松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法
【专利摘要】本发明涉及松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法，可有效解决松软破碎煤层中瓦斯抽采孔深孔钻进困难及成孔效果差的问题，其解决的技术方案是，第一步，稳定钻机；第二步，安装钻具；第三步，开孔；第四步，跟管钻进作业；第五步，接长套管和钻杆；第六步，冲洗钻渣；第七步，循环深孔钻进；第八步，退出钻具，本发明施工方法科学、合理，避免了孔壁的坍塌，同时为孔底钻渣提供畅通的排渣通道，不仅提高了瓦斯孔的钻进速度和钻进深度，而且达到了护孔的目的，使瓦斯抽采率显著提高，该方法操作简单实用、作业环境得到改善，是松软破碎煤层瓦斯抽采方法上的创新。
【专利说明】 松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿瓦斯抽采【技术领域】，特别是一种松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法。
【背景技术】
[0002]一直以来，高瓦斯矿井瓦斯抽采是煤矿安全高效生产的前提，是实现矿井最大经济效益的关键因素。目前，瓦斯抽采孔成孔一般利用钻头和钻杆的接长实施钻进作业，成孔后，对钻孔未进行任何处理便实施抽采。这种成孔工艺比较适用于中硬煤层，而在松软破碎煤层中，常表现出:①钻进过程中，钻孔稳定性差，孔壁常出现前钻后塌的现象，成孔质量差；②由于钻孔孔壁大面积坍塌，钻渣的排出通道受阻，频繁出现卡钻、抱钻现象，很难实现深孔钻进，钻孔深度达不到设计的要求；③钻具(钻杆、钻头)退出钻孔后，孔壁常出现大面积的坍塌，堵塞了瓦斯的涌出通道，严重影响了瓦斯的抽采效果。传统的做法是钻进至设计位置后取出钻具，然后下套管。但由于松软破碎煤层钻孔的稳定性差，钻具取出后即出现塌孔，导致套管无法到达孔底；现阶段，一些学者和科研单位采用加大钻孔直径，在钻进到预设位置后，在钻具的中心通道内下放套管，这种方式一定程度上解决了套管下放不到位的困难，但无法解决深孔钻进的难题，工作面深部的瓦斯抽采问题依然存在。因此，研制出一种瓦斯抽采孔跟管钻进的装置及方法实现瓦斯抽采孔的边钻进边跟进套管是解决松软破碎煤层瓦斯抽采效率的关键难题，故改进和创新势在必行。
【发明内容】
[0003]针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法，可有效解决松软破碎煤层中瓦斯抽采孔深孔钻进困难及成孔效果差的问题。
[0004]本发明解决的技术方案是，第一步，稳定钻机；第二步，安装钻具；第三步，开孔；第四步，跟管钻进作业；第五步，接长套管和钻杆；第六步，冲洗钻渣；第七步，循环深孔钻进；第八步，退出钻具。第六步与第四步、第七部同步进行。
[0005]本发明施工方法科学、合理，避免了孔壁的坍塌，同时为孔底钻渣提供畅通的排渣通道，不仅提高了瓦斯孔的钻进速度和钻进深度，而且达到了护孔的目的，使瓦斯抽采率显著提高，该方法操作简单实用、作业环境得到改善，是松软破碎煤层瓦斯抽采方法上的创新。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为本发明的瓦斯抽采孔跟管钻进装置结构示意图；
图2为本发明的瓦斯抽采孔跟管钻进接长套管和钻杆结构示意图；
图3为本发明的瓦斯抽采孔跟管钻进钻杆钻头退出剖视图；
图4为本发明的套管推进器剖面图； 图5为本发明的套管推进器侧视图；
图6为本发明的套管剖面图；
图7为本发明的导向器侧视图；
图8为本发明的导向器俯视图。
【具体实施方式】
[0007]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0008]由图1-8给出，本发明利用松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进装置，按以下步骤进行:
