一種鉆孔的鉆進方法
【專利摘要】本發明公開了一種鉆孔的鉆進方法，所述方法利用鉆機依次鉆進巖石段和煤層，所述鉆機包括鉆頭和鉆桿，所述煤層的瓦斯壓力為0.45～0.9MPa，煤層的堅固性系數為0.6～1.1；在鉆進巖石段的過程中，所用鉆桿為圓鋼鉆桿，采用壓水排渣鉆進，并且所述鉆頭與圓鋼鉆桿的直徑比為2:1～2.5:1；在鉆進煤層的過程中，所用鉆桿為麻花鉆桿，采用壓風排渣鉆進，并且所述鉆頭與麻花鉆桿的直徑之比為2:1～2.5:1，所述鉆頭的鉆進速度為3～5m/h。本發明針對瓦斯壓力大、煤質松軟的煤層的鉆孔問題，通過改進鉆進方法，提高了鉆進效率，增加了煤層的穿透率，從而提高了瓦斯的抽放效率。
【專利說明】
一種鉆孔的鉆進方法
技術領域
[0001]本發明涉及煤炭開采領域，特別涉及一種鉆孔的鉆進方法。
【背景技術】
[0002]我國煤礦多為井工開采，近年來，隨著煤炭生產規模的擴大和開采深度的延伸，瓦斯災害嚴重，給人民群眾的生命財產造成巨大損失，在國內外造成嚴重影響。
[0003]為此，采取瓦斯抽放措施，將富含于煤層中的瓦斯抽放出來，降低了煤層中的瓦斯壓力，是解除瓦斯事故威脅、確保礦井生產過程中不受或少受瓦斯因素影響、實現安全生產的技術手段。其中，鉆孔預抽放是瓦斯抽放的常用方法，其優點在于鉆孔貫穿煤層，瓦斯很容易沿層理面流入鉆孔，有利于提高抽放效果；其次，抽放工作是在掘進和回采之前進行的，能大大減少生產過程中的瓦斯涌出量。然而，在實際生產中，對于瓦斯壓力大，煤質松軟的煤層，在鉆孔施工中經常出現夾鉆、擠鉆、煤泥堵塞鉆頭、鉆孔現象；鉆孔深入煤層3?5米，便難以繼續深入，導致鉆進深度淺，瓦斯抽放效果差。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種鉆孔的鉆進方法，以便在鉆進瓦斯壓力大、煤質松軟的煤層時提聞鉆進效率和瓦斯抽放效率。
[0005]為實現上述目的，本發明提供的鉆孔鉆進方法，利用鉆機依次鉆進巖石段和煤層，所述鉆機包括鉆頭和鉆桿，所述煤層的瓦斯壓力為0.45?0.9MPa，煤層的堅固性系數為0.6 ?1.1 ;
[0006]在鉆進巖石段的過程中，所用鉆桿為圓鋼鉆桿，采用壓水排渣鉆進，并且所述鉆頭與圓鋼鉆桿的直徑比為2:1?2.5:1 ；
[0007]在鉆進煤層的過程中，所用鉆桿為麻花鉆桿，采用壓風排渣鉆進，并且所述鉆頭與麻花鉆桿的直徑之比為2:1?2.5:1，所述鉆頭的鉆進速度為3?5m/h。
[0008]下面進一步詳細說明本發明所提供的鉆孔鉆進方法。
[0009]本發明所提供的鉆孔鉆進方法主要包括上述幾方面的技術措施。在上述措施的共同作用下，可以達到在鉆進瓦斯壓力大、煤質松軟的煤層時提高瓦斯抽放效率的要求。
[0010]在鉆孔鉆進過程中，鉆孔首先鉆進巖石段，然后穿過巖石段鉆進煤層。在本發明所提供的鉆孔鉆進方法中，為了消除鉆進過程中產生的巖粉擠鉆、卡鉆，在鉆進巖石段的過程中，所用鉆桿選擇圓鋼鉆桿，以減少巖層對鉆桿的阻力；并且所述鉆頭與圓鋼鉆桿的直徑比控制在2:1?2.5:1，采用壓水排渣鉆進，以便在鉆進過程中可以排渣順利。其中，所述壓水排渣是指將具有一定壓力的水(比如0.2MPa?0.5MPa等)通過供水管送入鉆機，從而在鉆進過程中通過水力帶出鉆渣。具體地，進入鉆機的水可以依次通過所述圓鋼鉆桿的中空通道以及鉆頭上的開孔流出；根據本發明優選的實施方式，所述鉆頭與圓鋼鉆桿的直徑比控制在2.1:1?2.4:1 ;進一步優選地，所述鉆頭的直徑為95mm，所述圓鋼鉆桿的直徑為42mm。
