CN106988781B - 煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法,包括精准对穿孔定向钻具组合、回拖式扩孔钻头、护壁钢套管等,该方法利用随钻测量***、造斜钻具及精确钻孔轨迹控制技术施工精准对穿钻孔来连通出水巷道和排水巷道,钻孔对穿后,不提钻更换回拖式扩孔钻头反向扩通,重复多级扩孔,在对穿巷道更换变径,连接大孔径护壁套管,采用回拖式全程下入护壁套管,注浆凝固,安装过滤出水巷道水中杂物的排水花管,由此,本发明可有效保证钻孔在排水巷道精准对穿和大口径套管全程下入,从而达到有效替代专用排水巷道掘进施工,大大降低煤矿水害治理成本。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下防治水排水孔施工的技术领域,尤其涉及一种煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法。
背景技术
随着煤矿开采深度的逐步加深和开采范围的进一步扩大,煤矿井下地质条件复杂多变,在受水害威胁的工作面回采前往往需掘进一条专用排水巷道,以防止回采过程中出现涌水淹井等危险情况。然而,长距离专用导水巷道掘进过程耗时时间长、成本高昂、施工效率低。
为此,本发明的设计者有鉴于上述缺陷,通过潜心研究和设计,综合长期多年从事相关专业的经验和成果,研究设计出一种煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法,用以替代专用排水巷道掘进施工,达到“以孔代巷”目的,可以顺利解决工作面回采过程中排水问题,大大降低煤矿水害治理成本,节省水害治理周期,提高施工效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法,连通出水巷道和排水巷道,并采用反向回拖式扩孔工艺多级扩孔,通过回拖式全程下套管护壁,达到有效排水目的,用于替代专用排水巷道掘进,以解决巷道掘进费用高、周期长、污染大问题。
为解决上述问题,本发明公开了一种煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤一:开孔预备,确定开孔倾角及方位角;
步骤二:开孔,通过钻头及钻杆按开孔倾角及方位角进行一定深度的钻进;
步骤三:精准对穿钻孔,采用定向钻具组合进行定向钻进,在定向钻进中实时计算实钻轨迹与设计轨迹偏差,并根据偏差进行钻进的实时调整,从而精准钻进对穿出水巷道,实现出水巷道和排水巷道连通;
步骤四:反向回拖式扩孔,卸下定向钻具组合更换反向回拖式扩孔钻头,进行反向回拖切削扩孔;
步骤五:回拖式全程下套管施工,在对穿巷道通过变径连接钻杆及护壁套管,采用回拖式全程下入大口径套管,以减少摩阻,保障套管顺利下入;
步骤六:注浆封孔,套管下完后,安装孔口管及封孔装置,通过注浆泵在套管和孔壁环空间隙注入水泥浆,等候水泥浆凝加固后,在两边孔口管加装花管。
其中:步骤二中,通过钻机回转开孔钻进的深度为9~12m。
其中:步骤三中,所述定向钻具组合包含随钻测量***、造斜钻具及钻头,随钻测量***中探管的三轴加速度传感器按三轴正交模式布置,以重力加速度方向做为参考,通过加速度传感器差值计算工具轴线与参考之间夹角,夹角值减去90°即为倾角,磁传感器按三轴正交模式布置,以地球磁北方向做为参考,通过磁传感器空间不同方向差值计算出工具轴线与参考的地球磁北方向之间夹角,将测量数据结合孔深、倾角、方位角的三要素通过三角函数精确计算各个测量点空间位置,从而可得到实钻轨迹。
其中:利用均角全距法计算出实钻轨迹,即将相邻两测点间的钻孔轴线看作为直线,该直线的倾角、方位角分别为前、后两测点的倾角、方位角的平均值,整个钻孔轴线设为直线与直线连接的折线,在短距离上为以弦代弧,从而通过对应倾角{θ1,θ2…θi}、方位角{α1,α2…αi}、测深{L1,L2…Li}可分别计算出钻孔任意测量点空间位置:
视平移
左右位移
垂深
其中:在测量时将测量间距设为3m一测。
其中:在实时调整中,当钻轨迹与设计轨迹的偏差大于0.5m时,采用滑动定向钻进,根据偏差方向通过调整工具面连续造斜钻进,快速逼近设计轨迹;当偏差小于0.5m时,左右对称调整工具面,采用回转复合/滑动定向交替稳斜钻进,慢速趋近设计轨迹,从而能达到精准钻进对穿出水巷道的目的。
其中:步骤四中,通过多级扩孔实现最终成孔。
通过上述结构可知,本发明的煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法具有如下效果:
1、利用精准对穿钻孔施工技术,钻进施工过程中可精准控制钻孔轨迹,以保证钻孔在出水巷道精准对穿。
2、采用反向回拖式多级扩孔施工,可以有效达到减小摩阻、便于排渣、不易塌孔目的,多级扩孔可以保证大口径套管顺利下入,同时可以有效减少起下钻次数,降低劳动强度。
3、扩孔后采用回拖式全程下大口径套管护壁技术,减少了起下钻次数,减少下套管过程摩阻,保证全程套管顺利下入,大口径套管可以有效增加排水量。
4、采用孔口“L”型花管,上端密封,环壁密布细小排水孔,可避免排水孔堵塞,保证排水效果。
5、通过施工煤矿井下巷道精准对穿排水孔,可有效替代专用排水巷道,达到“以孔代巷”目的,可顺利解决巷道掘进费用高、周期长、污染大问题,降低煤矿灾害治理成本及周期。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1为本发明煤矿井下精准对穿排水钻孔示意图;
图2为本发明反向回拖式扩孔结构示意图;
图3为本发明回拖式下套管结构示意图;
图4为本发明孔口“L”型花管结构示意图;
图5为本发明倾角、方位测量原理示意图。
1-随钻测量***;2-造斜钻具;3-钻头;4-普通外平钻杆;5-反向回拖式扩孔钻头;6-变径连接钻杆;7-护壁钢套管;8-花管;9-加速度传感器;10-磁传感器;11-重力加速度方向;12-地磁北方向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述,以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
参见图1至图5,显示了本发明的煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法。
所述煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法包括如下步骤:
步骤一:开孔预备,确定开孔倾角及方位角,其中,可根据工作面排水要求、地质资料及精准对穿钻孔布孔要求进行钻孔施工设计,以确定开孔倾角及方位角。
步骤二:开孔,通过钻头及钻杆按开孔倾角及方位角进行一定深度的钻进,其中,通过钻机回转开孔钻进的深度为9~12m。
步骤三:精准对穿钻孔,采用定向钻具组合进行定向钻进,其中,所述定向钻具组合可包含随钻测量***1、造斜钻具2及钻头3,在定向钻进中实时计算实钻轨迹与设计轨迹偏差,并根据偏差进行钻进的实时调整,从而精准钻进对穿出水巷道,实现出水巷道和排水巷道连通,
其中钻进时可通过随钻测量***测量和计算实钻轨迹与设计轨迹偏差,参见图5,随钻测量***中探管的三轴加速度传感器9按三轴正交模式布置,以重力加速度方向11做为参考,通过加速度传感器差值计算工具轴线Z与参考之间夹角,夹角值减去90°即为倾角,磁传感器10按三轴正交模式布置,以地球磁北方向12做为参考,通过磁传感器空间不同方向差值计算出工具轴线Z与参考的地球磁北方向12之间夹角(该夹角即为钻孔方位角),将测量数据编码、封装、发送至孔口计算机解码计算,结合孔深、倾角、方位角的三要素通过三角函数精确计算各个测量点空间位置,从而可得到实钻轨迹。
