一种钻孔的钻进方法
【专利摘要】本发明公开了一种钻孔的钻进方法，所述方法利用钻机依次钻进岩石段和煤层，所述钻机包括钻头和钻杆，所述煤层的瓦斯压力为0.45～0.9MPa，煤层的坚固性系数为0.6～1.1；在钻进岩石段的过程中，所用钻杆为圆钢钻杆，采用压水排渣钻进，并且所述钻头与圆钢钻杆的直径比为2:1～2.5:1；在钻进煤层的过程中，所用钻杆为麻花钻杆，采用压风排渣钻进，并且所述钻头与麻花钻杆的直径之比为2:1～2.5:1，所述钻头的钻进速度为3～5m/h。本发明针对瓦斯压力大、煤质松软的煤层的钻孔问题，通过改进钻进方法，提高了钻进效率，增加了煤层的穿透率，从而提高了瓦斯的抽放效率。
【专利说明】
一种钻孔的钻进方法
技术领域
[0001]本发明涉及煤炭开采领域，特别涉及一种钻孔的钻进方法。
【背景技术】
[0002]我国煤矿多为井工开采，近年来，随着煤炭生产规模的扩大和开采深度的延伸，瓦斯灾害严重，给人民群众的生命财产造成巨大损失，在国内外造成严重影响。
[0003]为此，采取瓦斯抽放措施，将富含于煤层中的瓦斯抽放出来，降低了煤层中的瓦斯压力，是解除瓦斯事故威胁、确保矿井生产过程中不受或少受瓦斯因素影响、实现安全生产的技术手段。其中，钻孔预抽放是瓦斯抽放的常用方法，其优点在于钻孔贯穿煤层，瓦斯很容易沿层理面流入钻孔，有利于提高抽放效果；其次，抽放工作是在掘进和回采之前进行的，能大大减少生产过程中的瓦斯涌出量。然而，在实际生产中，对于瓦斯压力大，煤质松软的煤层，在钻孔施工中经常出现夹钻、挤钻、煤泥堵塞钻头、钻孔现象；钻孔深入煤层3?5米，便难以继续深入，导致钻进深度浅，瓦斯抽放效果差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种钻孔的钻进方法，以便在钻进瓦斯压力大、煤质松软的煤层时提闻钻进效率和瓦斯抽放效率。
[0005]为实现上述目的，本发明提供的钻孔钻进方法，利用钻机依次钻进岩石段和煤层，所述钻机包括钻头和钻杆，所述煤层的瓦斯压力为0.45?0.9MPa，煤层的坚固性系数为0.6 ?1.1 ;
[0006]在钻进岩石段的过程中，所用钻杆为圆钢钻杆，采用压水排渣钻进，并且所述钻头与圆钢钻杆的直径比为2:1?2.5:1 ；
[0007]在钻进煤层的过程中，所用钻杆为麻花钻杆，采用压风排渣钻进，并且所述钻头与麻花钻杆的直径之比为2:1?2.5:1，所述钻头的钻进速度为3?5m/h。
[0008]下面进一步详细说明本发明所提供的钻孔钻进方法。
[0009]本发明所提供的钻孔钻进方法主要包括上述几方面的技术措施。在上述措施的共同作用下，可以达到在钻进瓦斯压力大、煤质松软的煤层时提高瓦斯抽放效率的要求。
[0010]在钻孔钻进过程中，钻孔首先钻进岩石段，然后穿过岩石段钻进煤层。在本发明所提供的钻孔钻进方法中，为了消除钻进过程中产生的岩粉挤钻、卡钻，在钻进岩石段的过程中，所用钻杆选择圆钢钻杆，以减少岩层对钻杆的阻力；并且所述钻头与圆钢钻杆的直径比控制在2:1?2.5:1，采用压水排渣钻进，以便在钻进过程中可以排渣顺利。其中，所述压水排渣是指将具有一定压力的水(比如0.2MPa?0.5MPa等)通过供水管送入钻机，从而在钻进过程中通过水力带出钻渣。具体地，进入钻机的水可以依次通过所述圆钢钻杆的中空通道以及钻头上的开孔流出；根据本发明优选的实施方式，所述钻头与圆钢钻杆的直径比控制在2.1:1?2.4:1 ;进一步优选地，所述钻头的直径为95mm，所述圆钢钻杆的直径为42mm。
