專利名稱：一種松軟煤層分步式鉆護一體化系統及工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤層鉆護系統及工藝，特別是一種松軟煤層分步式鉆護一體化系統及工藝。
背景技術：
我國煤層中松軟煤層比例較大，松軟煤層煤質松軟、滲透性較差，瓦斯含量和瓦斯壓力往往比較高，該類型煤層單純依靠礦井通風解決不了煤礦采掘期間瓦斯涌出大的難題，往往需要進行瓦斯抽采。目前我國順層瓦斯抽采鉆孔深度已普遍達到百米以上，但堅固性系數/值在0. 3^0. 8之間的松軟煤層煤體穩定性差，瓦斯抽采鉆孔鉆后易變形和局部垮塌，導致瓦斯抽采效率降低。專利號為CN101446178A公開了一種井下松軟突出煤層中風壓空氣鉆進工藝，但是護孔管必須通過鉆桿內孔才能送入，而為了滿足鉆桿鉆進的力學要求，鉆桿內孔有著極嚴格的孔徑上限要求，致使護孔管管徑較小，故護孔管和鉆孔孔壁間會留有很大的空間，不能有效抵抗鉆孔坍塌，護孔效果不理想；論文《瓦斯抽放鉆孔護孔技術探討》提出了導向滑輪送護孔管工藝，但護孔管最大送入長度最大僅為七十多米，不能滿足抽采孔護孔長度的要求。且在極軟煤層中，瓦斯抽采孔起鉆后很短時間內就有局部塌孔，這種情況下該工藝無法將護孔管送入鉆孔。
發明內容
本發明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種護孔管容易送入鉆孔、護孔長度長、護孔半徑大的松軟煤層分步式鉆護一體化系統及工藝。本發明的目的是這樣實現的松軟煤層分步式鉆護一體化系統包括空氣壓縮機、高壓膠管、護孔鉆機、機架、護孔鉆桿、導向器和簡易鉆頭，護孔鉆機位于機架上，護孔鉆桿穿過護孔鉆機，護孔鉆桿尾部通過高壓膠管與空氣壓縮機相連，第一節護孔鉆桿的頂端安裝簡易鉆頭，護孔鉆桿的中部安裝導向器，導向器位于松軟煤層瓦斯抽采鉆孔內。
所述的護孔鉆桿外徑比簡易鉆頭的直徑小5 mm 20mm，護孔鉆桿為中空桿，護孔鉆桿桿壁設有孔眼，在孔眼上有環氧樹脂膠。所述的導向器外部輪廓為橢球狀；橢球狀有兩個橢球曲面,兩個圓形平面和兩個橢圓面；導向器安裝在護孔鉆桿的中部，其極半徑比鉆孔孔徑小4 mm 8mm,赤道半徑大小在100mnT200mm之間；，相鄰橢球導向器間距為20m 30m。所述的簡易鉆頭為空心鉆頭，質量不大于2kg，選用高強度聚乙烯材質。一種松軟煤層分步式鉆護一體化工藝，具體步驟如下
a.采用普通鉆機和鉆桿實施瓦斯抽采鉆孔，成孔后起鉆，連接系統各裝置；
b.采用環氧樹脂膠充填護孔鉆桿孔眼。c.在第一節護孔鉆桿頂端安裝簡易鉆頭，在第一節護孔鉆桿中部安裝導向器，護孔鉆機將第一節護孔鉆桿送入鉆孔中，之后連續送入無導向器的護孔鉆桿同時保持風力排、渣，鉆桿間采用螺紋連接；每鉆進20nT30m在新連接的護孔鉆桿上加裝導向器，直到鉆進至終孔位置；
d..通過注液泵向護孔鉆桿內注入環氧樹脂膠溶解劑，直到護孔鉆桿孔眼變通透。e.封孔抽采瓦斯。f.利用護孔鉆機將護孔鉆桿拉出。由于采用了上述方案，本發明具有以下有益效果
