一种瓦斯抽采钻孔稳定性维护材料与布设装置及方法与流程

本发明属于维护本煤层瓦斯钻孔的技术领域，提出一种瓦斯抽采钻孔稳定性维护材料与布设装置及方法。

背景技术：

顺煤层瓦斯抽采钻孔的稳定性维护一直是瓦斯防治的关键问题乃至世界难题，随着开采深度的增加，我国大部分煤矿所开采的煤层均为松软煤层，并且随着开采深度的增加瓦斯压力越来越大，这导致孔壁极不稳定，钻孔极易垮塌。目前矿上常用的防止瓦斯钻孔塌孔的手段主要是在钻孔内下筛管技术，该方法虽操作简单,但存在以下缺点：通常筛管与钻空间贴合不紧密,容易形成漏风；塌孔时容易导致筛管挤压变形，堵塞抽采通道；当筛管的孔隙较少时，单孔抽采量小，抽采率低；当筛管的孔隙较多时，筛管的加工较为困难且筛管强度低；筛管一般由成本较高的pvc管制成，通常顺煤层瓦斯抽采钻孔长度达数十米甚至上百米，瓦斯抽采后筛管不可回收，这造成极大的资源浪费。因此，以节约成本减少资源浪费，提高护孔效果和瓦斯抽采率为目的，提出一种瓦斯抽采钻孔稳定性维护材料与布设装置及方法。

专利内容

针对目前维护瓦斯钻孔稳定性的成本高，抽采率低等问题，本发明提供一种瓦斯抽采钻孔稳定性维护材料与布设装置及方法，该种方法利用廉价的承载小球体维护钻孔稳定性，通过调节承载小球体的直径大小间接的增大钻孔的透气性，提高瓦斯抽采效率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种瓦斯抽采钻孔稳定性维护材料与布设装置，包括充填材料定向推送装置、套管、端头固定装置、承载小球体、多孔圆盘，所述充填材料定向推送装置通过传动螺杆将承载小球体从套管中输送到指定位置，所述传动螺杆里端端头处设有活塞头，外端接钻机，所述活塞头位于套管内部且与套管内壁滑动连接；所述端头固定装置通过固定螺栓固定于瓦斯抽采钻孔口处的煤壁上，中心设有一个螺纹孔，传动螺杆从该螺纹孔穿过。

所述的套管由2米每节的薄壁铁管制成，套管两端带有螺纹，套管间可相互组合，钻孔充填完毕后套管可全部回收。

所述充填材料定向推送装置中的端头固定装置为铁质圆盘与套管焊接而成，圆盘四周带有螺栓孔，通过固定螺栓可将圆盘固定于煤壁上，铁质圆盘中心带有螺纹孔；所述传动螺杆的长度为2米每节，传动螺杆间可通过端部的螺纹相互连接，最里端的传动螺杆端部设有活塞头，活塞头由橡胶材质制得，活塞头与传动螺杆轴连接。

所述承载小球体由煤矸石、水泥和水按5:5:3的比例混合制成，承载小球体的强度可达0.5mp，承载小球体可以满足维护钻孔稳定性的强度需求，煤矸石与水泥均为廉价的原材料，瓦斯抽采完毕后，承载小球体无需回收。

一种瓦斯抽采钻孔稳定性维护材料与布设装置及方法按照以下步骤进行：

a、根据钻孔的孔径大小和承载强度需求算出最合适的承载小球体的直径并将承载小球体装入球体网袋中；

b、钻孔钻进完毕后，将预先算好的全部的承载小球体装入套管内，再将套管依次连接并推送至钻孔内第一个待护孔区域；

c、将端头固定装置与套管连接好并固定于煤壁上，再利用钻机提供的动力使连接好的传动螺杆将一定数量的承载小球体推出套管并推送至第一个待护孔区域；

d、卸下端头固定装置及一部分套管与传动螺杆，使剩余的套管和传动螺杆的长度刚好到达第二个待护孔区域，此时，按照步骤c对第二个待护孔区域进行充填；

e、当按照上诉步骤将所有的待护孔区域充填好后，开始封孔，准备瓦斯抽采。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

