一种间歇性动态冷凝深孔钻探方法与流程

本发明属于矿山建设施工技术领域，具体涉及一种间歇性动态冷凝深孔钻探方法。

背景技术：

对高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井都必须施工抽采钻孔进行煤岩层瓦斯预抽，使煤层瓦斯含量降低到突出临界值(8m³/t)以下，从而达到消除煤与瓦斯突出的隐患。

我国煤矿井下瓦斯抽采孔的施工方式大都是采用回旋式钻机进行作业，这种钻机结构简单，稳定强并且便于安装，为了能够使钻头钻进时温度降低以及排渣的要求，通常采用水力或者风力排渣，这就使得钻孔内部支撑强度不够，特别在松软易垮塌的煤岩地层钻进过程中和钻进终孔后都会出现钻成孔稳定性问题。尤其是在高瓦斯和突出矿井中，煤层瓦斯压力一般在0.74-6mpa范围内，钻头的钻进会引起钻孔周围大量吸附在煤体中的瓦斯涌向钻孔内，形成钻孔喷孔或钻孔时煤与瓦斯突出，并使得钻孔坍塌或钻孔堵塞，从而导致钻进时抱钻、夹钻、顶钻等现象。

基于上述原因，在高瓦斯和煤与瓦斯突出煤岩层中，特别是机械化开采工作面较长的煤岩层中很难打出深度较长的钻孔，导致钻进作业效率低下，严重制约着矿井瓦斯抽采效果提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供了一种间歇性动态冷凝深孔钻探方法，该方法可以解决钻孔钻进过程中存在的现有问题，并增大钻孔周围煤岩体地层的强度，阻断钻孔周围煤岩体内的吸附瓦斯大量涌出，并能够防止钻孔坍塌，提高钻探效率等。

一种间歇性动态冷凝深孔钻探方法，包括以下步骤：

步骤一、使用钻头对松软煤岩地层进行钻探施工，当钻孔开口长度达到一定深度时停止钻进，并退出钻杆，将钢管插入煤岩层钻孔中，并用水泥砂浆进行密封处理合格；

步骤二、在钢管的端口依次密封连接有第一法兰盘、三通、第二法兰盘，在所述第二法兰盘的端部通过密封装置与钻机连接；再用锚杆将第一法兰盘与四周围岩进行加固使得钻孔内能够承受至最大的设计压力值；

所述三通的非连接端口上设置有第三阀门；

步骤三、将液氮槽车和水箱分别通过管道与所述钻机密封连接，并对所有设备的性能进行检测以保证满足施工要求；

在液氮槽车与钻机连接的管道上设置有第一阀门；在水箱与钻机连接的管道上设置有第二阀门；

步骤四、关闭第一阀门，打第二开阀和第三阀门，开启钻机使用抗冲温钻杆和钻头进行钻探，当钻头钻进一定深度时，停止钻进，并关闭第二阀门和第三阀门；

步骤五、打开第一阀门，利用钻机驱动抗冲温钻杆使液氮注入到钻孔内，并使钻孔内压力达到一定压力时，停止加压且保持一定时间使已成孔周围的地层能够深层冻结；

步骤六、依次重复操作步骤四至步骤六，钻进到钻孔设计深度后停止并撤出钻机、钻杆和整个密封装置；

步骤七、在已钻探完成的钻孔内应即时安装好抽采管至钻孔底部，并且在抽采管上设置第四阀门，并进行带压封孔达设计长度，打开第四阀门，并连入瓦斯抽采管网，进行瓦斯抽采。

进一步地，如上所述的间歇性动态冷凝深孔钻探方法，在所述三通上敷设有压力表。

进一步地，如上所述的间歇性动态冷凝深孔钻探方法，在所述抗冲温钻杆与密封装置之间安装有保压单向阀。

进一步地，如上所述的间歇性动态冷凝深孔钻探方法，在所述步骤一中当钻孔开口长度为≧2m时停止钻进。

进一步地，如上所述的间歇性动态冷凝深孔钻探方法，在所述步骤四中当钻头每钻进≧3m时，停止钻进。

进一步地，如上所述的间歇性动态冷凝深孔钻探方法，在所述步骤五中停止加压且保持至少3min使已成孔周围的地层能够深层冻结。

进一步地，如上所述的间歇性动态冷凝深孔钻探方法，步骤一种所述钻孔的直径应大于钢管直径，范围在5mm-10mm之间。

进一步地，如上所述的间歇性动态冷凝深孔钻探方法，步骤二中，用锚杆对第一法兰盘与四周围岩进行加固使得钻孔内能够承受设计最低压力的保险系数为取1.5。

本发明的有益效果：

本发明针对松软地层、高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井的所有煤层，尤其是坚固性系数f值小于3的煤岩地层，通过定时定距间离的向钻孔内注入液氮，使钻孔一定范围的煤岩体地层保持冻结状态，从而增大钻孔周围煤体的强度，能够防止钻孔坍塌，提高钻探效率，并能阻断大量解吸瓦斯向钻孔内涌出，防止钻孔时发生煤与瓦斯突出事故和巷道系统的瓦斯超限问题。

附图说明

图1是本发明的间歇性动态冷凝深孔钻探结构示意图；

图2是本发明的抽采管结构示意图；

图中：1-钢管，2-第一法兰盘，3-锚杆，4-三通，5-压力表，6-1第一阀门，6-2第二阀门，6-3第三阀门，6-4第四阀门，7-第二法兰盘，8-密封装置，9-保压单向阀，10-钻机，11-液氮槽车，12-水箱，13-抗冲温钻杆，14-煤体，15-抽采管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种间歇性动态冷凝深孔钻探方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)首先使用不同直径的钻头对煤岩层进行钻探施工，钻孔长度≧2m时停止钻进，并退出钻杆，然后将钢管1插入煤岩层钻孔中，并用水泥砂浆进行密封处理；

(2)利用法兰盘2将钻孔内钢管1、三通4和密封装置8连接起来，使整个钻孔空间内不漏气，其中三通上安装压力表5和第三阀门6-3，然后用不小于4根锚杆3将法兰盘2与四周围岩等地层进行加固，使得钻孔内能够承受最大设计压力值；

(3)将液氮槽车11和水箱12分别通过管路有钻机10连接，所述钻杆10的抗冲温钻杆13连接至密封装置8；其中液氮槽车11和水箱12的出口端分别加设第一阀门6-1和第二阀门6-2，钻机10与密封装置8之间加设单向阀9，然后对所有设备的性能进行检测以保证满足施工要求；

(4)开启钻机并使用设计需用不同直径的钻头进行钻探，钻孔开口段封好后当每钻进≧3m时，停止钻进，并关闭第二阀门6-2和第三阀门6-3；

(5)打开第一阀门6-1，利用钻机10驱动抗冲温钻杆13使液氮注入到钻孔内，并使钻孔内压力达到≥3mpa的设计值时，停止加压且保持3min使所成孔段的松软煤岩体等地层能够深层冻结；

(6)依次重复操作步骤四至步骤六，钻进到钻孔设计深度后停止并退出钻杆和整个密封装置

(7)如图2所示，在钻探已完成的钻孔内安装钢管或pvc管至钻孔底部，并按成熟技术进行带压封孔，打开第四阀门6-4，并连入瓦斯抽采管网，进行瓦斯抽采。

进一步的，所述钻孔内应大于钢管直径，范围须在5mm-10mm之间。

进一步的，所述用锚杆对法兰盘与四周围岩进行加固使得钻孔内能够承受设计最低压力的保险系数可取1.5。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。