CN106437522A - 深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿安全生产施工技术领域，具体涉及一种深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置及方法，包括钻头，所述钻头中心具有一通孔，所述钻头前端设有能够使通孔前端孔口开启或闭合的活动门；所述钻头后端通过空心钻杆与钻机相连，所述钻杆的中心孔与钻头的通孔连通，构成供套管穿过的通道。本发明利用全程套管护孔工艺，在钻杆抽出前，就将套管下放到位，很好的预防了岩层破碎导致的钻孔垮塌，大大提高了抽排钻孔的施工效率和抽排效果。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全生产施工技术领域，具体涉及一种深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置及方法。
背景技术
揭煤钻孔的施工主要用于预抽揭煤区域内的煤层瓦斯，使巷道揭煤工作中的煤层突出危险程度降到最低。对于揭煤区域内的煤层瓦斯抽采是预防揭煤期间瓦斯突出的重要工作，钻孔施工质量的好坏，直接影响到揭煤抽采效果。在钻孔施工过程中，前期准备不足；施工过程中，对遇到的新问题不能有效应对，都会使整个钻孔施工在质量上不能保障，在工期造成拖延。在进行深水平、高地应力揭煤钻孔施工过程中，由于岩层压力较大，容易破碎，采用一般工艺钻孔时，钻头一旦抽出孔壁就很容易垮塌，导致无法正常下管，有时往往要反复进行多次钻孔才能顺利的将套管下放到位，严重影响生产施工效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够防止下管时钻孔孔壁垮塌的深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置，包括钻头，所述钻头中心具有一通孔，所述钻头前端设有能够使通孔前端孔口开启或闭合的活动门；所述钻头后端通过空心钻杆与钻机相连，所述钻杆的中心孔与钻头的通孔连通，构成供套管穿过的通道。
优选的，钻头前端沿圆周方向均匀间隔设置有多个钻齿；所述活动门的一端与钻头的环形端面铰接，所述活动门的前端也设有钻齿。
优选的，所述活动门为杆状结构，钻头前端的环形端面上设有两个对称的凹槽，活动门的两端分别置于两个凹槽内，活动门的其中一端与凹槽的侧壁铰接，另一端与凹槽侧壁之间设有定位弹珠。
优选的，所述钻杆的外环面上设有螺旋形凸脊。
优选的，所述钻头的环形侧壁上沿圆周方向开设有多个注水孔。
一种深水平、高地应力揭煤钻孔施工方法，包括：
在巷道或井筒内布设供水、供风、排水、排风管路；
将钻头与钻杆固定连接，并将钻杆与钻机主轴固定；
启动钻机，沿预定方向开始钻孔，钻头持续进给，直至穿透整个煤层并向前延伸一段距离；
将套管穿入钻杆的中心孔，套管前端将钻头上的活动门顶开，并从钻头前端穿出；套管前端到达孔底后，保持套管不动，将钻杆连同钻头一块抽出，使套管留在钻孔内对孔壁进行支护；
在钻孔孔口处设置抽采管，抽采管套在套管外部，抽采管上端与抽气泵连通，抽采管的外壁与钻孔的孔壁之间设置上下两个弹性封孔胶囊，并对两弹性封孔胶囊以及两弹性封孔胶囊之间的空间采用水泥浆灌注填充。
优选的，在钻孔结束后、套管下放前，可根据煤层透气程度选择性的对煤层进行水力压裂增透，具体方法为：将钻杆的中心孔与高压供水管路连通，对煤层进行持续注水，直至达到预定压力，并保压一端时间后进行排水；所述排水过程为：向钻孔内***高压风管，利用风压将钻孔内的积水排出。
优选的，钻孔孔深过煤层10～15米。
优选的，所述注水压力为15～20MPa。
本发明的技术效果在于：本发明利用全程套管护孔工艺，在钻杆抽出前，就将套管下放到位，很好的预防了岩层破碎导致的钻孔垮塌，大大提高了抽排钻孔的施工效率和抽排效果。
附图说明
图1是本发明的实施例提供的揭煤钻孔结构剖视图；
图2是本发明的实施例提供的钻头钻进状态立体图；
图3是本发明的实施例提供的钻头下管状态立体图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例1
如图1-3所示，一种深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置，包括钻头10，所述钻头10中心具有一通孔，所述钻头10前端设有能够使通孔前端孔口开启或闭合的活动门12；所述钻头10后端通过空心钻杆11与钻机相连，所述钻杆11的中心孔与钻头10的通孔连通，构成供套管2穿过的通道。
优选的，钻头10前端沿圆周方向均匀间隔设置有多个钻齿；所述活动门12的一端与钻头10的环形端面铰接，所述活动门12的前端也设有钻齿121。
