[发明专利]一种防瓦斯抽采钻孔塌孔的装置及方法

权利要求书

1.一种防瓦斯抽采钻孔塌孔的装置，其特征在于，包括喷浆钻杆和特制钻杆；喷浆钻杆与特制钻杆采用螺纹连接，喷浆钻杆的底部与钻头连接；特制钻杆内部有速凝剂通道、浆液通道和水通道三条通道；喷浆钻杆为空心钻杆，内部设有喷浆管路系统；所述喷浆管路系统包括速凝剂管路、浆液管路以及环形喷浆环；当喷浆钻杆和特制钻杆连接，特制钻杆的速凝剂通道、浆液通道分别与喷浆钻杆的速凝剂管路、浆液管路接通；速凝剂管路、浆液管路的一端汇合成一根混合管路后与环形喷浆环连接，环形喷浆环上设有喷浆口；水通道为钻头供水。

2.根据权利要求1所述的一种防瓦斯抽采钻孔塌孔的装置，其特征在于，所述的速凝剂通道、浆液通道和水通道的管径不同，水通道管径最大，其次为浆液通道，速凝剂通道管径最小。

3.根据权利要求1所述的一种防瓦斯抽采钻孔塌孔的装置，其特征在于，所述的速凝剂管路、浆液管路汇合形成“Y”型管路，“Y”型管路的总管连接有螺旋管，螺旋管的另一端连接有倒“T”型管路，倒“T”型管路的横管两端与环形喷浆环连接。

4.根据权利要求3所述的一种防瓦斯抽采钻孔塌孔的装置，其特征在于，所述的螺旋管的螺旋内部有三角形实心倒齿，使浆液与速凝剂充分混合，经喷浆口喷出的混合浆液能迅速凝固。

5.根据权利要求4所述的一种防瓦斯抽采钻孔塌孔的装置，其特征在于，所述的速凝剂使用的是高强速凝剂，在与浆液充分混合喷到钻孔孔壁后，加快浆液凝固；且浆液中加入聚酯纤维材料增强喷浆层的抗变形能力。

6.根据权利要求1所述的一种防瓦斯抽采钻孔塌孔的装置，其特征在于，所述环形喷浆环位于喷浆钻杆底部的100-300mm处，喷浆环上布置多个喷浆口；或者喷浆环在钻头上布置。

7.根据权利要求1所述的一种防瓦斯抽采钻孔塌孔的装置，其特征在于，所述的环形喷浆环的喷浆口的布置方式包括在喷浆环周围设置一整圈喷浆口的圆环形喷浆结构，或者在喷浆环周围设置一部分喷浆口的扇形喷浆结构，喷浆环上未有喷浆口的范围为未喷浆的范围，未喷浆的范围角度θ为0°~270°；依据未喷浆θ的范围可形成圆形薄柱壳或扇形薄柱壳，当θ=0°时即为圆形薄柱壳，θ≠0°时即为扇形薄柱壳。

8.根据权利要求7所述的一种防瓦斯抽采钻孔塌孔的装置，其特征在于，所述的喷浆口的疏密程度设置为多种形式，喷浆口的疏密程度不一，疏密程度用来控制喷浆的厚度，喷浆口越密，喷浆的厚度越厚：其中，圆环形喷浆结构的喷浆口布置方式为：方式一，喷浆口疏密程度一致，喷浆后则形成等厚的圆形薄柱壳；方式二，喷浆口上部疏密程度一致，下部稀疏，稀疏范围对应的角度为45°~180°，喷浆后则可形成上部加厚，下部不加厚的不等厚圆形薄柱壳；方式三，喷浆口由上部逐渐向下部变稀疏，喷浆后形成厚度渐变的圆形薄柱壳；所述扇形喷浆结构的喷浆口布置方式为：方式四，喷浆口位于上部，未有喷浆口的范围对应的角度为0°~180°，喷浆口疏密程度一致，喷浆后则形成等厚的扇形薄柱壳；方式五，喷浆口位于上部，未有喷浆口的范围对应的角度为0°~180°，喷浆口由上部逐渐向下部变稀疏，喷浆后形成厚度渐变的扇形薄柱壳；方式六，喷浆口位于上部，布置范围对应的角度为180°~270°，喷浆口疏密程度一致，喷浆后形成顶部扇形薄柱壳。

9.利用权利要求1~8任意一项权利要求所述的装置的一种防瓦斯抽采钻孔塌孔的方法，其特征在于， 包括以下步骤：

步骤1）安装钻机及钻杆，将防瓦斯抽采钻孔塌孔装置的喷浆钻杆与特制钻杆连接，喷浆钻杆的另一端与钻头连接，特制钻杆的另一端与钻机连接，装置安装完毕后进行钻孔作业；

步骤2）当钻孔达到预定距离，钻进停止，开始后退式喷浆，浆液和速凝剂在管路系统下最终通过环形喷浆环喷到钻孔孔壁，形成圆形薄柱壳或扇形薄柱壳加固孔壁；

步骤3）根据不同的喷浆方式以及不同的喷浆钻杆有不同的喷浆效果：

3.1）采用圆环形喷浆结构进行喷浆，有两种喷浆方式：

第一种方式：当第一个圆形薄柱壳长度到达设计距离A，停止输送浆液，钻杆向后退回一定距离B后，再次输送浆液进行喷浆，形成第二个圆形薄柱壳，第二个圆形薄柱壳长度也为A；

第二种方式：当第一个圆形薄柱壳长度到达设计距离A，停止输送浆液，钻杆向后退回一定距离B后，再次输送浆液进行喷浆，形成第二个圆形薄柱壳，第二个圆形薄柱壳长度为C，其中CA；

3.2）采用扇形喷浆结构的方式四或方式五喷浆钻杆时，分别有两种喷浆方式；

第一种方式；当第一个扇形薄柱壳长度到达设计距离A，停止输送浆液，钻杆向后退回一定距离B后，再次输送浆液进行喷浆，形成第二个扇形薄柱壳，第二个扇形薄柱壳长度为C，其中CA；

第二种方式：当第一个扇形薄柱壳长度到达设计距离A，停止输送浆液，钻杆向后退回一定距离B后，再次输送浆液进行喷浆，形成第二个扇形薄柱壳，第二个扇形薄柱壳长度为C，其中CA；

3.3）采用扇形喷浆结构的方式六所述的喷浆钻杆时，则采用全程喷浆的方法，在钻孔顶部形成扇形薄柱壳，防止钻孔顶部大范围塌孔；以此类推，可按照上述步骤形成多个圆形薄柱壳或扇形薄柱壳，达到加固整个钻孔的效果，此方法在拔钻时就及时支护钻孔孔壁，提高了加固钻孔孔壁的效率，同时也防止钻孔围岩松软破碎造成大范围塌孔，造成瓦斯抽采钻孔堵塞，影响瓦斯抽采。