[0011]在本發明所提供的鉆孔鉆進方法中，鉆進煤層的過程中，由于煤層內瓦斯壓力大，煤質松軟，鉆頭、鉆孔容易被煤泥堵塞，無法繼續鉆進，將所用鉆桿由圓鋼鉆桿更換為麻花鉆桿，利用麻花鉆桿的自身旋轉力使煤渣及時排出；并且其排渣方式也由壓水排渣改為采用壓風排渣，解決松軟的煤質與水接觸更易堵塞鉆頭、鉆孔的問題。所述壓風排渣是指將具有一定壓力的壓縮空氣(比如0.2MPa?0.5MPa等)通過供風管送入鉆機，從而在鉆進過程中通過風力帶出鉆渣。具體地，進入鉆機的空氣可以依次通過所述圓鋼鉆桿的中空通道以及鉆頭上的開孔流出；并且所述鉆頭的直徑與所述麻花鉆桿的直徑之比為2:1?2.5:1，以便于鉆渣排出；根據本發明優選的實施方式，所述麻花鉆桿的直徑與所用圓鋼鉆桿直徑相同；進一步優選地，所述鉆頭的直徑為95mm，所述麻花鉆桿的直徑為42mm。
[0012]在本發明提供的鉆進方法中，由于將正常的壓水排渣鉆進改換成壓風排渣鉆進，供水管路需要全部更換，費時費力，影響鉆進效率。為解決這一問題，根據本發明優選的實施方式，在進行壓水排渣和壓風排渣時，利用風水聯動器分別進行供水和供風；所述風水聯動器包括總管，所述總管的一端為與水源連接的進水端，另一端為與風源連接的進風端；在所述總管進水端與進風端之間設有與所述總管連通的第一管、第二管、第三管和第四管；所述第一管連接至鉆機進水口，所述第二管連接至鉆機進風口，所述第三管連接至鉆機孔口噴霧器的進風口，以用于鉆機孔口噴霧、減少煤粉；所述第四管連接至鉆場回風側噴霧器的進風口，以用于鉆場回風側噴霧、減少煤粉。所述鉆機孔口噴霧器和鉆場回風側噴霧器均為煤層鉆孔的常規配置設備，這里不再贅述。所述進水端、進風端以及第一管、第二管、第三管和第四管上分別設有閥門。在進行壓水排渣時，所述風水聯動器僅進水端和第一管上的閥門打開；在進行壓風排渣時，所述風水聯動器僅進水端和第一管上的閥門閉合，從而實現了壓水排渣與壓風排渣的快速切換，提高了鉆進效率。
[0013]在本發明提供的鉆進方法中，由于煤層瓦斯壓力大，煤質松軟，為減少頂鉆、夾鉆、噴孔等嚴重動力現象，在鉆進煤層的過程中，將鉆頭的鉆進速度控制在3?5m/h ;優選為4m/h。根據本發明優選的實施方式，當所述煤層的瓦斯壓力進一步大于0.75MPa時，所述鉆機每鉆進2個單位長度時回撤至少I個單位長度，從而起到來回松孔、排煤渣的作用，使瓦斯泄壓后再向前鉆進；進一步優選地，所述鉆機每鉆進2個單位長度時回撤I?3個單位長度，直至瓦斯壓力下降到0.5MPa以下；更進一步優選地，所述的每個單位長度為I?2米。
[0014]與現有技術相比，本發明針對瓦斯壓力大、煤質松軟的煤層的鉆孔問題，通過改進鉆進方法，提高了鉆進效率，增加了煤層的穿透率，從而提高了瓦斯的抽放效率。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明中圓鋼鉆桿的示意圖；
[0016]圖2為本發明中麻花鉆桿的示意圖；
[0017]圖3為本發明中風水聯動器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖進一步詳細說明本發明所提供的方法，但本發明并不因此而受到任何限制。
[0019]在本發明提供的鉆進方法中，鉆孔首先鉆進巖石段，然后穿過巖石段鉆進煤層。為了消除鉆進過程中產生的巖粉擠鉆、卡鉆，在鉆進巖石段的過程中，所用鉆桿選擇如圖1所示的圓鋼鉆桿6，以減少巖層對鉆桿的阻力；并且采用壓水排渣鉆進，以便在鉆進過程中可以排渣順利。
