一种煤矿井下多级套管长距离防灭火钻孔施工方法与流程

1.本发明涉及煤矿井下钻孔施工技术领域，具体涉及一种煤矿井下多级套管长距离防灭火钻孔施工方法。


背景技术：

2.矿井火灾是煤矿主要灾害之一。近些年来，随着煤层开采深度及强度不断增加，采空区内遗煤自燃时有发生，给煤矿安全生产带来了严峻挑战。通过向采空区火源点施工防灭火钻孔进行注浆、注惰气、注三相泡沫等技术手段被广泛应用，这也是预防采空区遗煤自燃最经济有效的技术方法之一。
3.目前，国内外矿井采用的防灭火钻孔施工方法主要分为两种：1.钻杆直接施工法，即利用钻机通过钻头和钻杆施工钻孔到达预计终孔位置后，起钻下套管进行护孔，而后通过钻孔向高温隐患区域注入各类防灭火材料的方法。2.钻杆留置施工法，即利用钻机通过钻头和钻杆施工钻孔到达预计终孔位置后，不提钻，而直接将钻头和钻杆留置在钻孔内，通过钻杆、钻头出水孔对火源隐患点采取注浆、注惰等措施进行火灾防治。
4.然而，以上两种钻孔施工方法在施工作为注浆通道的防灭火钻孔时，都存在一定的问题与缺陷。钻杆直接孔施工法适用于煤矿井下稳定中硬岩煤层，起钻后，钻孔孔壁稳定性较好，不易塌孔能够及时下入套管。但煤矿煤自燃灾害多发生采空区内部，由于采空区的高破坏性、顶板自然垮落形成的冒落带与裂隙带以及常常遇到构造破碎带、陷落柱等地质条件，致使孔壁稳定性变差，往往出现起钻后钻孔塌孔现象，使得套管无法下达预定位置，同时破碎煤岩体造成冲洗液漏失，导致钻孔成孔率不足60％，套管安设成功率不足50％，注浆管前端也易阻塞，极大地影响施工效率和注浆效果。除此之外，对于采空区较深处的火源隐患区域进行长距离防灭火钻孔施工难度大。钻杆留置施工法虽然在一定程度上解决了破碎煤岩顶板条件下施工的提钻塌孔问题，但是该方法成本较高，同时钻头的出水孔狭小，无法进行短时间大强度注浆，注浆量不能满足需求，导致防灭火效果不佳。
5.因此，鉴于以上问题，有必要提出一种成孔率高、方便套管下置钻孔施工方法，以提高防灭火效果。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明公开的一种煤矿井下多级套管长距离防灭火钻孔施工方法，解决了煤矿井下穿过破碎煤岩体向邻近煤层采空区火源隐患点远距离施工穿层防灭火钻孔时，钻孔成孔率低、套管难以下置到位、施工距离短以及钻孔用于防灭火措施时效果不佳的技术问题。
7.根据本发明的目的提出的一种煤矿井下多级套管长距离防灭火钻孔施工方法，包括以下步骤：
8.步骤一：在本煤层钻场利用钻机向下邻近层采空区火源隐患点方位一开钻孔，一开钻孔打至本煤层底板老底位置。
9.步骤二：起钻后，下入一级套管并固管。
10.步骤三：待一级套管固管后，更换钻头，开孔径小于一开钻孔的二开钻孔，二开钻孔沿孔口管中心打至微漏地层。
11.步骤四：起钻后，下入二级套管并固管，以护壁。
12.步骤五：待二级套管固管后，再次更换钻头，开孔径小于二开钻孔的三开钻孔，三开钻孔沿孔口管中心打至采空区隐患点冒落带上方位置。
13.步骤六：起钻后，下入三级套管并固管，作为防灭火措施通道。
14.优选的，所述钻机为型号zlj4000d型钻机，钻具组合采用ф63.5mm外平钻杆和钻头的方式。
15.优选的，钻设一开钻孔、二开钻孔以及三开钻孔所选钻头直径分别为133mm，113mm，75mm；多级套管均为无缝钢管，一级套管直径为127mm，二级套管直径为89mm，三级套管直径为50mm。
16.优选的，多级套管注浆固管方式均为管内注浆管外返浆的固管工艺。
17.优选的，固管浆液分散质采用32.5级普通硅酸盐水泥，重量比水：灰＝0.5
‑
0.6:1。
18.与现有技术相比，本发明公开的一种煤矿井下多级套管长距离防灭火钻孔施工方法的优点是：
19.在本煤层破碎煤岩体施工防灭火钻孔以及施工邻近煤层长距离穿层防灭火钻孔时，钻孔成孔率高，方便套管下置到位，适用于长距离防灭火钻孔的施工，同时满足各种防灭火材料大流量长时间灌注，防灭火措施实施效果更好。
附图说明
