一种瓦斯抽采用钻孔组及其施工方法与流程

本发明属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种瓦斯抽采用钻孔组及其施工方法。

背景技术：

煤矿生产中治理工作面采空区瓦斯的主要方法有高抽巷和常规顶板走向钻孔。高抽巷掘进工作量大、劳动强度高、生产效率低且综合成本较高。常规顶板走向钻孔需要做高位钻场、钻孔轨迹不可控、精度差、孔径小，抽采效果不佳。

我矿创造性地采用高位大直径定向长钻孔进行瓦斯抽采，其具有较高的钻孔施工效率、成孔效率和抽采效率，有效地节约了经济成本。然而，定向长钻孔是在回风巷平钻场内施工的，其目标层布置在顶板裂隙带稳定层位中，钻孔需要穿过破碎地层，在钻进过程中，极易发生卡钻、憋泵现象。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：采用定向长钻孔进行瓦斯抽采，定向长钻孔穿过破碎层时易卡钻、憋泵。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种瓦斯抽采用钻孔组，包括设置在同一钻场内的多个相互错开的定向长钻孔，多个所述定向长钻孔从不稳定地层延伸至稳定地层，所述不稳定地层包括破碎层，所述稳定地层内设有目标层，定向长钻孔位于破碎层内的部分的倾角大于16°，定向长钻孔位于目标层内的部分的倾角与煤层倾角相同；还包括若干前探注浆钻孔，若干个所述的前探注浆钻孔沿远离所述钻场，并朝向工作面的方向间隔设置。

优选地，本发明所述的一种瓦斯抽采用钻孔组，若干个所述的前探注浆钻孔沿远离钻场，并朝向工作面的方向等间距地布置。

优选地，本发明所述的一种瓦斯抽采用钻孔组，相邻两个前探注浆钻孔的间距为50-100m。

优选地，本发明所述的一种瓦斯抽采用钻孔组，所述前探注浆钻孔的方位为0°，倾角为40-60°。

本发明还提供了一种瓦斯抽采用钻孔组的施工方法，包括以下步骤：

(1)地质探查，确定钻场、定向长钻孔的孔位、前探注浆钻孔的孔位及钻孔参数；

(2)采用常规方法进行前探注浆钻孔的施工，向前探注浆钻孔内进行高压注浆；

(3)定向长钻孔施工：采用1.75°马达大倾角施工，快速穿过破碎层进入目标层，起钻后再使用扩孔钻头扩孔至目标层；钻进过程中通过无线随钻测斜技术，采用复合钻进工艺钻进；钻进过程中遇憋泵、卡钻时，采用回转钻进的方式通过；所述复合钻进工艺是指定向钻进与回转钻进相结合的方式。

本发明所述的一种瓦斯抽采用钻孔组的施工方法，所述定向长钻孔施工时采用肋骨钻杆钻进。

本发明技术有益效果：

本发明技术方案通过前探注浆钻孔的设置，明确了定向长钻孔穿过破碎带的位置，注浆加固后，地层垮塌程度明显减少；定向长钻孔以大于16°的倾角通过破碎带，有效缩短了钻孔在破碎带内的长度，减少憋泵事故发生的可能性，降低施工难度；通过无线随钻测量技术，采用复合定向钻进工艺施工，有效降低劳动强度；

本发明的瓦斯抽采用钻孔组具有施工效率高、成孔效率高的优点，能够有效节约施工费用，降低生产成本。

附图说明

图1为本实施例中前探注浆钻孔的平面图；

图2为本实施例中前探注浆钻孔的剖面图；

图3为本实施例中定向长钻孔轨迹平面示意图；

图4为本实施例中定向长钻孔轨迹剖面图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。

本实施例中工作地层概况：自上而下依次为大于30米的稳定地层、28-30米的花斑泥岩层、21-27米的稳定层、0-20米的软硬互层。

根据地层探测结果在矿区回风巷平钻场内施工，选定钻场进行钻孔施工。

如图1至图4所示，本实施例公开的一种瓦斯抽采用钻孔组包括相互错开的多个定向长钻孔1和若干个前探注浆钻孔2。

如图3及图4所示，多个所述定向长钻孔1的孔口均设置于选定的钻场内，即多个定向长钻孔1的孔口位于同一高度。定向长钻孔1从不稳定地层延伸至稳定地层，所述不稳定地层包括破碎层，所述稳定地层内设有目标层，定向长钻孔1位于破碎层内的部分的倾角大于16°，定向长钻孔1位于目标层内的部分的倾角与煤层倾角相同。

