[发明专利]一种防止极松软煤层钻孔施工过程中钻孔喷孔的施工方法

权利要求书

1.一种防止极松软煤层钻孔施工过程中钻孔喷孔的施工方法，其特征在于，具体步骤为：

A、采用已知方法对所需施工的煤层测量及计算后得到煤层的参数数据，所述参数数据包括煤层弹性模量、煤层内聚力、煤层地应力、煤层内摩擦角、煤层抗拉强度、煤层密度、煤层瓦斯压力、渗透率和煤层孔隙率；

B、选择一种已知的固化材料，并测量其密度和粘度，然后将测量数据和步骤A获得的参数数据结合，利用现有的模拟软件建立煤层注入固化材料的模型，进而计算得出固化材料注入煤层后的扩散半径R和一级钻孔的临界半径；最后根据扩散半径R和一级钻孔的临界半径通过模拟软件得出固化材料的最小注浆压力；

C、选择钻头Ⅰ在煤层巷道壁上进行一级钻孔的施工，其中钻头Ⅰ的半径小于临界半径，在一级钻孔施工过程中使钻机缓慢钻进，钻头Ⅰ每钻进5m即退出钻杆，排出一级钻孔中的岩石碎屑和煤渣；直至钻头Ⅰ钻进到所需深度位置时，钻机空转5min，保证钻孔内的岩石碎屑和煤渣全部排出；

D、将钻头Ⅰ退出一级钻孔，通过注浆管向一级钻孔中持续注入固化材料，直至注浆管内的压力达到最小注浆压力后，继续注浆5min后停止注浆，撤出注浆管，钻孔孔口采用快干水泥封孔；

E、待注入的固化材料完全凝固后，选择钻头Ⅱ在已固结的区域中心施工二级钻孔，直至施工至所需深度位置时，退出钻头Ⅱ并清洗二级钻孔，完成二级钻孔施工；所述二级钻孔的直径为现有已知的瓦斯抽采钻孔直径；

F、在煤层巷道壁上重复步骤A至E，进行下一瓦斯抽采钻孔的施工，如此循环，直至完成整个巷道壁瓦斯抽采钻孔的施工过程；然后将各个瓦斯抽采钻孔连入抽采管路进行瓦斯抽采。

2.根据权利要求1所述的一种防止极松软煤层钻孔施工过程中钻孔喷孔的施工方法，其特征在于，所述一级钻孔的临界半径具体确定过程为：

1)一级钻孔周围煤体塑性区内某点切向应力的计算公式为：

其中，σ_θ为切向应力，MPa；σ_c为煤体峰值强度，MPa；R_P为塑性区半径，m；r为塑性区内某点到一级钻孔中心的距离，m；R₁为一级钻孔临界半径，m；g为重力加速度，取9.8N/m²；

2)钻孔周围煤体塑性区半径的计算公式为：

其中，P₀为地应力，MPa；

3)由于钻孔孔壁失稳是孔壁围岩发生的撕裂现象，是围岩内某位置处所产生的切向应力超过煤体抗拉强度极限的力学结果；因此，当切向应力的最大值小于或等于煤体抗拉强度时，则钻孔孔壁不会发生失稳，进而满足的力学条件为：

σ_θ≤σ_t1 (3)

其中，σ_t1为煤体的抗拉强度；

4)切向应力的峰值点在塑性区和弹性区的交界处，即：

r＝R_P (4)

5)将公式(1)、(2)、(4)带入公式(3)，即得到一级钻孔的临界半径公式：

3.根据权利要求1所述的一种防止极松软煤层钻孔施工过程中钻孔喷孔的施工方法，其特征在于，所述扩散半径R的具体确定过程为：

①假设一级钻孔施工完成后，一级钻孔周围受到均匀的瓦斯压力和地应力，通过一级钻孔注入固化材料后，固化材料的扩散半径为R，长度为L的圆柱形，则作用在圆柱形曲面的力用如下公式表示：

F＝2PπRL (5)

其中，L为钻孔长度，m，P为瓦斯压力和地应力之和，MPa；π为圆周率；

②在固化材料固结区域施工半径为R₂的二级钻孔后，固结区域的横截面积的计算公式为：

S＝2dL (6)

其中，d为固结区域的厚度，m；同时，R＝R₂+d；

③将公式(5)和公式(6)带入抗拉强度计算公式即得到固结区域的最小厚度计算公式：

其中，σ_t2为注浆材料抗拉强度，MPa；

④固化材料的扩散半径R的计算公式为：