第一步，稳定钻机，将钻机支架11底座采用短锚杆14锚固在巷道底板上，导轨13安装在支架11上，钻机马达12、钻机卡瓦器10安装在导轨13上，套管推进器9安装在钻机卡瓦器10的前端，接通钻机电源和液压油管，套管推进器9中的排渣孔17连接排污软管至水沟或水仓内；
第二步，安装钻具，将钻头2、扩孔器3安装在钻杆7上，接长的钻杆7依次穿过套管5、套管推进器9、钻机卡瓦器10、钻机马达12并伸出钻机马达12外，钻杆7末端接通水龙头；第三步，开孔，启动钻机，钻机马达12内的卡瓦器卡紧钻杆7，钻机马达12与钻机卡瓦器10在导轨13内千斤顶的作用下同步向煤帮8推进开孔，打开水阀冲洗钻孔，开孔深度至套管5长度1/3时，关闭水阀，退出钻头2，关闭钻机；
第四步，跟管钻进作业，将导向器6安装在套管5前端外壁上，下放套管5，钻头2穿过套管5到达孔底，套管5末端卡到套管推进器卡槽18内，启动钻机，开启水阀，进行跟管钻进作业；
第五步，接长套管和钻杆，当钻机推进至导轨13最前端时，卡紧钻机卡瓦器10，反转钻机马达12，拆卸钻机卡瓦器10与钻机马达12之间的钻杆7接口，后退钻机马达12和钻机卡瓦器10，接长套管5，松开钻机卡瓦器10和钻机马达12内的卡瓦器，从钻机马达12后面人工推进钻杆至与前方钻杆接触，卡紧钻机马达12内的卡瓦器，正向旋转钻机马达12，拧紧钻杆7，然后松开钻机卡瓦器10，向前推进钻机马达12至套管5外端，将套管5卡在套管推进器9的卡槽18内，同时，卸掉钻杆7后端的水龙头，接长钻杆7，然后接通水龙头；第六步，冲洗钻渣，冲洗液通过水龙头进入钻杆7和钻头2的内部通道，从钻头2的出水孔进入瓦斯抽采孔I的孔底，冲洗钻渣、冷却钻头2，部分冲洗液进入扩孔器3，由刮刀槽排出，随之携带钻渣的冲洗液进入钻杆7与套管5之间的通道，最后进入套管推进器9的腔体内，由排渣孔17排出，部分冲洗液从孔口外套管5上的筛孔19排出，少量冲洗液从套管5与瓦斯抽采孔I孔壁之间的孔隙排出孔外；
第七步，循环深孔钻进，反复循环第四至第六步进行深孔钻进，瓦斯抽采孔I深度达到设计要求时，停止推进，钻机带动钻具旋转，同时冲洗液继续冲洗瓦斯抽采孔1，直至瓦斯抽采孔I冲洗干净，开始退出钻头2和钻杆7，套管5留在瓦斯抽采孔内，扩孔器3刮刀复位至IJ闭合状态，在退出钻杆7时需要钻具旋转退出，避免直接拔出孔外而影响孔内套管5的位置，钻机马达12与钻机卡瓦器10的配合使用实现钻杆的自动拆卸；
第八步，退出钻具，瓦斯抽采孔I外部封孔段的套管与内部的套管之间通过插接式连接，瓦斯抽采孔I成孔后实行封孔时，把瓦斯抽采孔I外部封孔段的套管拔出，即可快速封孔，避免了松软煤层封孔前出现的坍塌现象。
[0009]所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进装置包括钻头、钻杆和钻机马达，钻头2与扩孔器3螺纹连接组成瓦斯孔的钻进扩孔装置，使瓦斯孔边钻进边扩孔，弹簧4安装在钻头2与扩孔器3之间，扩孔器3后端与钻杆7连接，钻杆7依次穿过套管5、套管推进器9、钻机卡瓦器10、钻机马达12并伸出钻机马达12外，钻杆7末端连接水龙头，钻机卡瓦器10和钻机马达12安装在导轨13上，套管推进器9安装在钻机卡瓦器10的前端，钻机卡瓦器10和钻机马达12在导轨13内千斤顶的作用下同步移动，导轨13安装在支架11上，支架11底座通过短锚杆14锚固在巷道底板上，导向器6安装在套管5的前部外壁上，套管5的末端卡在套管推进器9的卡槽18内，套管5之间通过螺纹连接，随着套管5的接长，每隔一段距离安装一个扶正器15。
[0010]为了保证使用效果，所述的扩孔器3内有一对刮刀，当钻机马达12在瓦斯抽采孔I内旋转推进时，扩孔器3内的一对刮刀双向展开，实现瓦斯孔边钻进边扩孔，为套管5即时跟进提供条件，当钻机马达12停止推进时，钻头2与扩孔器3在弹簧4的作用下，内部构件实现分离，扩孔器3内的一对刮刀恢复闭合状态，钻头2和钻杆7可以从套管5内退出瓦斯抽采孔I外，弹簧4辅助扩孔器3的刮刀展开和恢复闭合状态，其次，在扩孔钻进时增加钻头2的稳定性。
[0011]所述的钻杆7之间通过螺纹串接在一起，实现钻杆7的接长，达到瓦斯抽采孔I的深孔钻进。