[0011]在本发明所提供的钻孔钻进方法中，钻进煤层的过程中，由于煤层内瓦斯压力大，煤质松软，钻头、钻孔容易被煤泥堵塞，无法继续钻进，将所用钻杆由圆钢钻杆更换为麻花钻杆，利用麻花钻杆的自身旋转力使煤渣及时排出；并且其排渣方式也由压水排渣改为采用压风排渣，解决松软的煤质与水接触更易堵塞钻头、钻孔的问题。所述压风排渣是指将具有一定压力的压缩空气(比如0.2MPa?0.5MPa等)通过供风管送入钻机，从而在钻进过程中通过风力带出钻渣。具体地，进入钻机的空气可以依次通过所述圆钢钻杆的中空通道以及钻头上的开孔流出；并且所述钻头的直径与所述麻花钻杆的直径之比为2:1?2.5:1，以便于钻渣排出；根据本发明优选的实施方式，所述麻花钻杆的直径与所用圆钢钻杆直径相同；进一步优选地，所述钻头的直径为95mm，所述麻花钻杆的直径为42mm。
[0012]在本发明提供的钻进方法中，由于将正常的压水排渣钻进改换成压风排渣钻进，供水管路需要全部更换，费时费力，影响钻进效率。为解决这一问题，根据本发明优选的实施方式，在进行压水排渣和压风排渣时，利用风水联动器分别进行供水和供风；所述风水联动器包括总管，所述总管的一端为与水源连接的进水端，另一端为与风源连接的进风端；在所述总管进水端与进风端之间设有与所述总管连通的第一管、第二管、第三管和第四管；所述第一管连接至钻机进水口，所述第二管连接至钻机进风口，所述第三管连接至钻机孔口喷雾器的进风口，以用于钻机孔口喷雾、减少煤粉；所述第四管连接至钻场回风侧喷雾器的进风口，以用于钻场回风侧喷雾、减少煤粉。所述钻机孔口喷雾器和钻场回风侧喷雾器均为煤层钻孔的常规配置设备，这里不再赘述。所述进水端、进风端以及第一管、第二管、第三管和第四管上分别设有阀门。在进行压水排渣时，所述风水联动器仅进水端和第一管上的阀门打开；在进行压风排渣时，所述风水联动器仅进水端和第一管上的阀门闭合，从而实现了压水排渣与压风排渣的快速切换，提高了钻进效率。
[0013]在本发明提供的钻进方法中，由于煤层瓦斯压力大，煤质松软，为减少顶钻、夹钻、喷孔等严重动力现象，在钻进煤层的过程中，将钻头的钻进速度控制在3?5m/h ;优选为4m/h。根据本发明优选的实施方式，当所述煤层的瓦斯压力进一步大于0.75MPa时，所述钻机每钻进2个单位长度时回撤至少I个单位长度，从而起到来回松孔、排煤渣的作用，使瓦斯泄压后再向前钻进；进一步优选地，所述钻机每钻进2个单位长度时回撤I?3个单位长度，直至瓦斯压力下降到0.5MPa以下；更进一步优选地，所述的每个单位长度为I?2米。
[0014]与现有技术相比，本发明针对瓦斯压力大、煤质松软的煤层的钻孔问题，通过改进钻进方法，提高了钻进效率，增加了煤层的穿透率，从而提高了瓦斯的抽放效率。
【附图说明】
[0015]图1为本发明中圆钢钻杆的示意图；
[0016]图2为本发明中麻花钻杆的示意图；
[0017]图3为本发明中风水联动器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图进一步详细说明本发明所提供的方法，但本发明并不因此而受到任何限制。
[0019]在本发明提供的钻进方法中，钻孔首先钻进岩石段，然后穿过岩石段钻进煤层。为了消除钻进过程中产生的岩粉挤钻、卡钻，在钻进岩石段的过程中，所用钻杆选择如图1所示的圆钢钻杆6，以减少岩层对钻杆的阻力；并且采用压水排渣钻进，以便在钻进过程中可以排渣顺利。
