[发明专利]复杂顶板高位大直径定向钻孔施工方法

说明书

一种复杂顶板高位大直径定向钻孔施工方法，自煤层内正角度开孔，钻进套管孔段先导定向孔，使其穿过顶板与软弱破碎层，达到稳定抽采层；再沿套管孔段先导定向孔扩钻至孔底，自孔口下入护壁套管对软弱破碎层孔段实施保护，向护壁套管与钻孔壁环空注入封孔材料对护壁套管进行封固，使用钻测量定向钻具组合穿过套管孔段，沿设计轨迹钻进主抽采孔段先导定向孔至设计孔深，退出随钻测量定向钻具组合，在主抽采孔段先导定向孔的基础上实施扩孔，并以裸眼形式终孔；由此，本发明避免主抽采孔段施工过程中与后期抽采过程中软弱破碎层孔壁垮塌导致钻孔成孔困难与钻孔瓦斯抽采中断，还实现穿越套管孔段对主抽采孔段实施大直径扩孔，提高瓦斯抽采效果。

技术领域

本发明涉及煤矿井下坑道钻探的技术领域，尤其涉及一种复杂顶板高位大直径定向钻孔施工方法。

背景技术

钻孔抽采是现阶段我国煤矿瓦斯治理的重要途径，顶板高位大直径定向钻孔是抽采工作面采动影响区卸压瓦斯的重要手段，对于促进煤矿瓦斯灾害治理，保障煤矿安全高效开采，实现瓦斯资源化抽采利用具有重要意义。

顶板高位定向钻孔是从工作面回风顺槽或者临近巷道开辟的高位定向钻场向煤层顶板施工的一组走向定向长钻孔，通过抽采工作面采动裂隙与采空区内聚集的高浓度瓦斯达到工作面瓦斯治理的目的。顶板高位定向钻孔结构上由套管孔段、爬升孔段与主抽采孔段组成。套管孔段主要用于下入孔口套管，对孔口段孔壁裂隙实施封堵，并与抽采管路连接；爬升孔段是高位定向钻孔自回风顺槽爬升至工作面采动裂隙发育高度的过渡孔段，其长度与采动影响区裂隙带发育高度以及钻孔开孔倾角、方位角等因素有关；主抽采孔段是高位定向钻孔介入抽采的主孔段，布置于稳定岩层中，沿采动影响区裂隙带发育高度向工作面切眼走向延伸，其在工作面回采过程中能够与顶板采动裂隙贯通从而对采动裂隙内聚集的高浓度瓦斯实施抽采。

对于复杂顶板工作面，爬升孔段在穿越软弱破碎层时，冲洗介质的冲蚀作用容易导致孔壁岩体强度降低，诱发局部或整体性孔壁失稳，轻则造成钻进受阻，钻进工期延长，重则导致塌孔卡埋钻事故，造成直接经济损失。即便顺利成孔，在后期瓦斯抽采阶段也存在较高的孔壁垮塌风险，致使抽采气路通道受阻，钻孔抽采中断，无法形成连续抽采。

下入套管对软弱破碎层孔段实施封固是解决上述问题的最为直接有效的方法之一。但在现有顶板高位定向钻孔结构基础上，传统下套管工艺存在以下弊端：首先，下入套管内径必须大于钻孔终孔直径，同时套管孔段扩孔直径也必须大于套管外径，以Φ153mm顶板高位大直径定向钻孔为例，下入钢制套管的规格一般为Φ178mm，套管孔段扩孔直径应不小于Φ193mm，如终孔直径增大，则套管规格与扩孔直径相应增大，这样不仅导致扩孔工作量的增加，套管刚度与套管自重也随之增大，增加了套管的下入难度；其次，为了获得理想的孔壁稳固效果，套管下放深度理论上应穿过软弱破碎层，最深可能覆盖整个爬升孔段，由于该孔段钻孔轨迹整体弯曲，大直径套管的下入难度进一步增大，甚至无法下放至预定位置，导致下套管失败。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种复杂顶板高位大直径定向钻孔施工方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂顶板高位大直径定向钻孔施工方法，其通过对软弱破碎层孔壁实施保护，避免主抽采孔段施工阶段与后期抽采阶段软弱破碎层孔壁垮塌导致钻孔成孔困难与钻孔瓦斯抽采中断，还可实现穿越套管孔段对主抽采孔段实施大直径扩孔，达到提高瓦斯抽采效果的目的。

为实现上述目的，本发明公开了一种复杂顶板高位大直径定向钻孔施工方法，复杂顶板高位大直径定向钻孔由套管孔段与主抽采孔段构成，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：自煤层内正角度开孔，采用随钻测量定向钻具组合沿设计轨迹钻进套管孔段先导定向孔，直径为d_d，使其穿过煤层顶板与软弱破碎层，达到稳定抽采层；

步骤二：使用导向式扩孔钻具沿套管孔段先导定向孔扩钻至孔底，直径为d_k；