[发明专利]一种惰性气体打钻排渣装备及方法

说明书

本发明属于煤矿钻孔施工安全技术领域，一种惰性气体打钻排渣装备，其中钻杆内部具有惰性气体通道，钻杆的前端具有与惰性气体通道连通的排气孔，钻机的动力端连接钻杆，移动制惰性气体装置的气体输出端通过注惰性气体软管与钻杆内的惰性气体通道连通，钻杆中部具有套管，该套管设置在钻孔外并封闭钻孔孔口，套管通过气渣输送管与气渣分离器连通；移动制惰性气体装置在钻杆钻进时向钻孔孔底输入惰性气体，并使孔内气体和钻进产生的渣料进入气渣分离器，本惰性气体打钻排渣装备可减少钻进施工过程中的塌孔、堵孔事故，避免空气压风排渣引起的钻孔内瓦斯燃烧问题。本发明还提出一种惰性气体打钻排渣方法。

技术领域

本发明属于煤矿钻孔施工安全技术领域，特别是一种惰性气体打钻排渣装备及方法。

背景技术

目前，国内外煤矿在软煤、破碎煤层瓦斯抽采钻孔施工时主要采用水力排渣、风力排渣和螺旋钻杆排渣三种施工工艺。水力排渣对孔壁的冲击作用太大，垮孔、喷孔严重；由于水对煤体的沾湿作用，降低了煤粉的胶结作用，而且水的表面张力加速煤的解体，更容易出现塌孔，同时钻孔内处于气、液、固三相流动状态，流态极不稳定，时常造成堵孔、卡钻等孔内事故，直接影响成孔率；用水力排渣时，水与钻屑的混合物易封堵钻孔壁上的裂隙，阻碍瓦斯的泄出。风力排渣缺点是存在孔内可燃气体易燃烧、粉尘较难根治等问题。螺旋钻杆排渣缺点是随着钻孔深度的增大，施工难度也越来越大，钻进速度也越来越慢，垮孔严重时无法钻进；钻杆低速旋转时排渣慢，钻杆易折断；高速旋转时钻机扭距降低，钻屑增多易卡钻；钻进阻力大，退钻时钻杆易发生反转等现象，不能满足长钻孔的要求；自重大，给进速度慢，钻进过程中完全靠螺旋叶片的挤压作用将钻屑排出孔外，孔内钻屑不能完全排尽，遇到塌孔时，需要多排渣，钻进效率降低，处理不好，容易压钻。

如何在低透气性软煤层中施工长钻孔成为一大难题，通过采用氮气排渣方式在低透气性软煤层中施工钻孔解决钻孔易燃烧和提高成孔率成为发展趋势。氮气排渣方式既有风力排渣方式的优点，又能解决钻孔易燃烧的问题，保证施工期间的安全；通过氮气做为动力运输介质，既能对钻屑起到运输作用，又能除去孔内氧气，进而从源头上控制燃烧问题；同时，氮气对钻孔的抽放起到促进作用，氮气的压力可以破坏煤对甲烷的吸附平衡，起到加快瓦斯解吸的目的，使钻孔成孔率大大提高。

我国分布着大量的低透气性软煤层及碎裂煤层，随着开采深度的加大，软煤层的比例还将会进一步加大，研发针对低透气性软煤层的高效、安全钻进排渣技术，能够大幅提高钻孔成孔率、增加瓦斯抽采效率，优化施工环境。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出的惰性气体打钻排渣装备，以氮气为介质的压风排渣及除尘工艺与装备，减少钻进施工过程中的塌孔、堵孔事故，避免空气压风排渣引起的钻孔内瓦斯燃烧问题。本发明还提出一种惰性气体打钻排渣方法。

在第一个技术方案中，一种惰性气体打钻排渣装备，包括移动制惰性气体装置、注惰性气体软管、钻机、钻杆、气渣输送管、套管和气渣分离器，其中钻杆内部具有惰性气体通道，钻杆的前端具有与惰性气体通道连通的排气孔，所述钻机的动力端连接钻杆，所述移动制惰性气体装置的气体输出端通过注惰性气体软管与钻杆内的惰性气体通道连通，所述钻杆中部具有套管，该套管设置在钻孔外并封闭钻孔孔口，所述套管通过气渣输送管与气渣分离器连通；

所述移动制惰性气体装置在钻杆钻进时向钻孔孔底输入惰性气体，并使孔内气体和钻进产生的渣料进入气渣分离器。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述气渣分离器内的顶部具有除尘喷水头，该除尘喷水头向下喷淋液态水以消除气渣分离器内的粉尘。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述惰性气体打钻排渣装备还包括高压输水管和第一输水软管，所述注惰性气体软管上还具有气源加湿装置，所述高压输水管通过第一输水软管与气源加湿装置连接，气源加湿装置通过水雾化喷淋的方式对经过气源加湿装置的惰性气体加湿。