优选的，所述活动门12为杆状结构，钻头10前端的环形端面上设有两个对称的凹槽，活动门12的两端分别置于两个凹槽内，活动门12的其中一端与凹槽的侧壁铰接，另一端与凹槽侧壁之间设有定位弹珠122。
优选的，所述钻杆11的外环面上设有螺旋形凸脊111。
优选的，所述钻头10的环形侧壁上沿圆周方向开设有多个注水孔101。
实施例2
如图1所示，一种深水平、高地应力揭煤钻孔施工方法，采用所述施工装置进行钻孔施工，包括：
在巷道或井筒内布设供水、供风、排水、排风管路；
将钻头10与钻杆11固定连接，并将钻杆11与钻机主轴固定；
启动钻机，沿预定方向开始钻孔，钻头10持续进给，直至穿透整个煤层并向前延伸一段距离，钻孔孔深过煤层10～15米，本实施例优选12米。
将套管2穿入钻杆11的中心孔，套管2前端将钻头10上的活动门12顶开，并从钻头10前端穿出；套管2前端到达孔底后，保持套管2不动，将钻杆11连同钻头10一块抽出，使套管2留在钻孔内对孔壁进行支护；
在钻孔孔口处设置抽采管，抽采管套在套管2外部，抽采管上端与抽气泵连通，抽采管的外壁与钻孔的孔壁之间设置上下两个弹性封孔胶囊，并对两弹性封孔胶囊以及两弹性封孔胶囊之间的空间采用水泥浆灌注填充。
优选的，在钻孔结束后、套管2下放前，可根据煤层透气程度选择性的对煤层进行水力压裂增透，具体方法为：将钻杆11的中心孔与高压供水管路连通，对煤层进行持续注水，直至达到预定压力，并保压一端时间后进行排水；所述排水过程为：向钻孔内***高压风管，利用风压将钻孔内的积水排出。所述注水压力为15～20MPa，本实施例优选17MPa。
本发明利用全程套管护孔工艺，在钻杆11抽出前，就将套管2下放到位，很好的预防了岩层破碎导致的钻孔垮塌，大大提高了抽排钻孔的施工效率和抽排效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置，其特征在于：包括钻头，所述钻头中心具有一通孔，所述钻头前端设有能够使通孔前端孔口开启或闭合的活动门；所述钻头后端通过空心钻杆与钻机相连，所述钻杆的中心孔与钻头的通孔连通，构成供套管穿过的通道。
2.根据权利要求1所述的深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置，其特征在于：钻头前端沿圆周方向均匀间隔设置有多个钻齿；所述活动门的一端与钻头的环形端面铰接，所述活动门的前端也设有钻齿。
3.根据权利要求2所述的深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置，其特征在于：所述活动门为杆状结构，钻头前端的环形端面上设有两个对称的凹槽，活动门的两端分别置于两个凹槽内，活动门的其中一端与凹槽的侧壁铰接，另一端与凹槽侧壁之间设有定位弹珠。
4.根据权利要求1所述的深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置，其特征在于：所述钻杆的外环面上设有螺旋形凸脊。
5.根据权利要求1所述的深水平、高地应力揭煤钻孔施工装置，其特征在于：所述钻头的环形侧壁上沿圆周方向开设有多个注水孔。
6.一种深水平、高地应力揭煤钻孔施工方法，其特征在于：采用权利要求1至5任意一项所述施工装置进行钻孔施工，包括：
在巷道或井筒内布设供水、供风、排水、排风管路；
将钻头与钻杆固定连接，并将钻杆与钻机主轴固定；
启动钻机，沿预定方向开始钻孔，钻头持续进给，直至穿透整个煤层并向前延伸一段距离；
将套管穿入钻杆的中心孔，套管前端将钻头上的活动门顶开，并从钻头前端穿出；套管前端到达孔底后，保持套管不动，将钻杆连同钻头一块抽出，使套管留在钻孔内对孔壁进行支护；
在钻孔孔口处设置抽采管，抽采管套在套管外部，抽采管上端与抽气泵连通，抽采管的外壁与钻孔的孔壁之间设置上下两个弹性封孔胶囊，并对两弹性封孔胶囊以及两弹性封孔胶囊之间的空间采用水泥浆灌注填充。
7.根据权利要求6所述的深水平、高地应力揭煤钻孔施工方法，其特征在于：在钻孔结束后、套管下放前，可根据煤层透气程度选择性的对煤层进行水力压裂增透，具体方法为：将钻杆的中心孔与高压供水管路连通，对煤层进行持续注水，直至达到预定压力，并保压一端时间后进行排水；所述排水过程为：向钻孔内***高压风管，利用风压将钻孔内的积水排出。
8.根据权利要求7所述的深水平、高地应力揭煤钻孔施工方法，其特征在于：钻孔孔深过煤层10～15米。
9.根据权利要求7所述的深水平、高地应力揭煤钻孔施工方法，其特征在于：所述注水压力为15～20MPa。
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