[0020]在鉆進煤層的過程中，由于煤層內瓦斯壓力大，煤質松軟，鉆頭、鉆孔容易被煤泥堵塞。為此，將所用鉆桿由圓鋼鉆桿6更換為如圖2所示的麻花鉆桿7，利用麻花鉆桿7的自身旋轉力使煤渣及時排出；并且其排渣方式也由壓水排渣改為采用壓風排渣，解決松軟的煤質與水接觸更易堵塞鉆頭、鉆孔的問題。
[0021]在本發明提供的鉆進方法中，為便于將壓水排渣鉆進切換為壓風排渣鉆進，在進行壓水排渣或壓風排渣時，利用風水聯動器供水或供風；如圖3所示，所述風水聯動器包括總管1，所述總管I進一步包括與水源連接的進水端11和與風源連接的進風端12，所述水源用于為壓水排渣供水，所述風源用于為壓風排渣供風；在所述總管I的進水端11與進風端12之間設有與所述總管I連通的第一管2、第二管3、第三管4和第四管5 ;所述第一管2連接至鉆機進水口，所述第二管3連接至鉆機進風口，所述第三管4連接至鉆機孔口噴霧器的進風口，以用于鉆機孔口噴霧、減少煤粉；所述第四管5連接至鉆場回風側噴霧器的進風口，以用于鉆場回風側噴霧、減少煤粉；所述進水端11、進風端12以及第一管2、第二管3、第三管4和第四管5上分別設有閥門。在進行壓水排渣時，所述風水聯動器僅進水端11和第一管2上的閥門打開；在進行壓風排渣時，所述風水聯動器僅進水端11和第一管2上的閥門閉合，從而實現了壓水排渣與壓風排渣的快速切換，提高了鉆進效率。
[0022]下面通過實施例和對比例進一步闡述本發明，但本發明并不因此而受到任何限制。
[0023]實施例1
[0024]某礦進行鉆孔施工，其煤層的瓦斯壓力為0.45?0.9MPa，煤層的堅固性系數約為
0.88。鉆進巖石段時，采用直徑95mm鉆頭以及直徑42mm的圓鋼鉆管進行鉆進，壓水排渣。鉆進煤層時，采用直徑95mm鉆頭以及直徑42mm的麻花鉆管進行鉆進，壓風排渣，利用風水聯動器進行壓水排渣與壓風排渣的切換。同時在鉆進煤層時，將鉆進速度控制在4m/h ;當煤層的瓦斯壓力大于0.75MPa時，每鉆進2米時回撤I米直至瓦斯壓力下降到0.5MPa以下。平均每臺鉆機每天的鉆進量為80米，鉆孔穿透煤層率為100%，瓦斯抽放率為72%。
[0025]實施例2
[0026]某礦進行鉆孔施工，其煤層的瓦斯壓力為0.45?0.9MPa，煤層的堅固性系數約為
0.88。鉆進巖石段時，采用直徑95mm鉆頭以及直徑42mm的圓鋼鉆管進行鉆進，壓水排渣。鉆進煤層時，采用直徑95mm鉆頭以及直徑42mm的麻花鉆管進行鉆進，壓風排渣，利用傳統手段進行壓水排渣與壓風排渣的切換。同時在鉆進煤層時，將鉆進速度控制在4m/h ;將鉆進速度控制在4m/h ;當煤層的瓦斯壓力大于0.75MPa時,每鉆進2米時回撤I米直至瓦斯壓力下降到0.5MPa以下。平均每臺鉆機每天的鉆進量為72米，鉆孔穿透煤層率為100%，瓦斯抽放率為72%。
[0027]實施例3
[0028]某礦進行鉆孔施工，其煤層的瓦斯壓力為0.45?0.9MPa，煤層的堅固性系數約為
0.88。鉆進巖石段時，采用直徑95mm鉆頭以及直徑42mm的圓鋼鉆管進行鉆進，壓水排渣。鉆進煤層時，采用直徑95mm鉆頭以及直徑42mm的麻花鉆管進行鉆進，壓風排渣，利用風水聯動器進行壓水排渣與壓風排渣的切換。同時在鉆進煤層時，將鉆進速度控制在5m/h ;將鉆進速度控制在4m/h ;當煤層的瓦斯壓力大于0.75MPa時,每鉆進2米時回撤I米直至瓦斯壓力下降到0.5MPa以下。偶有卡鉆現象，平均每臺鉆機每天的鉆進量為76米，鉆孔穿透煤層率為100%，瓦斯抽放率為70%。
