[发明专利]一种煤矿井下水文钻孔施工系统及施工方法

说明书

本发明提供一种煤矿井下水文钻孔施工系统，包括：钻孔孔口管以及底板加固结构，其中钻孔孔口管为三级套管，从上至下第二级和第三级均为无头喇叭套管，底板加固结构为加固锚杆，三级套管中每级孔径应比上一级套管孔径大30mm以上，还包括反压防喷装置，防喷装置包括高压水闸阀及钻孔反压防喷导流泄压装置以及法兰盘，还提供了一种相应的煤矿井下水文钻孔施工方法。

技术领域

本发明涉及煤矿水害防治技术领域，特别是一种煤矿水害探查治理施工过程中，井下大采深高承压(大于6.0MPa)大流量水文钻孔施工系统及施工方法。

背景技术

煤矿水害是仅次于瓦斯事故的重大灾害，为了防范水害的发生，煤矿常常在井上下进行系列水害治理工程，诸如地质钻探工程、探防水工程、底板注浆加固与改造工程，断层产状和(含)水的探查过程、隐导(含)水构造的探查与治理、煤系薄层灰岩含水层和煤系基底奥灰含水层的探查和治理工程等等，这些工程都离不开钻探，而井下探查与治理是煤矿水害治理最常用和首选的技术手段。过去煤矿在浅部生产，含水层水压较低。近年来，随着煤矿开采规模的扩大和开采深度的不断增加，矿井地质及水文地质条件越来越复杂，煤层底板承受岩溶含水层水的水压越来越高，大多数深部矿井含水层水压已达6.0MPa以上，在面对高承压和大流量水文地质钻孔施工时，常常面对很大的施工安全风险，就是一旦揭露高承压富水含水层时，常常遇到被煤矿称为“射箭”的钻探施工风险，即钻孔一旦揭露高承压和富水含水层时，在高承压大流量含水层巨大水压作用下，钻杆就像射出的箭一样快速喷射出来，给施工现场和施工人员造成极大的安全危害和安全风险。

因此，需要在煤矿在探查和治理高承压富水含水层时设计一套安全可行的钻探施工技术为基础的系统和施工方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种煤矿井下大采深高承压大流量水文钻孔施工系统及施工方法，以解决煤矿在进行水害治理诸如煤层底板注浆加固与改造、煤系薄层灰岩含水层和煤系基底奥灰含水层的探查和水文勘察治理工程时，揭露高承压大流量水文钻孔时能够安全可行的施工技术方法。

本发明的目的在于提供一种煤矿井下大采深高承压大流量水文钻孔施工系统，包括：钻孔孔口管以及底板加固结构，其中所述钻孔孔口管为三级套管，从上至下第二级和第三级均为无头喇叭套管，所述底板加固结构为加固锚杆。

优选的，所述三级套管中每级孔径应比上一级套管孔径大30mm以上，最后一级为无头套管，终孔直径不大于94mm，所述钻孔孔口管竖直方向上的长度大于35m，所述钻孔孔口管的三级套管厚度均不少于10mm。

优选的，还包括反压防喷装置，所述防喷装置包括高压水闸阀及钻孔反压防喷导流泄压装置以及法兰盘，所述钻孔反压防喷导流泄压装置采用泄压阀、所述高压水闸阀采用水门，其中所述泄压阀设于所述水门一侧面上，所述水门跨接在所述法兰盘两侧，通过所述法兰盘将放喷装置与所述钻孔孔口管连接。

本发明的目的还在于提供一种煤矿井下大采深高承压大流量水文钻孔施工方法，包括如下步骤：

步骤1，选择钻场：将钻场选择在大巷附近且岩层稳定的完整地段，进行底板加固工作尤其是长期保留的钻孔底板；

步骤2，设计三级套管的钻孔孔口管并实施固结套管；

步骤3，进行钻孔施工；

步骤4，进行揭露含水层的准备工作以及揭露含水层。

优选的，所述步骤1进行底板加固工作包括：加固范围钻孔周边8～10m，深度10～35m，施工完毕应进行验收。

优选的，所述步骤2的所述三级套管的钻孔孔口管包括：每级孔径应比套管孔径大30mm以上，最后一级为无头套管，终孔径不大于ф94；竖直方向钻孔孔口管大于35m；钻孔孔口管及无头喇叭口套管厚度不少于10mm，丝扣长度和丝距应符合规定；