专利名称：一种防护井下煤层钻孔垮塌的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防护钻孔垮塌系统，特别是一种防护井下煤层钻孔垮塌的系统。
背景技术：
由于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。松软煤层瓦斯抽采钻孔在施工过程中和成孔以后极易发生局部坍塌，阻塞瓦斯流动通道，造成瓦斯抽采浓度和流量快速下降，影响了瓦斯抽采效果，而且钻孔的坍塌还能致使整个钻孔报废，浪费物力人力资源。目前，对于瓦斯抽采钻孔成孔后坍塌防止的主要方法是送入钢管或者PVC筛管。但是松软煤层中瓦斯抽采孔的轨迹不是直线，这样在管子送入过程中容易顶到孔壁。如果遇到退钻后就塌孔的情况，管子就无法通过塌孔区。另外，专利CN101446178A公开了一种井下松软突出煤层钻孔下管工艺，即当钻头从孔口钻到终孔后先不起钻，通过钻杆内孔送入PVC筛管，之后起钻，筛管留在孔内钻杆完全起出。但是受到钻杆内径的限制，下入的管子直径偏小，影响了瓦斯抽采效果。
发明内容
本发明的目的是要提供一种结构简单、操作方便的防护井下煤层钻孔垮塌的系统，解决煤层钻孔成孔后坍塌的问题，特别是解决高瓦斯极松软煤层钻孔成孔后坍塌的问题。本发明的目的是这样实现的:一种防护井下煤层钻孔垮塌的系统，包括进气管、第一调节阀、除湿装置、第一压力表、第二调节阀、第二压力表、第三调节阀、多孔材料输送装置、出料管、变头、钻机、钻杆和钻头；所述进气管与除湿装置相连，进气管与除湿装置之间有第一调节阀；除湿装置与多 孔材料输送装置进气口相连，除湿装置与多孔材料输送装置之间依次设有第一压力表和第二调节阀；多孔材料输送装置出料口经变头与钻机的最后一节钻杆尾部相连接，多孔材料输送装置与变头之间依次设有第二压力表与第三调节阀，钻杆的前端连接有钻头。所述的钻头为含有一个直径为不小于22mm的排气口。所述的多孔材料是球形，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。所述的多孔材料输送装置含有一个多孔材料输送装置进气口、一个多孔材料输送装置出料口、一个多孔材料输送装置加料口和一个密封盖；多孔材料输送装置进气口和多孔材料输送装置出料口处于同一个水平线上，多孔材料输送装置加料口入口方向与多孔材料输送装置进气口入口方向垂直，密封盖位于多孔材料输送装置加料口上方。由于采用了上述方案，本发明具有以下有益效果:
(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空间注入多孔材料，实现了打钻、输送多孔材料一体化，方法可操作性强。(2)采用井下压风作为动力输送多孔材料，无需额外动力，安全性高，可操作性强。
(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:此系统及工艺独特、操作简单，钻孔瓦斯抽采流量大、浓度高。具有广泛的实用性。该系统及工艺尤其适用于坚固性系数/值小于0.3的高瓦斯极软煤层。
图1是本发明的示意图。图2是本发明多孔材料输送装置示意图。图3是本发明多孔材料内部剖面图。图中:1、进气管；2、第一调节阀；3、除湿装置；4、第一压力表；5、第二调节阀；6、多孔材料输送装置；6-1、多孔材料输送装置进气口 ；6-2、多孔材料输送装置出料口 ；6-3、多孔材料输送装置加料口 ；6-4、密封盖；7、第二压力表；8、第三调节阀；9、出料管；10、变头；11、钻机；12、钻孔；13、钻杆；14、钻头；15、排气孔；16、多孔材料；16_1、多孔材料骨架；16-2、孔隙；17、充填空段；18、煤层。
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1:一种防护井下煤层钻孔垮塌的系统，包括进气管1、第一调节阀2、除湿装置3、第一压力表4、第二调节阀5、第二压力表7、第三调节阀8、多孔材料输送装置6、出料管9、变头10、钻机11、钻杆13和钻头14 ;所述进气管I与除湿装置3相连，进气管I与除湿装置3之间有第一调节阀2 ;除湿装置3与多孔材料输送装置进气口 6-1相连，除湿装置3与多孔材料输送装置6之间依次设有第一压力表4和第二调节阀5 ;多孔材料输送装置出料口 6-2经变头10与钻机11的最后一节钻杆13尾部相连接，多孔材料输送装置6与变头10之间依次设有第二压力表7与第三调节阀8，钻杆13的前端连接有钻头14。所述的钻头为含有一个直径为不小于22mm的排气口，多孔材料通过排气口进入充填空段。所述的多孔材料16是球形，直径为钻杆内径的1ΑΓ1/4，多孔材料16有多孔材料骨架16-1，内部为孔隙16-2结构，孔隙率在0.3 0.8之间，密度为10(Tl000kg/m3，多孔材料16由聚氨酯树脂制成。