[0020]在钻进煤层的过程中，由于煤层内瓦斯压力大，煤质松软，钻头、钻孔容易被煤泥堵塞。为此，将所用钻杆由圆钢钻杆6更换为如图2所示的麻花钻杆7，利用麻花钻杆7的自身旋转力使煤渣及时排出；并且其排渣方式也由压水排渣改为采用压风排渣，解决松软的煤质与水接触更易堵塞钻头、钻孔的问题。
[0021]在本发明提供的钻进方法中，为便于将压水排渣钻进切换为压风排渣钻进，在进行压水排渣或压风排渣时，利用风水联动器供水或供风；如图3所示，所述风水联动器包括总管1，所述总管I进一步包括与水源连接的进水端11和与风源连接的进风端12，所述水源用于为压水排渣供水，所述风源用于为压风排渣供风；在所述总管I的进水端11与进风端12之间设有与所述总管I连通的第一管2、第二管3、第三管4和第四管5 ;所述第一管2连接至钻机进水口，所述第二管3连接至钻机进风口，所述第三管4连接至钻机孔口喷雾器的进风口，以用于钻机孔口喷雾、减少煤粉；所述第四管5连接至钻场回风侧喷雾器的进风口，以用于钻场回风侧喷雾、减少煤粉；所述进水端11、进风端12以及第一管2、第二管3、第三管4和第四管5上分别设有阀门。在进行压水排渣时，所述风水联动器仅进水端11和第一管2上的阀门打开；在进行压风排渣时，所述风水联动器仅进水端11和第一管2上的阀门闭合，从而实现了压水排渣与压风排渣的快速切换，提高了钻进效率。
[0022]下面通过实施例和对比例进一步阐述本发明，但本发明并不因此而受到任何限制。
[0023]实施例1
[0024]某矿进行钻孔施工，其煤层的瓦斯压力为0.45?0.9MPa，煤层的坚固性系数约为
0.88。钻进岩石段时，采用直径95mm钻头以及直径42mm的圆钢钻管进行钻进，压水排渣。钻进煤层时，采用直径95mm钻头以及直径42mm的麻花钻管进行钻进，压风排渣，利用风水联动器进行压水排渣与压风排渣的切换。同时在钻进煤层时，将钻进速度控制在4m/h ;当煤层的瓦斯压力大于0.75MPa时，每钻进2米时回撤I米直至瓦斯压力下降到0.5MPa以下。平均每台钻机每天的钻进量为80米，钻孔穿透煤层率为100%，瓦斯抽放率为72%。
[0025]实施例2
[0026]某矿进行钻孔施工，其煤层的瓦斯压力为0.45?0.9MPa，煤层的坚固性系数约为
0.88。钻进岩石段时，采用直径95mm钻头以及直径42mm的圆钢钻管进行钻进，压水排渣。钻进煤层时，采用直径95mm钻头以及直径42mm的麻花钻管进行钻进，压风排渣，利用传统手段进行压水排渣与压风排渣的切换。同时在钻进煤层时，将钻进速度控制在4m/h ;将钻进速度控制在4m/h ;当煤层的瓦斯压力大于0.75MPa时,每钻进2米时回撤I米直至瓦斯压力下降到0.5MPa以下。平均每台钻机每天的钻进量为72米，钻孔穿透煤层率为100%，瓦斯抽放率为72%。
[0027]实施例3
[0028]某矿进行钻孔施工，其煤层的瓦斯压力为0.45?0.9MPa，煤层的坚固性系数约为
0.88。钻进岩石段时，采用直径95mm钻头以及直径42mm的圆钢钻管进行钻进，压水排渣。钻进煤层时，采用直径95mm钻头以及直径42mm的麻花钻管进行钻进，压风排渣，利用风水联动器进行压水排渣与压风排渣的切换。同时在钻进煤层时，将钻进速度控制在5m/h ;将钻进速度控制在4m/h ;当煤层的瓦斯压力大于0.75MPa时,每钻进2米时回撤I米直至瓦斯压力下降到0.5MPa以下。偶有卡钻现象，平均每台钻机每天的钻进量为76米，钻孔穿透煤层率为100%，瓦斯抽放率为70%。
