专利名称：一种防止井下煤层钻孔垮塌的方法
技术领域：
本发明涉及一种防止钻孔垮塌的方法，特别是一种防止井下煤层钻孔垮塌的方法。
背景技术：
目前，我国煤矿治理瓦斯的主要手段是井下施工钻孔对高瓦斯煤层进行提前预抽，该方式具有施工方便、工程量相对较小、瓦斯抽采效率高等优势，是我国煤矿应用最广泛的技术措施。然而我国所采煤层中松软煤层所占比例较大，平顶山、淮南、淮北、贵州、四川等矿区主采煤层均属于松软、高瓦斯煤层。受地应力、煤层瓦斯含量、瓦斯压力和煤体强度等因素影响，松软煤层瓦斯抽采钻孔在成孔退钻以后极易发生缩径、局部坍塌，导致钻孔瓦斯抽采量大幅下降甚至是钻孔报废。专利CN101463708公开了一种环状水力喷射钻头及复杂地层锚杆孔水力喷射施工方法，能透过钻具中心通道反循环排渣和外平双壁钻杆护壁避免卡钻、埋钻，该方法虽能保持钻孔成孔过程中不坍塌，但是施工工艺复杂，且对成孔后钻孔坍塌问题没有考虑；论文《改进抽放方法提高瓦斯抽放效果》提出了一种在瓦斯抽采钻孔成孔后向钻孔送入钢材质套管的方法来防止钻孔的坍塌，但是受钻具自重及煤层软硬分层的影响，钻孔轨迹会发生偏斜，而且钢管柔性差，在松软煤层钻孔中送入钢管很容易顶到孔壁，送入距离有限。并且工作面回采时采煤机滚筒与钢管接触会产生火花，影响安全生产。专利CN101446178A公开了一种井下松软突出煤层中风压空气钻进工艺，即当钻头从孔口钻到终孔后先不起钻，通过钻杆内孔送入护孔PVC筛管,之后起钻,筛管留在孔内钻杆完全起出。但是，钻杆内径往往比较小，在长距离钻杆内孔中送入PVC筛管的磨擦阻力很大，而且起钻过程容易造成PVC筛管折断。
发明内容
本发明的目的是要提供一种防止井下煤层钻孔垮塌的方法，解决高瓦斯松软煤层钻孔成孔后坍塌的问题。既能解决煤层钻孔成孔后坍塌的问题，又能保障瓦斯高效抽采。本发明的目的是这样实现的:防止钻孔垮塌的方法步，骤如下:
a.利用打钻装置在井下煤壁施工瓦斯抽采钻孔，钻头钻至终孔位置时停止钻进，钻进8(Tl00m，每根钻杆长度为0.8 1.0m ；
b.将钻杆退出3 4根，将压缩空气接入到多孔材料输送装置，并将多孔材料输送装置内的多孔材料输送到钻杆内孔中，使多孔材料通过钻杆内孔进入到钻头前方的预留钻孔空段，直到充满其体积容量2/3的以上时停止供风；
d.重复步骤b，直到孔内仅剩1(Γ20根钻杆时停止输送多孔材料，将钻孔内剩余钻杆全部退出钻孔；
e.将钻孔最后未充填多孔材料的l(T20m范围作为封孔段，放入抽采管并封孔抽采瓦斯。所述的多孔材料的形状为球形，直径为钻杆内径的1ΑΓ1/4，内部为孔隙结构，孔隙率在0.3^0.8之间，密度为10(Tl000kg/m3，多孔材料由聚氨酯树脂制成。所述的压缩空气压力值为0.2-0.6MPa ;钻头含有一个直径为不小于22mm的排气口，能够保障多孔材料在0.2-0.6MPa的风路中顺利被吹出而不被卡住。所述的抽采管顶端2m范围内有直径为3_6mm的小孔便于抽采瓦斯，并且采用筛网将该2m范围包裹住，筛网的筛孔直径小于多孔材料的最大直径。所述的多孔材料输送装置含有一个进气口、一个出料口、一个加料口和一个密封盖；进气口和出料口处于同一个水平线上，加料口入口方向与进气口入口方向垂直，密封盖位于加料口上方。有益效果，由于采用了上述方案，
(I)瓦斯抽采钻孔成孔后不是立即取出钻杆，而是借助钻杆内孔在退钻过程中向钻头前段钻孔预留空间注入多孔材料，实现了打钻、护孔一体化，方法可操作性强。(2)多孔材料是通过井下压风管路风流直接注入的，无需其他辅助管道，工艺独特、操作简单。(3)·多孔材料进入钻孔后对孔壁起支撑作用，抵消钻孔径向作用力，降低塌孔可能性。同时多孔材料本身孔隙及多孔材料之间的空隙为瓦斯流通提供通道，即使钻孔发生坍塌也能在一定程度上保障煤层瓦斯渗流出钻孔。优点:系统及工艺独特，能够保障钻孔瓦斯抽采流量大、浓度高。具有广泛的实用性。尤其适用于坚固性系数/值小于0.5的煤层钻孔。