所述的多孔材料输送装置6含有一个多孔材料输送装置进气口 6-1、一个多孔材料输送装置出料口 6-2、一个多孔材料输送装置加料口 6-3和一个密封盖6-4 ;多孔材料输送装置进气口 6-1和多孔材料输送装置出料口 6-2处于同一个水平线上，多孔材料输送装置加料口 6-3入口方向与多孔材料输送装置进气口 6-1入口方向垂直，密封盖6-4位于多孔材料输送装置加料口 6-3上方。具体的，在施工直径为89_井下煤层瓦斯抽采孔时，采用含有一个直径为22_排气口的改进钻头钻进，该直径的排气口能够保障多孔材料在0.Γ0.6MPa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。接着将进气管与井下压风管路相连，同时进气管的另一端连接除湿装置，所述的除湿装置为市购产品；除湿装置与进气管之间连接有第一调节阀，除湿装置的另一端与多孔材料输送装置进口气相连，除湿装置与多孔材料输送装置之间有第一压力表和第二调节阀，多孔材料输送装置出料口经变头与最后一节钻杆尾部相连接，多孔材料输送装置与变头之间依次设有第二压力表与第三调节阀。首先关闭所有调节阀，然后向多孔材料输送装置储料罐加入2kg的多孔材料，该质量的多孔材料体积占充填空段的2/3，多孔材料为球形颗粒，直径为6mm，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。同时保证多孔材料输送装置气密性。然后盖上密封盖。接着打开第一调节阀，当带压力表读数为0.2MPa时依次打开第二调节阀与第三调节阀。这样，风流经除湿装置后进入多孔材料输送装置，并携带多孔材料通过出料口经变头进入钻杆内部。观察第二压力表，调节第二调节阀来进一步控制风压大小来调控多孔材料的输送流量。在风压的作用下，多孔材料在钻杆内部向前流动，然后经过改进钻头上的排气孔进入钻孔充填空段。当多孔材料输送装置内的多孔材料全部被输送完时，先关闭第三调节阀，再关闭第二调节阀。之后每退出4根钻杆便重复以上步骤直至钻头距钻孔孔口 20m时停止输送多孔材料，接着退出剩余钻杆，封孔并进行瓦斯抽采。留在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。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。
权利要求
1.一种防护井下煤层钻孔垮塌的系统，一种防护井下煤层钻孔垮塌的系统，包括进气管、第一调节阀、除湿装置、第一压力表、第二调节阀、第二压力表、第三调节阀、多孔材料输送装置、出料管、变头、钻机、钻杆和钻头；所述进气管与除湿装置相连，进气管与除湿装置之间有第一调节阀；除湿装置与多孔材料输送装置进气口相连，除湿装置与多孔材料输送装置之间依次设有第一压力表和第二调节阀；多孔材料输送装置出料口经变头与钻机的最后一节钻杆尾部相连接，多孔材料输送装置与变头之间依次设有第二压力表与第三调节阀，钻杆的前端连接有钻头。
2.一种防护井下煤层钻孔垮塌的系统，其特征在于:所述的钻头为含有一个直径为不小于22mm的排气口。
3.根据权利要求1所述的一种防止井下煤层钻孔垮塌的系统，其特征在于:所述的多孔材料是球形，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。
4.根据权利要求1所述的一种防止井下煤层钻孔垮塌的系统，其特征在于:所述的多孔材料输送装置含有一个多孔材料输送装置进气口、一个多孔材料输送装置出料口、一个多孔材料输送装置加料口和一个密封盖；多孔材料输送装置进气口和多孔材料输送装置出料口处于同一个水平线上，多孔材料输送装置加料口入口方向与多孔材料输送装置进气口入口方向垂直，密封盖位于 多孔材料输送装置加料口上方。
全文摘要
一种防护井下煤层钻孔垮塌的系统，属于防护钻孔垮塌的系统。该系统包括进气管、调节阀、除湿装置、压力表、多孔材料输送装置、出料管、变头、钻机、钻杆和改进钻头。进气管与除湿装置相连，进气管与除湿装置之间有第一调节阀；除湿装置与多孔材料输送装置进气口相连，除湿装置与多孔材料输送装置之间依次设有第一压力表和第二调节阀；多孔材料输送装置出料口经变头与钻机的最后一节钻杆尾部相连接，多孔材料输送装置与变头之间依次设有第二压力表与第三调节阀，钻杆的前端连接有改进钻头。优点其结构简单、操作方便、实用有效，多孔材料内部孔隙和颗粒间的空隙为瓦斯渗流提供了通道，尤其适用于坚固性系数f值小于0.3的高瓦斯松软煤层钻孔。
文档编号E21F7/00GK103216259SQ201310138799
公开日2013年7月24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