[0029]对比例I
[0030]某矿进行钻孔施工，其煤层的瓦斯压力为0.45?0.9MPa，煤层的坚固性系数约为
0.88。钻进岩石段及煤层时，采用直径95mm钻头以及直径75mm的圆钢钻管进行钻进，压水排渣。在钻进煤层时，将钻进速度控制在4m/h，当煤层的瓦斯压力大于0.75MPa时，每钻进2米时回撤I米直至瓦斯压力下降到0.5MPa以下。钻进过程中经常发生卡钻或钻孔堵塞，平均每台钻机每天的钻进量为60米，钻孔穿透煤层率为30%，瓦斯抽放率为35%。
[0031]对比例2
[0032]某矿进行钻孔施工，其煤层的瓦斯压力为0.45?0.9MPa，煤层的坚固性系数约为
0.88。钻进岩石段时，采用直径95mm钻头以及直径75mm的圆钢钻管进行钻进，压水排渣。钻进煤层时，采用直径95mm钻头以及直径75mm的麻花钻管进行钻进，压风排渣，利用传统手段进行压水排渣与压风排渣的切换。同时在钻进煤层时，将钻进速度控制在4m/h。钻进过程中经常发生卡钻或钻孔堵塞，平均每台钻机每天的钻进量为64米，钻孔穿透煤层率为50%，瓦斯抽放率为45%。
【主权项】
1.一种钻孔的钻进方法，其特征在于:利用钻机依次钻进岩石段和煤层，所述钻机包括钻头和钻杆，所述煤层的瓦斯压力为0.45?0.9MPa，煤层的坚固性系数为0.6?1.1 ; 在钻进岩石段的过程中，所用钻杆为圆钢钻杆，采用压水排渣钻进，并且所述钻头与圆钢钻杆的直径比为2:1?2.5:1 ; 在钻进煤层的过程中，所用钻杆为麻花钻杆，采用压风排渣钻进，并且所述钻头与麻花钻杆的直径之比为2:1?2.5:1，所述钻头的钻进速度为3?5m/h。2.根据权利要求1所述的钻孔钻进方法，其特征在于，利用风水联动器为压水排渣供水以及为压风排渣供风；所述风水联动器包括总管，所述总管的一端为与水源连接的进水端，所述总管的另一端为与风源连接的进风端；在所述总管进水端与进风端之间设有与所述总管连通的第一管、第二管、第三管和第四管；所述第一管连接至钻机进水口，所述第二管连接至钻机进风口，所述第三管连接至钻机孔口喷雾器的进风口，所述第四管连接至钻场回风侧喷雾器的进风口 ；所述进水端、进风端以及第一管、第二管、第三管和第四管上分别设有阀门。3.根据权利要求2所述的钻孔钻进方法，其特征在于，在进行压水排渣时，所述风水联动器仅进水端和第一管上的阀门打开；在进行压风排渣时，所述风水联动器仅进水端和第一管上的阀门闭合。4.根据权利要求1所述的钻孔钻进方法，其特征在于，在钻进煤层的过程中，当所述煤层的瓦斯压力大于0.75MPa时，所述钻机每钻进2个单位长度时回撤至少I个单位长度。5.根据权利要求4所述的钻孔钻进方法，其特征在于，在钻进煤层的过程中，所述钻机每钻进2个单位长度时回撤I?3个单位长度，直至所述煤层的瓦斯压力下降到0.5MPa以下。6.根据权利要求4所述的钻孔钻进方法，其特征在于，所述的每个单位长度为I?2米。7.根据权利要求1所述的钻孔钻进方法，其特征在于，所述钻头与圆钢钻杆的直径比控制在2.1:1?2.4:1 ;所述麻花钻杆的直径与圆钢钻杆的直径相同。
【文档编号】E21B21/12GK105888540SQ201410193810
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年5月8日
【发明人】周秀山, 邢振宝
【申请人】中国庆华能源集团有限公司, 内蒙古庆华集团有限公司