[0012]所述的套管推进器9上有4个圆孔16，套管推进器9通过圆孔16由螺钉与钻机卡瓦器10连接在一起，套管推进器9内部由套管卡槽18和钻渣腔体构成，钻渣腔体下端有排渣孔17，携带钻渣的冲洗液由套管5和钻杆7之间的通道进入套管推进器9的钻渣腔体内，由排渣孔17排出，排渣孔17处也可连接排污软管，把携带钻渣的冲洗液排到水沟或水仓内。
[0013]所述的套管5为带有筛孔19的圆管，两端分别有内、外螺纹，便于套管5之间的连接，筛孔19呈“五花”状均布在套管(5)的管壁上，为瓦斯进入套管5内部提供通道。
[0014]所述的扶正器15的结构和尺寸与导向器6—致，均为钢管及其外部的数条纵肋20构成，使用时均固定在套管5外部，为套管5的即时跟进提供保障。
[0015]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
[0016]本发明结构简单，施工方法科学、合理，避免了孔壁的坍塌，同时为孔底钻渣提供畅通的排渣通道，不仅提高了瓦斯孔的钻进速度和钻进深度，而且达到了护孔的目的，大幅度提高瓦斯抽采孔的成孔速度和瓦斯抽采效果；该方法操作简单实用、作业环境得到改善，具有良好的经济和社会效益。
【权利要求】
1.一种松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法，其特征在于，利用松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进装置，按以下步骤进行: 第一步，稳定钻机，将钻机支架(11)底座采用短锚杆(14)锚固在巷道底板上，导轨(13)安装在支架(11)上，钻机马达(12)、钻机卡瓦器(10)安装在导轨(13)上，套管推进器(9)安装在钻机卡瓦器(10)的前端，接通钻机电源和液压油管，套管推进器(9)中的排洛孔(17)连接排污软管至水沟或水仓内； 第二步，安装钻具，将钻头(2)、扩孔器(3)安装在钻杆(7)上，接长的钻杆(7)依次穿过套管(5)、套管推进器(9)、钻机卡瓦器(10)、钻机马达(12)并伸出钻机马达(12)外，钻杆(7)末端接通水龙头； 第三步，开孔，启动钻机，钻机马达(12)内的卡瓦器卡紧钻杆(7)，钻机马达(12)与钻机卡瓦器(10)在导轨(13)内千斤顶的作用下同步向煤帮(8)推进开孔，打开水阀冲洗钻孔，开孔深度至套管(5)长度1/3时，关闭水阀，退出钻头(2)，关闭钻机； 第四步，跟管钻进作业，将导向器(6)安装在套管(5)前端外壁上，下放套管(5)，钻头(2)穿过套管(5)到达孔底，套管(5)末端卡到套管推进器卡槽(18)内，启动钻机，开启水阀，进行跟管钻进作业； 第五步，接长套管和钻杆，当钻机推进至导轨(13)最前端时，卡紧钻机卡瓦器(10)，反转钻机马达(12)，拆卸钻机卡瓦器(10)与钻机马达(12)之间的钻杆(7)接口，后退钻机马达(12)和钻机卡瓦器(10)，接长套管(5)，松开钻机卡瓦器(10)和钻机马达(12)内的卡瓦器，从钻机马达(12)后面人工推进钻杆至与前方钻杆接触，卡紧钻机马达(12)内的卡瓦器，正向旋转钻机马达(12)，拧紧钻杆(7)，然后松开钻机卡瓦器(10)，向前推进钻机马达(12)至套管(5)外端，将套管(5)卡在套管推进器(9)的卡槽(18)内，同时，卸掉钻杆(7)后端的水龙头，接长钻杆(7)，然后接通水龙头； 第六步，冲洗钻渣，冲洗液通过水龙头进入钻杆(7)和钻头(2)的内部通道，从钻头(2)的出水孔进入瓦斯抽采孔⑴的孔底，冲洗钻渣、冷却钻头(2)，部分冲洗液进入扩孔器(3)，由刮刀槽排出，随之携带钻渣的冲洗液进入钻杆(7)与套管(5)之间的通道，最后进入套管推进器(9)的腔体内，由排渣孔(17)排出，部分冲洗液从孔口外套管(5)上的筛孔(19)排出，少量冲洗液从套管(5)与瓦斯抽采孔(I)孔壁之间的孔隙排出孔外； 第七步，循环深孔钻进，反复循环第四至第六步进行深孔钻进，瓦斯抽采孔(I)深度达到设计要求时，停止推进，钻机带动钻具旋转，同时冲洗液继续冲洗瓦斯抽采孔(I)，直至瓦斯抽采孔⑴冲洗干净，开始退出钻头⑵和钻杆(7)，套管(5)留在瓦斯抽采孔内，扩孔器(3)刮刀复位到闭合状态，在退出钻杆(7)时需要钻具旋转退出，避免直接拔出孔外而影响孔内套管(5)的位置，钻机马达(12)与钻机卡瓦器(10)的配合使用实现钻杆的自动拆卸；第八步，退出钻具，瓦斯抽采孔(I)外部封孔段的套管与内部的套管之间通过插接式连接，瓦斯抽采孔⑴成孔后实行封孔时，把瓦斯抽采孔⑴外部封孔段的套管拔出，即可快速封孔，避免了松软煤层封孔前出现的坍塌现象。
