[发明专利]煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法

说明书

技术领域

本发明属于煤层气开采技术领域，特别涉及一种煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法。

背景技术

我国煤矿瓦斯灾害严重，严重制约着煤炭企业的安全生产。瓦斯抽采是我国目前进行瓦斯治理的主要技术手段，但由于我国煤层松软、赋存复杂，钻进过程中存在卡钻、顶钻、掉钻、钻杆连接困难，排渣不及时难以拔钻等现象，制约着煤层钻孔钻进速度和质量；煤层透气性系数对瓦斯抽采效果起着决定性作用，而我国的大部分高瓦斯突出矿井都属于低透性煤层，决定了我国大部分矿井抽采困难，单孔抽采量低下、有效抽采时间短。另外，随着时间的推移，瓦斯抽采钻孔也存在塌孔、积水、增加瓦斯启动压力梯度的可能性，严重影响了煤层钻孔瓦斯抽采的质和量，使瓦斯抽采消突难以按期达标，甚至没有达标钻孔便已坍塌，只能以补打钻孔作为补充措施。

针对以上情况，我国目前已有不少的大功率钻机相继研发并投入到生产应用中，但依然没有实现钻杆连续钻进，钻孔及时排渣等功能。

我国煤层瓦斯治理关键在于煤层的增透，目前煤层增透主要以水力化措施为主，如水力压裂、水力冲孔、水力挤出、高压注水等，另外还有松动爆破、空气置换等，尽管取得了一定的成绩，但由于受技术应用的复杂性（裂缝开启不均匀、应力集中混乱等）及设备的难以操控性（设备体积庞大、操作复杂）等因素的影响，都没有大规模的推广应用。

由于受上覆岩层压力、采动应力、瓦斯压力、煤岩层裂隙水及煤体结构、强度等因素的影响，随着时间的推移，抽采钻孔会在不同程度上出现垮塌、积水等问题，导致抽采效率低下甚至作废，严重影响了矿井的消突计划及生产部署。为解决长时间抽采后钻孔塌孔、积水的问题，目前主要是靠在钻孔中压入高压风（矿井压风管供风，风压≤0.7MPa）进行排渣、透孔，针对孔长小于15m、倾角小于10°的俯角钻孔能够取得一定的效果，由于水压、风压压力值有限，对大孔长和大倾角钻孔却起不到排渣、透孔的目的。同时，也没有具有一定强度工具能够连续钻入已坍塌钻孔之内，因此，透孔效率低下，往往重新施工钻孔以作弥补。

发明内容

本发明提供了一种便于实施、工艺可靠的煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法，其特征在于，通过矿用水力作业机依次完成如下步骤：

a、钻孔钻进

1）丈量钻孔所处巷道高度，确定钻孔开孔高度、孔长、倾角及方位角，观测钻孔钻进处煤（岩）体结构，测试其力学强度；

2）将矿用水力作业机运送至钻孔施工地点，并将其固定牢靠；

3）按照钻孔开孔高度、孔长、倾角及方位角设计要求，调整矿用水力作业机的高度和角度，保持与钻孔开孔方向一致；

4）根据观测的煤（岩）体结构及测试的力学强度，选择矿用水力作业机的水射流喷头，计算矿用水力作业机工作时所需的注入压力及流量；

5）钻孔钻进作业地点200m范围内撤人，开启矿用水力作业机的清水泵站、远程控制按钮，使矿用水力作业机的输管器工作，连续挠性钢管在输管器的带动下拉直并向预定钻孔孔口位置运动；

6）调整清水泵站的流量与压力至预计的破岩压力与流量，根据钻孔作业现场安放的摄像仪观测钻进时的排水、排渣情况，并据此控制钻进的速度，钻进速度为1m/（1~2）min；

7）钻进作业完成设计孔长时停止钻进，关闭清水泵站，开启液压泵站，使矿用水力作业机的滚筒反向转动，以带动挠性钢管退出钻孔并缠绕在滚筒上，若存在退钻困难的情况，可开启清水泵站向挠性钢管注入较小流量及压力的水流，通过水射流喷头清洗钻孔，以使钻孔内的残渣排出，实现顺利退钻；

8）退钻完成，可进行下一个钻孔的钻进；

b、煤层增透

1）在钻孔前固定矿用水力作业机，并确定挠性钢管钻进的高度、倾角和方位角，确定水射流喷头所需压力与流量，水射流压力至少为煤岩体强度的1.5倍，开启矿用水力作业机，在输管器作用下，将挠性钢管及水射流喷头送至钻孔孔底，关闭矿用水力作业机；

2）开启清水泵站，煤岩体在水射流作用下形成射流槽和局部裂缝，观察返水、排渣情况，达到挠性钢管高压水预计注入流量和压力10min后关闭清水泵站；

3）开启矿用水力作业机的液压泵站，带动滚筒反向转动，使挠性钢管后退10m，重复煤层增透过程中的步骤2）；

4）重复煤层增透过程中的步骤3），直至水射流喷头距离钻孔孔口20m以深的钻孔形成均匀的射流槽并开启裂缝；