(I)護孔鉆桿既為旋轉動力桿又是護孔管，直徑大，更能有效支護孔壁。(2)護孔鉆桿每鉆進20nT30m就加裝導向器，導向器的兩個橢球曲面設計能夠讓護孔鉆桿在鉆孔內平滑前進避免卡住，導向器的兩個橢圓面設計留出了排煤屑的空間，從而保障護孔鉆桿能夠沿著原鉆孔軌跡旋轉前進，護孔鉆桿很容易鉆進到終孔位置，護孔深 度長。(3)簡易鉆頭采用中空設計，無芯，提供高壓空氣的流出通道，遇到局部塌孔時簡易鉆頭頂端刀片可輕易將垮塌煤體粉碎。(4)護孔鉆桿孔眼被環氧樹脂膠充填，高壓空氣可以通過中空護孔鉆桿和空心簡易鉆頭進入鉆孔內，將煤屑沿護孔鉆桿與孔壁間隙排出。(5)煤層回采前利用護孔鉆機將護孔鉆桿回收，循環利用。優點工藝獨特，護孔管既能輸送高壓空氣又能抽采瓦斯，排煤屑能力強，護孔管容易沿著鉆孔前進，具有護孔管徑大、護孔深度長的優點，能解決松軟煤層護孔管直徑小、送入距離短的問題。尤其適用于堅固性系數/值在0. 3^0. 8之間的松軟高瓦斯煤層。
圖I是本發明的系統圖。圖2是本發明的簡易鉆頭結構圖。圖3是本發明的導向器左視結構圖。圖4是本發明的導向器剖面圖。圖中1、空氣壓縮機；2、高壓膠管；3、護孔鉆機；4、機架；5、護孔鉆桿；6、導向器；7、簡易鉆頭；8、鉆孔；9、煤層。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述
實施例I、松軟煤層分步式鉆護一體化系統包括空氣壓縮機I、高壓膠管2、護孔鉆機3、機架4、護孔鉆桿5、導向器6和簡易鉆頭7，護孔鉆機3位于機架4上，護孔鉆桿5穿過護孔鉆機3，護孔鉆桿5尾部通過高壓膠管2與空氣壓縮機I相連，第一節護孔鉆桿5的頂端安裝簡易鉆頭7，護孔鉆桿5的中部安裝導向器6，導向器6位于松軟煤層內瓦斯抽采鉆孔8內。
所述的護孔鉆桿外徑比簡易鉆頭7的直徑小5 mm 20mm，護孔鉆桿為中空桿，護孔鉆桿桿壁設有孔眼，在鉆進過程中孔眼上用環氧樹脂膠充填，鉆進后環氧樹脂膠被溶解。參見附圖2，所述的簡易鉆頭為空心鉆頭，質量不大于2kg，選用高強度聚乙烯材質。
參見如圖3和如圖4,所述的導向器外部輪廓為橢球狀；橢球狀有兩個橢球曲面，兩個圓形平面和兩個橢圓面；導向器安裝在護孔鉆桿的中部，其極半徑比鉆孔孔徑小4 mm 8mm,赤道半徑大小在100mnT200mm之間；相鄰橢球導向器間距為20m 30m。一種松軟煤層分步式鉆護一體化工藝，具體步驟如下采用普通鉆機和鉆桿實施瓦斯抽采鉆孔，成孔后起鉆，連接系統各裝置。采用環氧樹脂膠充填護孔鉆桿孔眼，保證鉆進過程中護孔鉆桿內孔可以承受一定壓力的高壓空氣，從而利用高壓空氣排出煤屑。首先在第一節護孔鉆桿頂端安裝簡易鉆頭，在第一節護孔鉆桿中部安裝導向器，護孔鉆機將第一節護孔鉆桿送入鉆孔中，之后連續送入無導向器的護孔鉆桿同時保持風力排渣，護孔鉆桿間采用螺紋連接；每護孔鉆機鉆進20nT30m在新連接的護孔鉆桿上加裝導向器，直到鉆進至終孔位置。加裝導向器后護孔鉆桿整體能夠更順暢的沿著鉆孔前進，而不會發生鉆頭頂到鉆孔孔壁而卡住。護孔管送完后，通過注液泵向護孔鉆桿內注入環氧樹脂膠溶解劑，直 到護孔鉆桿孔眼變通透，以便抽采瓦斯。接著封孔抽采瓦斯。當鉆孔進入瓦斯抽采后期或者由于煤層回采鉆孔無法繼續抽采瓦斯時，利用護孔鉆機將護孔鉆桿拉出，實現回收利用。如遇到塌孔嚴重時，可以操作給進裝置，使護孔鉆桿邊旋轉邊拉出。
