入孔内。

钻进，接续钻杆，开分支，分支点的选择：开分支点应选择在方位角与分支目标方位角偏差较小的区段，同时应保证DGS（钻机导向系统）处于可打层位内，不得在软煤塌孔段开分支。轨迹控制，实钻轨迹倾角、方位角控制在每3m变化1.5°以内，钻孔轨迹要平滑。 退钻，退钻时要使用前后推拉旋转反复洗孔法。其操作顺序为：退钻1m，洗孔至返水变清；观察返水压力和液压泵油压力正常后开始退钻；钻杆在退至分支点、轨迹变化较大区段前要先进行洗孔，正常后再进行退钻。

联孔抽放：定向钻孔必须使用双抽系统。边打边抽，施工时，必须保证孔口处于负压状态。当钻孔施工结束后，应洗孔至返水变清，再进行连孔抽放，以确保退钻顺利和抽放通道畅通。 

2009年以前，1台千米钻机施工，年进尺总计为14243m；2009年以来，4台千米钻机施工，按照本发明所述工艺操作，截止到11月30日，千米钻机进尺累计为95018m，施工进度较以往有较大的提高。

附图说明

图1为长钻孔定位钻进原理图

图2为退钻杆时钻杆的受力分析

图3为第一种双抽系统联接示意图

图4为第二种双抽系统联接示意图

图5为第三种双抽系统联接示意图