一种煤矿大口径投料孔施工方法与流程

本发明属于煤矿投料孔施工，具体涉及一种煤矿大口径投料孔施工方法。

背景技术：

1、煤矿企业开采地下煤炭的同时，从矿井下采出大量煤矸石。地面煤矸石倾倒成堆形成“矸石山”，“矸石山”不但占用土地资源，增加煤矿运营成本，同时会危害周边环境。

2、大口径投料孔是指从地面煤矸石仓附近打一口到达井下巷道的大口径钻孔，用于将煤矿生产的粉煤灰、煤矸石等固体废弃物输送至煤矿井下采空区，不仅解决了地面倾倒的煤矸石对环境的污染，同时可以有效控制地表移动变形，实现矿井的绿色可持续发展。

3、如何在施工过程中使用科学的钻具组合和钻进工艺保证钻孔的垂直度，减少下部钻孔钻进难度，避免泥浆涌入巷道，同时尽可能缩短安全透巷距离，一直是钻探工程中的难题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种煤矿大口径投料孔施工方法，本发明控制钻孔程序，优化钻具组合，及时测斜纠斜，严控固井质量，钻成了煤矿大口径投料孔；同时该施工方法排渣彻底，可以保持巷道顶板的完整性，有效解决泥浆涌入巷道的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种煤矿大口径投料孔施工方法，具体步骤如下：

4、s1：从地面煤矸石仓向下垂直钻进至一开井孔底部，形成一开先导孔；使用扩孔钻头扩孔钻进至一定深度，下入护壁套管并进行固井处理；

5、s2：一开分级扩孔钻进，使用扩孔钻头向下垂直钻进至一开井孔底部，形成一开终孔，下入表层套管并进行固井处理；

6、s3：从一开终孔底部向下垂直钻进至二开井孔底部，形成二开先导孔；

7、s4：二开分级扩孔钻进，使用扩孔钻头从一开终孔底部钻进至二开井孔底部，形成二开终孔，下入生产套管并进行固井处理；

8、s5：采用气举反循环工艺裸眼钻进至井下缓冲仓顶部，实现透巷。

9、在一种具体的实施方案中，所述s1具体步骤如下：

10、s101：确定好地面开孔坐标，使用小直径钻头从地面煤矸石仓向下垂直钻进，钻进基岩段至一开井孔底部，形成一开先导孔；

11、s102：使用大直径扩孔钻头向下扩孔垂直钻进至一定深度，形成上井孔，上井孔内下入护壁套管并进行固井处理。

12、在一种具体的实施方案中，所述s2具体步骤如下：

13、s201：一开扩孔层位位于冲积层，采取泥浆正循环工艺扩孔钻进；根据一开井孔孔径大小，确定一开为五级扩孔钻进，即依次按照钻头直径由小到大，按序分别使用5个扩孔钻头，进行5次扩孔钻进，钻进基岩段至一开井孔底部，形成一开终孔；

14、s202：由地面孔口向一开井孔内下入表层套管至一开井孔底部，进行固井处理。

15、在一种具体的实施方案中，所述s3具体步骤如下：

16、二开扩孔钻进前，在一开终孔套管内预先下入排岩粉辅助管至一开井孔底部，采用泥浆正循环工艺，使用小直径钻头在排岩粉辅助管内钻进至二开井孔底部，提出排岩粉辅助管，形成二开先导孔。

17、在一种具体的实施方案中，所述s4具体步骤如下：

18、s401：二开扩孔层位位于基岩段，采取组合式多级牙轮钻头气举反循环工艺扩孔钻进；根据二开井孔孔径大小，确定二开为四级扩孔钻进，即依次按照钻头直径由小到大，按序分别使用4个扩孔钻头，进行4次扩孔钻进，在基岩段内钻至二开井孔底部，形成二开终孔；

19、s402：由地面孔口向二开井孔内下入生产套管至二开井孔底部，进行固井处理。

20、在一种具体的实施方案中，所述s401中，组合式多级牙轮钻头气举反循环工艺中所用的反循环钻进钻头是由泥浆正循环牙轮钻头改造而成；所述改造方法为：将泥浆正循环牙轮钻头中心钻孔，并且用铁片密封牙轮钻头周围的缺口。