2.根据权利要求1所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法，其特征在于，所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进装置包括钻头、钻杆和钻机马达，钻头(2)与扩孔器(3)螺纹连接组成瓦斯孔的钻进扩孔装置，使瓦斯孔边钻进边扩孔，弹簧(4)安装在钻头(2)与扩孔器(3)之间，扩孔器(3)后端与钻杆(7)连接，钻杆(7)依次穿过套管(5)、套管推进器(9)、钻机卡瓦器(10)、钻机马达(12)并伸出钻机马达(12)外，钻杆(7)末端连接水龙头，钻机卡瓦器(10)和钻机马达(12)安装在导轨(13)上，套管推进器(9)安装在钻机卡瓦器(10)的前端，钻机卡瓦器(10)和钻机马达(12)在导轨(13)内千斤顶的作用下同步移动，导轨(13)安装在支架(11)上，支架(11)底座通过短锚杆(14)锚固在巷道底板上，导向器(6)安装在套管(5)的前部外壁上，套管(5)的末端卡在套管推进器(9)的卡槽(18)内，套管(5)之间通过螺纹连接，随着套管(5)的接长，每隔一段距离安装一个扶正器(15)。
3.根据权利要求1或2所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法，其特征在于，所述的扩孔器(3)内有一对刮刀，当钻机马达(12)在瓦斯抽采孔(I)内旋转推进时，扩孔器(3)内的一对刮刀双向展开，实现瓦斯孔边钻进边扩孔，为套管(5)即时跟进提供条件，当钻机马达(12)停止推进时，钻头(2)与扩孔器(3)在弹簧(4)的作用下，内部构件实现分离，扩孔器(3)内的一对刮刀恢复闭合状态，钻头(2)和钻杆(7)可以从套管(5)内退出瓦斯抽采孔(I)外，弹簧(4)辅助扩孔器(3)的刮刀展开和恢复闭合状态，在扩孔钻进时增加钻头(2)的稳定性。
4.根据权利要求1或2所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法，其特征在于，所述的钻杆(7)之间通过螺纹串接在一起，实现钻杆(7)的接长，达到瓦斯抽采孔(I)的深孔钻进。
5.根据权利要求1或2所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法，其特征在于，所述的套管推进器(9)上有4个圆孔(16)，套管推进器(9)通过圆孔(16)由螺钉与钻机卡瓦器(10)连接在一起，套管推进器(9)内部由套管卡槽(18)和钻渣腔体构成，钻渣腔体下端有排渣孔(17)，携带钻渣的冲洗液由套管(5)和钻杆(7)之间的通道进入套管推进器(9)的钻渣腔体内，由排渣孔(17)排出，排洛孔(17)处也可连接排污软管，把携带钻渣的冲洗液排到水沟或水仓内。
6.根据权利要求1或2所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法，其特征在于，所述的套管(5)为带有筛孔(19)的圆管，两端分别有内、外螺纹，便于套管(5)之间的连接，筛孔(19)呈“五花”状均布在套管(5)的管壁上，为瓦斯进入套管(5)内部提供通道。
7.根据权利要求2所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进方法，其特征在于，所述的扶正器(15)的结构和尺寸与导向器(6)相同，均为钢管及其外部的数条纵肋(20)构成，使用时均固定在套管(5)外部，为套管(5)的即时跟进提供保障。
【文档编号】E21B7/00GK103726869SQ201410033966
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】张辉, 刘少伟, 常建超, 师小勇, 郑伟, 李梦珍, 徐佑林 申请人:河南理工大学