[0029]對比例I
[0030]某礦進行鉆孔施工，其煤層的瓦斯壓力為0.45?0.9MPa，煤層的堅固性系數約為
0.88。鉆進巖石段及煤層時，采用直徑95mm鉆頭以及直徑75mm的圓鋼鉆管進行鉆進，壓水排渣。在鉆進煤層時，將鉆進速度控制在4m/h，當煤層的瓦斯壓力大于0.75MPa時，每鉆進2米時回撤I米直至瓦斯壓力下降到0.5MPa以下。鉆進過程中經常發生卡鉆或鉆孔堵塞，平均每臺鉆機每天的鉆進量為60米，鉆孔穿透煤層率為30%，瓦斯抽放率為35%。
[0031]對比例2
[0032]某礦進行鉆孔施工，其煤層的瓦斯壓力為0.45?0.9MPa，煤層的堅固性系數約為
0.88。鉆進巖石段時，采用直徑95mm鉆頭以及直徑75mm的圓鋼鉆管進行鉆進，壓水排渣。鉆進煤層時，采用直徑95mm鉆頭以及直徑75mm的麻花鉆管進行鉆進，壓風排渣，利用傳統手段進行壓水排渣與壓風排渣的切換。同時在鉆進煤層時，將鉆進速度控制在4m/h。鉆進過程中經常發生卡鉆或鉆孔堵塞，平均每臺鉆機每天的鉆進量為64米，鉆孔穿透煤層率為50%，瓦斯抽放率為45%。
【主權項】
1.一種鉆孔的鉆進方法，其特征在于:利用鉆機依次鉆進巖石段和煤層，所述鉆機包括鉆頭和鉆桿，所述煤層的瓦斯壓力為0.45?0.9MPa，煤層的堅固性系數為0.6?1.1 ; 在鉆進巖石段的過程中，所用鉆桿為圓鋼鉆桿，采用壓水排渣鉆進，并且所述鉆頭與圓鋼鉆桿的直徑比為2:1?2.5:1 ; 在鉆進煤層的過程中，所用鉆桿為麻花鉆桿，采用壓風排渣鉆進，并且所述鉆頭與麻花鉆桿的直徑之比為2:1?2.5:1，所述鉆頭的鉆進速度為3?5m/h。2.根據權利要求1所述的鉆孔鉆進方法，其特征在于，利用風水聯動器為壓水排渣供水以及為壓風排渣供風；所述風水聯動器包括總管，所述總管的一端為與水源連接的進水端，所述總管的另一端為與風源連接的進風端；在所述總管進水端與進風端之間設有與所述總管連通的第一管、第二管、第三管和第四管；所述第一管連接至鉆機進水口，所述第二管連接至鉆機進風口，所述第三管連接至鉆機孔口噴霧器的進風口，所述第四管連接至鉆場回風側噴霧器的進風口 ；所述進水端、進風端以及第一管、第二管、第三管和第四管上分別設有閥門。3.根據權利要求2所述的鉆孔鉆進方法，其特征在于，在進行壓水排渣時，所述風水聯動器僅進水端和第一管上的閥門打開；在進行壓風排渣時，所述風水聯動器僅進水端和第一管上的閥門閉合。4.根據權利要求1所述的鉆孔鉆進方法，其特征在于，在鉆進煤層的過程中，當所述煤層的瓦斯壓力大于0.75MPa時，所述鉆機每鉆進2個單位長度時回撤至少I個單位長度。5.根據權利要求4所述的鉆孔鉆進方法，其特征在于，在鉆進煤層的過程中，所述鉆機每鉆進2個單位長度時回撤I?3個單位長度，直至所述煤層的瓦斯壓力下降到0.5MPa以下。6.根據權利要求4所述的鉆孔鉆進方法，其特征在于，所述的每個單位長度為I?2米。7.根據權利要求1所述的鉆孔鉆進方法，其特征在于，所述鉆頭與圓鋼鉆桿的直徑比控制在2.1:1?2.4:1 ;所述麻花鉆桿的直徑與圓鋼鉆桿的直徑相同。
【文檔編號】E21B21/12GK105888540SQ201410193810
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年5月8日
【發明人】周秀山, 邢振寶
【申請人】中國慶華能源集團有限公司, 內蒙古慶華集團有限公司