20.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
21.图1为本发明的施工方法示意图。
22.图2为钻孔结构示意图。
23.图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
[0024]1‑
钻场；2
‑
钻机；3
‑
煤层采面巷道；4
‑
煤层；5
‑
三开钻孔；6
‑
下邻近煤层采空区冒落带；7
‑
钻孔；8
‑
煤层底板老底位置；9
‑
交接处；10
‑
下邻近煤层采空区裂隙带；11
‑
岩层；12
‑
一开钻孔；13
‑
一级套管；14
‑
二开钻孔；15
‑
二级套管；16
‑
三级套管。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
[0026]
图1
‑
图2示出了本发明较佳的实施例，对其进行了详细的剖析。
[0027]
如图1、2所示的一种煤矿井下多级套管长距离防灭火钻孔施工方法，应用于平煤六矿，所用钻机2为型号zlj4000d型钻机，钻具组合采用ф63.5mm外平钻杆和钻头的方式。
该方法包括以下步骤：
[0028]
步骤一：根据地质钻孔柱状图，设计穿层防灭火钻孔角度，预计各级开孔深度及套管长度，调整zlj4000d型钻机机身倾角和水平开孔高度进行开钻孔7。在本煤层采面巷道3所施工的钻场1中利用钻机2向下邻近煤层采空区冒落带6火源隐患点上方开孔施工，一开钻孔12孔径钻进至岩层11中的煤层底板老底位置8，钻孔7深度10m左右，具体深度根据实际地质条件而定。
[0029]
步骤二：起钻后，下入的一级套管13至孔底，采用管内注浆管外返浆的固管工艺固管。
[0030]
步骤三：待水泥浆凝固后，更换的钻头，开二开钻孔14，二开钻孔14沿孔口管中心打至微漏地层。微漏地层由地质钻孔柱状图预计下邻近煤层采空区裂隙带10位置与上方岩层11交接处9或实际深度和层位以泥浆严重漏失为准。
[0031]
步骤四：起钻后，下入壁厚不小于4.5mm的二级套管15以护壁至孔底，采用管内注浆管外返浆的固管工艺固管。
[0032]
步骤五：待水泥浆凝固48h后，再次更换的钻头，开三开钻孔5，三开钻孔5沿孔口管中心打至下邻近煤层采空区冒落带6上方位置。
[0033]
步骤六：起钻后，下入三级套管16作为大流量注浆、注惰气等防灭火措施通道。全孔采用复合片钻进工艺。
[0034]
进一步的，在下管过程中，套管采用国标地质无缝钢管，壁厚不小于4.5mm，长度2m，配备0.5m长度的短根作为调节。每根套管均为双头母扣，通过双公短节连接。最上一根套管口焊接高压法兰盘。下管前用套管连接4.5m套管沿孔内下到孔底，若出现下管不顺畅情况，应提出套管进行扫孔继续上述操作，直至下管顺畅方可进行正式下管操作。下管时，孔内套管使用链式卡瓦或套管卡固定座在孔口，上部连接一根套管，最上面一根套管上通过丝扣连接提头，使用钻机2自带绞车提起后，卸下链式卡瓦或松开套管卡，操作绞车，靠套管自重缓慢下入孔内。如此往复。要求套管连接时丝扣缠麻线，大牙钳或链鞭上紧。二级套管15下入后，先将套管提离孔底0.2m，孔口套管顶端安装注浆闷盘，利用泥浆泵通过高压管从套管口向管内注入水泥浆，同时观察套管与孔壁间隙内返浆情况，待水泥返出地面后，停止注浆，落下套管。注浆候凝48小时后，用钻头扫孔到达接近孔底1
‑
2m处，如水泥凝固不好，继续待凝，如水泥凝固能托住钻具，可扫孔至孔底，缓慢恢复三开钻孔5钻进。
[0035]
进一步的，钻机2缓慢钻进过程中，一开钻孔12、二开钻孔14钻进使用膨润土泥浆作为冲洗介质，三开钻孔5钻进先使用泥浆循环，待泥浆全部漏失后使用清水顶漏钻进。
[0036]
进一步的，固管浆液分散质采用32.5级普通硅酸盐水泥，重量比水：灰＝0.5
‑
0.6:1，要求水泥不过期、不受潮结块，用干净清水制浆。
[0037]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。