图1是本发明的多孔材料输送过程示意图。图2是本发明多孔材料送后钻孔抽采瓦斯示意图。图3是本发明多孔材料内部剖面图。图中:1、压风管路阀门；2、多孔材料输送装置；2_1多孔材料输送装置进气口 ；2-2、多孔材料输送装置出料口 ；2-3、多孔材料输送装置加料口 ；2-4、密封盖；3、连接变头；
4、钻杆尾端；5、钻机；6、钻孔；7、钻杆；8、钻头；9、排气口 ；10、多孔材料；10_1、多孔材料骨架；10-2、孔隙；11、预留充填空段；12、煤层；13、瓦斯抽采管；14、封孔段；15、筛网。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述。实施例1:防止钻孔垮塌的方法，步骤如下:
a.利用打钻装置在井下煤壁施工瓦斯抽采钻孔，钻头钻至终孔位置时停止钻进，一般钻进8(Tl00m，每根钻杆长度为0.8 1.0m ；
b.将钻杆退出3 4根，将压缩空气接入到多孔材料输送装置，并将多孔材料输送装置内的多孔材料输送到钻杆内孔中，使多孔材料通过钻杆内孔进入到钻头前方的预留钻孔空段，直到充满其体积容量2/3的以上时停止供风；
d.重复步骤b，直到孔内仅剩1(Γ20根钻杆时停止输送多孔材料，将钻孔内剩余钻杆全部退出钻孔；
e.将钻孔最后未充填多孔材料的l(T20m范围作为封孔段，放入抽采管并封孔抽采瓦斯。所述的多孔材料的形状为球形，直径为钻杆内径的1ΑΓ1/4，内部为孔隙结构，孔隙率在0.3^0.8之间，密度为10(Tl000kg/m3，多孔材料由聚氨酯树脂制成。所述的压缩空气压力值为0.2-0.6MPa ;钻头含有一个直径为不小于22mm的排气口，能够保障多孔材料在0.2-0.6MPa的风路中顺利被吹出而不被卡住。所述的抽采管顶端2m范围内有直径为3_6mm的小孔便于抽采瓦斯，并且采用筛网将该2m范围包裹住，筛网的筛孔直径小于多孔材料的最大直径。所述的多孔材料输送装置含有一个进气口 2-1、一个出料口 2-2、一个加料口 2-3和一个密封盖2-4 ;进气口 2-1和出料口 2-2处于同一个水平线上，加料口 2-3入口方向与进气口 2-1入口方向垂直，密封盖2-4位于加料口 2-3上方。具体的:实施防止井下煤层钻孔垮塌方法的装置包括:压风管路阀门1、多孔材料输送装置2、多孔材料输送装置进气口 2-1、多孔材料输送装置出料口 2-2、多孔材料输送装置加料口 2-3、密封盖2- 4、连接变头3、钻杆尾端4、钻机5、钻杆7、钻头8和排气口 9 ;钻杆7连接在钻机5上，钻杆7为多节，在钻杆的前端连接有钻头8，钻头8上有排气口 9，在钻杆尾端4上连接有连接变头3，连接变头3通过多孔材输送装置2与压风管路阀门I连接。在井下煤层巷道的煤壁上施工一个直径为89mm的井下煤层瓦斯抽采钻孔，采用含有一个直径为22mm排气口的钻头配合长度为Im/根的钻杆钻进，该直径的排气口能够保障多孔材料在0.5-0.SMPa的风路中顺利被吹出而不被卡住。当钻头钻至终孔位置时，将钻杆退出4根，这样在钻头前方留出了预留充填空段。接着将多孔材料输送装置的出料口与钻杆尾端通过连接变头相连，多孔材料输送装置的进气口与井下压风管路相连。多孔材料为直径为6mm的球形结构，内部由骨架和孔隙组成，孔隙率为0.65，密度为178kg/m3。多孔材料由聚氨酯树脂制成，硬度高质量轻，能保证多孔材料顺利被风流带走。