權利要求
1.一種松軟煤層分步式鉆護一體化系統，其特征是松軟煤層分步式鉆護一體化系統包括空氣壓縮機、高壓膠管、護孔鉆機、機架、護孔鉆桿、導向器和簡易鉆頭，護孔鉆機位于機架上，護孔鉆桿穿過護孔鉆機，護孔鉆桿尾部通過高壓膠管與空氣壓縮機相連，第一節護孔鉆桿的頂端安裝簡易鉆頭，護孔鉆桿的中部安裝導向器，導向器位于松軟煤層瓦斯抽采孔內。
2.根據權利要求I所述的一種松軟煤層分步式鉆護一體化系統，其特征在于所述的護孔鉆桿外徑比簡易鉆頭的直徑小5 mm 20mm，護孔鉆桿為中空桿，護孔鉆桿桿壁設有孔目艮，在孔眼上有環氧樹脂膠。
3.根據權利要求I所述的一種松軟煤層分步式鉆護一體化系統，其特征在于所述的導向器外部輪廓為橢球狀；橢球狀有兩個橢球曲面，兩個圓形平面和兩個橢圓面；導向器安裝在護孔鉆桿的中部，其極半徑比鉆孔孔徑小4 mm赤道半徑大小在100mnT200mm之間；，相鄰橢球導向器間距為20m 30m。
4.根據權利要求I所述的一種松軟煤層分步式鉆護一體化系統，其特征在于所述的簡易鉆頭為空心鉆頭，質量不大于2kg，選用高強度聚乙烯材質。
5.一種松軟煤層分步式鉆護一體化工藝，其特征在于包括以下步驟 a.采用普通鉆機和鉆桿實施瓦斯抽采鉆孔，成孔后起鉆，連接系統各裝置； b.采用環氧樹脂膠充填護孔鉆桿孔眼； c.在第一節護孔鉆桿頂端安裝簡易鉆頭，在第一節護孔鉆桿中部安裝導向器，護孔鉆機將第一節護孔鉆桿送入鉆孔中，之后連續送入無導向器的護孔鉆桿同時保持風力排渣；每鉆進20nT30m在新連接的護孔鉆桿上加裝導向器，直到鉆進至終孔位置； d..通過注液泵向護孔鉆桿內注入環氧樹脂膠溶解劑，直到護孔鉆桿孔眼變通透； e.封孔抽采瓦斯； f.利用護孔鉆機將護孔鉆桿拉出。
全文摘要
一種松軟煤層分步式鉆護一體化系統及工藝，主要由空氣壓縮機、高壓膠管、護孔鉆機、機架、護孔鉆桿、導向器和簡易鉆頭等結構組成。首先采用普通鉆桿和鉆頭鉆孔，成孔后起鉆；接著采用護孔鉆桿配合簡易鉆頭沿所成鉆孔二次鉆進，同時保持風力輔助排渣，鉆到終孔點時護孔鉆桿不退出，整體留在孔內，起到支撐孔壁和抽采瓦斯的作用；最后在瓦斯抽采完成后利用護孔鉆機將護孔鉆桿拉出、回收。本發明工藝獨特，護孔管既能輸送高壓空氣又能抽采瓦斯，排煤屑能力強，護孔管容易沿著鉆孔前進，具有護孔管徑大、護孔深度長的優點，能解決松軟煤層護孔管直徑小、送入距離短的問題。尤其適用于堅固性系數f值在0.3~0.8之間的松軟高瓦斯煤層。
文檔編號E21B7/04GK102747953SQ20121005644
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月6日 優先權日2012年3月6日
發明者劉應科, 劉春 , 周福寶, 龐葉青, 王圣程, 高峰 申請人:中國礦業大學