(1)本发明可实现对钻孔定点护孔，这将大大减少承载小球体的使用量，节约成本；

(2)本发明的承载小球体由廉价的煤矸石与水泥配制，参入煤炭中的承载小球体不会影响煤炭的质量，故钻孔中的承载小球体无需回收；

(3)本发明的套管为薄壁铁管，护孔效果好并且套管可全部回收。

附图说明

图1是基于煤矸石的瓦斯抽采钻孔定向护孔装置及方法的示意图；

图2是充填材料定向推送装置示意图；

图3是本发明最终的充填效果示意图；

图4是承载小球体在球体网袋中的示意图；

图5是传动螺杆与活塞头连接示意图；

其中：1：钻机；2：端头固定装置；3：传动螺杆；4：套管内螺纹；5：活塞头；6：承载小球体；7：套管；8：连接头(连接钻机与螺杆)；9：固定螺栓；10：封孔段；11：多孔圆盘；12：钻孔稳定区域；13：球体网袋

具体实施步骤

下面结合附图，进一步说明本发明的具体实施方式。

一种基于煤矸石的瓦斯抽采钻孔定向护孔装置，包括套管7、端头固定装置2、承载小球体6、多孔圆盘11，传动螺杆3利用钻机1提供的动力将承载小球体6从套管中推送到指定位置，所述传动螺杆里端端头处设有活塞头5，所述活塞头位于套管内部且与套管内壁滑动连接；所述端头固定装置2通过固定螺栓10固定于瓦斯抽采钻孔口处的煤壁上，中心设有一个螺纹孔，传动螺杆3从该螺纹孔穿过，所述的套管7由2米每节的薄壁铁管制成，套管两端带有螺纹4，套管间可相互组合，钻孔充填完毕后套管可全部回收。

所述充填材料定向推送装置中的端头固定装置为铁质圆盘与套管焊接而成，圆盘厚度为20cm，四周带有螺栓孔，通过固定螺栓10可将圆盘固定于煤壁上，铁质圆盘中心带有螺纹孔；所述传动螺杆3的长度为2米每节，传动螺杆间可通过端部的螺纹相互连接，最里端的传动螺杆端部设有活塞头5，活塞头5由橡胶材质制得，活塞头与传动螺杆3轴连接。

所述承载小球体6由煤矸石、水泥和水按5:5:3的比例混合制成，承载小球体的强度可达0.5mp，承载小球体可以满足维护钻孔稳定性的强度需求，煤矸石与水泥均为廉价的原材料，瓦斯抽采完毕后，承载小球体无需回收，并且回采过程中参入煤炭中的承载小球体不会影响煤炭的质量，承载小球体之间、承载小球体与孔壁之间均为点接触，这将为钻孔中留有较大的孔隙，这些孔隙可视为煤体中的宏观裂缝，瓦斯在钻孔中的流动为宏观流动，承载小球体与孔壁间的接触对瓦斯流动的阻碍作用较小。

一种瓦斯抽采钻孔稳定性维护材料与布设装置及方法，利用上述装置，并以煤层倾向顺层钻孔长度80米，钻孔直径φ75mm为例进行说明，步骤如下：

(1)综合考虑承载小球体的强度以及钻孔内的透气性，取承载小球体的直径为1厘米；

(2)将承载小球体6装入球体网袋13中，球体网袋的直径与套管一致，每个球体网袋的长度为0.5米，球体网袋表面粗糙，与孔壁接触时不会产生滑动，钻孔钻进完毕后，将已装入球体网袋的承载小球体装入套管7内，再将套管通过螺纹4连接并推送至钻孔内第一个待护孔区域；

(3)将图2所示的充填材料定向推送装置与套管连接好并通过固定螺栓9固定于煤壁上，再将钻机1通过连接头8与传动螺杆3相连接，第一节传动螺杆与活塞头5轴连接如图5所示，活塞头不随传动螺杆转动，活塞头为橡胶材质，柔性较高，便于推送承载小球体，启动钻机，通过传动螺杆把承载小球体推出套管并推送至第一个待护孔区域；

(4)关闭钻机，卸下端头固定装置2及一部分套管与螺杆，使钻孔内剩余的套管和螺杆的长度刚好到达第二个待护孔区域，此时，按照步骤(3)对第二个待护孔区域进行充填；

(5)当按照上诉步骤将所有的待护孔区域充填好后，用多孔圆盘11将充填小球体固定；

(6)封孔，准备瓦斯抽采，如图3所示，图中12为钻孔的稳定区域，该区域钻孔孔壁稳定不易塌孔，故不对该区域进行充填，图中10为封孔段。