然后向多孔材料输送装置加入2kg的多孔材料，接着打开压风管路阀门，通过调压阀调节多孔材料输送装置的进气口风压至0.1MPa0直至孔颗粒输送装置内2kg的多孔材料全被输送完，该质量的颗粒能够充满预留充填空段的2/3以上空间。之后钻头每退出4根便重复以上步骤直到孔内仅剩20根钻杆时不再输送多孔材料，而是将剩余钻杆全部退出钻孔。然后将18m长的抽采管送入到钻孔内，抽采管前端2m范围内有直径为5_的小孔便于抽采瓦斯，采用筛网将该2m范围包裹住，筛网网孔直径为4_，能够防止抽采瓦斯过程中多孔材料被抽出。接着在孔口 12m范围内密封，开始抽采瓦斯。这样留在钻孔内的多孔材料对孔壁起支撑作用，抵消钻孔径向作用力，降低塌孔可能性。即使钻孔局部塌孔，多孔材料本身孔隙及多孔材料之间的空隙为瓦斯流通提供通道，实现钻孔瓦斯长时间高浓度、大流量抽采。
权利要求
1.一种防止井下煤层钻孔垮塌的方法，其特征在于:防止钻孔垮塌的方法步骤如下: a.利用打钻装置在井下煤壁施工瓦斯抽采钻孔，钻头钻至终孔位置时停止钻进，钻进8(Tl00m，每根钻杆长度为0.8 1.0m ； b.将钻杆退出3 4根，将压缩空气接入到多孔材料输送装置，并将多孔材料输送装置内的多孔材料输送到钻杆内孔中，使多孔材料通过钻杆内孔进入到钻头前方的预留钻孔空段，直到充满其体积容量2/3的以上时停止供风； d.重复步骤b，直到孔内仅剩1(Γ20根钻杆时停止输送多孔材料，将钻孔内剩余钻杆全部退出钻孔； e.将钻孔最后未充填多孔材料的l(T20m范围作为封孔段，放入抽采管并封孔抽采瓦斯。
2.根据权利要求1所述的一种防止井下煤层钻孔垮塌的方法，其特征在于:所述的多孔材料的形状为球形，直径为钻杆内径的1ΑΓ1/4，内部为孔隙结构，孔隙率在0.3^0.8之间，密度为10(Tl000kg/m3，多孔材料由聚氨酯树脂制成。
3.根据权利要求1所述的一种防止井下煤层钻孔垮塌的方法，其特征在于:所述的压缩空气压力值为0.2-0.6MPa ;钻头含有一个直径为不小于22mm的排气口，能够保障多孔材料在0.2-0.6MPa的风路中顺利被吹出而不被卡住。
4.根据权利要求1所述的一种防止井下煤层钻孔垮塌的方法，其特征在于:所述的抽采管顶端2m范围内有直径为3-6mm的小孔便于抽采瓦斯，并且采用筛网将该2m范围包裹住，筛网的筛孔直径小于多孔材料的最大直径。
5.根据权利要求1所述 的一种防止井下煤层钻孔垮塌的方法使用的装置，其特征在于:所述的多孔材料输送装置含有一个进气口、一个出料口、一个加料口和一个密封盖；进气口和出料口处于同一个水平线上，加料口入口方向与进气口入口方向垂直，密封盖位于加料口上方。
全文摘要
一种防止井下煤层钻孔垮塌的方法，属于防止钻孔垮塌的方法。在施工煤层瓦斯抽采孔的过程中，当钻头钻至终孔位置后，将钻头退出一段距离，利用压缩空气将多孔材料输送装置内的多孔材料通过钻杆内孔输送到钻头前端的预留充填段。接着钻头每退出一段距离便输送多孔材料一次，直至钻头退到预定封孔位置停止输送多孔材料。留在孔内的多孔材料既能起到支撑孔壁防止塌孔的作用，同时本身孔隙及多孔材料之间的空隙为瓦斯解吸、流通提供了良好通道,即使钻孔发生坍塌也能在一定程度上保障煤层瓦斯渗流出钻孔。优点系统及工艺独特，能够保障钻孔瓦斯抽采流量大、浓度高。具有广泛的实用性。尤其适用于坚固性系数f值小于0.5的煤层钻孔。
文档编号E21F7/00GK103195471SQ20131013945
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者周福宝, 高峰, 刘应科, 刘春 , 肖翔, 杨磊 申请人:中国矿业大学