21、在一种具体的实施方案中，所述s201、s401中，在一开、二开扩孔钻进之前，将先导孔内充满陶粒。

22、在一种具体的实施方案中，所述s201、s401中，每次扩孔，扩孔钻头均分别搭配与一开、二开先导孔孔径相等的导向钻头。

23、在一种具体的实施方案中，在一开、二开先导孔钻进过程均配合无线随钻测斜技术，当钻头出现偏斜时，及时测斜纠斜。

24、在一种具体的实施方案中，所述固井处理方法为：在下入套管内的钻杆底部焊接上与当前套管内径等长的圆环形钢板，配制油井专用水泥，使用石油专用固井车通过钻杆向下泵注水泥浆，在钻杆内由下至上反向压入套管与孔壁的环状间隙，直到返出孔口，灌注连续且一次完成；

25、在一种具体的实施方案中，投料孔内所有下入的套管均以焊接方式进行连接，利用管箍将管口对接扶正。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

27、本发明中一开先导孔、二开先导孔均采用泥浆正循环小口径工艺进行钻孔；一开五级扩孔采用泥浆正循环大口径工艺进行钻孔，通过提高钻井液粘度和切力，提升了钻井液悬浮携带岩屑能力，避免了井漏问题，很好地实现了护壁；本发明中二开四级扩孔采用组合式多级牙轮钻头气举反循环工艺进行钻孔，利用水作为携带孔底渣土返至井口的运输载体；三开透巷采用的气举反循环钻进工艺，实现了“无水透巷”，杜绝了钻井泥浆灌入缓冲仓的可能性。本发明创造性地实现了泥浆正循环小口径、泥浆正循环大口径、多级牙轮钻头气举反循环、气举反循环等四种不同施工工艺的结合与转换，可以有效提高钻效和成井质量。

28、本发明在复杂地质条件下，通过控制钻孔程序，优化钻具组合，及时测斜纠斜，严控固井质量，钻成了煤矿大口径投料孔；同时本发明施工方法排渣彻底，可以保持巷道顶板的完整性，有效解决泥浆涌入巷道的问题；有助于煤矿企业将地面煤矸石回填至井下采空区，缩短了材料运输距离，减少了煤矿运营成本，对于大口径钻孔工程具有一定的指导意义。

技术特征：

1.一种煤矿大口径投料孔施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的煤矿大口径投料孔施工方法，其特征在于，所述s1具体步骤如下：

3.根据权利要求1所述的煤矿大口径投料孔施工方法，其特征在于，所述s2具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述的煤矿大口径投料孔施工方法，其特征在于，所述s3具体步骤如下：

5.根据权利要求1所述的煤矿大口径投料孔施工方法，其特征在于，所述s4具体步骤如下：

6.根据权利要求5所述的煤矿大口径投料孔施工方法，其特征在于，所述s401中，组合式多级牙轮钻头气举反循环工艺中所用的反循环钻进钻头是由泥浆正循环牙轮钻头改造而成；所述改造方法为：将泥浆正循环牙轮钻头中心钻孔，并且用铁片密封牙轮钻头周围的缺口。

7.根据权利要求3或5所述的煤矿大口径投料孔施工方法，其特征在于，所述s201、s401中，在一开、二开扩孔钻进之前，将先导孔内充满陶粒。

8.根据权利要求3或5所述的煤矿大口径投料孔施工方法，其特征在于，所述s201、s401中，每次扩孔，扩孔钻头均分别搭配与一开、二开先导孔孔径相等的导向钻头。

9.根据权利要求1所述的煤矿大口径投料孔施工方法，其特征在于，在一开、二开先导孔钻进过程均配合无线随钻测斜技术，当钻头出现偏斜时，及时测斜纠斜。

10.根据权利要求1所述的煤矿大口径投料孔施工方法，其特征在于，所述固井处理方法为：在下入套管内的钻杆底部焊接上与当前套管内径等长的圆环形钢板，配制油井专用水泥，使用石油专用固井车通过钻杆向下泵注水泥浆，在钻杆内由下至上反向压入套管与孔壁的环状间隙，直到返出孔口，灌注连续且一次完成；其中，投料孔内所有下入的套管均以焊接方式进行连接，利用管箍将管口对接扶正。

技术总结
本发明属于煤矿投料孔施工技术领域，具体涉及一种煤矿大口径投料孔施工方法。本发明在复杂地质条件下，通过控制钻孔程序，优化钻具组合，及时测斜纠斜，严控固井质量，钻成了煤矿大口径投料孔，助力煤矿企业将地面煤矸石回填至井下采空区，缩短了材料运输距离，减少了煤矿运营成本。同时本发明施工方法排渣彻底，可以保持巷道顶板的完整性，有效解决泥浆涌入巷道的问题，对于大口径钻孔工程具有一定的指导意义。

技术研发人员：石天峰,王凯,赵元强,陈鹏,牟海萍,张娜
受保护的技术使用者：山东省煤田地质局第二勘探队
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27