如图1及图2所示，所述前探注浆钻孔2沿远离所述钻场的方向间隔设置。在本实施例中根据地层情况将前探注浆钻孔2的数量设置为四个，四个前探注浆钻孔2距钻场的距离分别为100米、200米、300米、400米。四个前探注浆钻孔2的方位均为0°，倾角均为60°。当然了，在其他的实施例中，根据实际情况，相邻的两个前探注浆钻孔2的距离可以在50-100米的范围内调整，每一前探注浆钻孔的倾角在40-60°的范围内调整。

上述瓦斯抽采用钻孔组的定向长钻孔1总体上采用先定向、再扩孔的工艺进行施工。整个钻孔组的施工方法包括以下详细步骤：

(1)地质探查，通过对布孔区域地层剖面走势进行详细勘探，确定钻孔施工范围内煤层以上40米的顶板信息以及破碎带的具体情况来确定钻场、定向长钻孔1的钻孔参数。

(2)采用常规方法进行前探注浆钻孔2的施工，向前探注浆钻孔2内进行高压注浆，对破碎层进行加固，避免定向长钻孔1钻进过程中出现垮孔。

(3)定向长钻孔1施工：根据地层情况，采用1.75°马达大倾角施工至钻孔穿过破碎层，起钻后再使用扩孔钻头扩孔至目标层，此过程中通过无线随钻测斜技术，利用ф73/89mm肋骨钻杆配套ф120mm钻头，并采用复合定向钻进工艺施工，钻进过程中遇憋泵、卡钻时，采用回转钻进的方式通过。扩孔时采用ф246mm扩孔钻头进行。

先进行前探注浆钻孔2的施工并注浆对破碎地层进行加固，明显减少地层垮塌。定向长钻孔1施工时采用1.75°大倾角施工，缩短了定向长钻孔1在破碎层中的长度，减少孔内垮塌、大块岩石堵塞后路的情况发生的可能性，降低打钻的难度，通过实时调整确保定向长钻孔1在进入目标层时倾角能够降至与煤层倾角一致。

扩孔能够增强大块钻屑的通过能力，还可以减少压力水对孔壁的冲刷破坏。采用无线随钻测斜技术，根据监测结果更换钻进工艺，降低劳动强度。采用肋骨钻杆，在进行定向钻进、复合钻进工艺互换及后续更换钻头时，均可直接使用该钻杆，提高了施工效率。

本发明技术方案在上面结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种瓦斯抽采用钻孔组，包括设置在钻场内的多个相互错开的定向长钻孔，多个所述定向长钻孔从不稳定地层延伸至稳定地层，所述不稳定地层包括破碎层，所述稳定地层内设有目标层，所述定向长钻孔位于破碎层内的部分的倾角大于16°，定向长钻孔位于目标层内的部分的倾角与煤层倾角相同；还包括若干前探注浆钻孔，若干个所述的前探注浆钻孔沿远离所述钻场的方向间隔设置。本发明还公开了上述瓦斯抽采用钻孔组的施工方法。本发明的优点在于，通过前探注浆钻孔的设置，明确了定向长钻孔穿过破碎带的位置，注浆加固后，地层垮塌程度明显减少；定向长钻孔以大于16°的倾角通过破碎带，减少了钻孔在破碎带内的长度，降低憋泵事故发生的可能性。

技术研发人员：方有向;朱明明;万玉柱;殷广标;余岩
受保护的技术使用者：淮南矿业（集团）有限责任公司
技术研发日：2018.10.31
技术公布日：2019.03.08