[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

说明书

本发明公开了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，通过测量煤体的峰值强度、抗拉强度和地应力等多个参数，利用推导的公式计算得出钻孔不发生喷孔失稳现象的临界钻孔直径，按照计算的临界钻孔直径施工一级钻孔之后，再向施工后的钻孔中注入固化材料，固结钻孔周围松散的煤体；当固结材料凝固后，在固结的区域施工二级钻孔(即瓦斯抽采钻孔)，即完成一个瓦斯抽采钻孔的施工。同时，固化材料的扩散半径也能计算得出，既能防止固化材料固结的区域厚度不够，导致在瓦斯压力和地应力的作用下发生失稳现象，又能够节省固化材料；注浆压力则通过模拟软件模拟得出，防止注浆压力过大发生危险，危及施工人员的人身安全。

技术领域

本发明涉及一种瓦斯抽采钻孔的施工方法，具体是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。

背景技术

根据统计，我国的高瓦斯和突出矿井有95％以上属于低透气性煤层，且煤质松软，瓦斯含量高。为了防止在采煤过程中发生煤与瓦斯突出事故，井下一般通过施工瓦斯抽采钻孔抽采瓦斯，降低待开采区域的煤层瓦斯压力，保证井下工作面开采的安全。

在松软煤层中施工钻孔时，钻孔稳定性差，影响钻孔成孔率，因此研究钻孔孔壁稳定技术对提高瓦斯抽采效果尤为重要。目前，行业内已经有一些方法来稳定钻孔孔壁，如申请号为CN201911337116.3的发明专利，通过采用“及时套管技术”，利用可伸缩拖动式套管对孔壁起到支撑作用，抵消了钻孔的径向作用力，有效避免了松软煤层塌孔现象的发生；申请号为CN201610565416.7的发明专利，通过向煤岩层注入巴氏生孢八叠球菌，诱导其在钻孔周围软弱煤岩层孔隙、裂隙中生成碳酸钙结晶，人为改善钻孔孔壁围岩的特性，从而提高钻孔孔壁的支撑稳定性；还如申请号为CN201810377317.5的发明专利，通过封孔器向钻孔中注入加固液体，达到稳定钻孔孔壁的目的。但是上述这些现有技术，都只是考虑了钻孔过程中或之后如何防止钻孔孔壁塌陷，而在煤层中施工钻孔时，由于钻头对煤层的扰动，极易发生喷孔现象，进而危及施工人员的人身安全，也就无法起到稳定钻孔孔壁的目的；因此如何能在极松软煤层钻孔施工过程中防止发生钻孔喷孔的情况，进而保证后续稳定钻孔孔壁是本行业的研究方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供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，能在极松软煤层钻孔施工过程中防止发生钻孔喷孔的情况，进而保证后续稳定瓦斯抽采钻孔的钻孔孔壁，便于瓦斯抽采。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：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，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(如发泡水泥、改性聚氨酯加固材料)，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；