优选的是,可利用均角全距法计算出实钻轨迹,该具体的均角全距法如下,将相邻两测点间的钻孔轴线看作为直线,该直线的倾角、方位角分别为前、后两测点的倾角、方位角的平均值,整个钻孔轴线设为直线与直线连接的折线,在短距离上为以弦代弧,从而通过对应倾角{θ1,θ2…θi}、方位角{α1,α2…αi}、测深{L1,L2…Li}可分别计算出钻孔任意测量点:
视平移
左右位移
垂深
对比预先导入的设计轨迹即可计算出两者偏差。
其中,在测量时通过加密测量点来提高测量精度,可将测量间距由6m一测改为3m一测;在钻进过程调整工具面时考虑地层硬度及重力等影响因素,地层较硬时,考虑钻具自重较重,调整工具面应比正常值小10°~15°(工具面处于180°至360°时比正常值大10°~15°),地层较软时,钻具降斜加快,调整工具面应比正常值小15°~ 20°(工具面处于180°至360°时比正常值大15°~20°),以克服重力因素影响。
在实时调整中,当钻轨迹与设计轨迹的偏差大于0.5m时,采用滑动定向钻进,根据偏差方向通过调整工具面连续造斜钻进,快速逼近设计轨迹;当偏差小于0.5m时,左右对称调整工具面,采用回转复合/滑动定向交替稳斜钻进,慢速趋近设计轨迹,从而能达到精准钻进对穿出水巷道的目的。
步骤四:反向回拖式扩孔,其中,在透孔后不提钻,卸下定向钻具组合更换反向回拖式扩孔钻头5,通过钻机及钻杆4提供回拖及回转动力,反向回拖切削扩孔,其中,可通过多级扩孔实现最终成孔,反向回拖式扩孔施工结构示意图如图 2所示,采用这种反向回拖式扩孔,以达到减小摩阻、便于排渣、不易塌孔目的。
步骤五:回拖式全程下大口径套管,扩孔后在对穿巷道通过变径连接钻杆6及护壁套管7,通过排水巷道钻机起拔提钻的过程(回拖方式)从出水巷道将钢套管顺利全程下入,采用回拖式全程下入大口径套管可以有效减少摩阻,保障套管顺利下入。回拖式下套管结构示意图如图3所示。
步骤六:注浆封孔,套管下完后,安装孔口管及封孔装置,通过注浆泵在套管和孔壁环空间隙注入水泥浆,等候水泥浆凝加固后,在两边孔口管加装花管8,可如图4所示。
优选的是,所述反向回拖式扩孔钻头布置多级反向切削齿,精准对穿钻孔施工完成后不提钻卸下定向钻具组合,在对穿巷道连接反向回拖式扩孔钻头,通过钻机提供动力,采用反向回拖式切削扩孔。
优选的是,所述花管采用顶端密封,环壁密闭设置细小排水孔,达到排水及防堵效果。
由此,本发明利用精准对穿钻孔施工技术可以有效保证钻孔在排水巷道精准对穿,反向回拖式扩孔工艺、回拖式下套管施工工艺可以有效保证大口径套管全程下入,封孔安装花管技术方法可有效保证对穿钻孔排水效果。从而达到有效替代专用排水巷道掘进施工,大大降低煤矿水害治理成本。
显而易见的是,以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例,但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子,本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (3)
1.一种煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤一:开孔预备,确定开孔倾角及方位角;
步骤二:开孔,通过钻头及钻杆按开孔倾角及方位角进行一定深度的钻进,通过钻机回转开孔钻进的深度为9~12m;
步骤三:精准对穿钻孔,采用定向钻具组合进行定向钻进,所述定向钻具组合包含随钻测量***、造斜钻具及钻头,随钻测量***中探管的三轴加速度传感器按三轴正交模式布置,在定向钻进中实时计算实钻轨迹与设计轨迹偏差,并根据偏差进行钻进的实时调整,从而精准钻进对穿出水巷道,实现出水巷道和排水巷道连通,在实时调整中,当实钻轨迹与设计轨迹的偏差大于0.5m时,采用滑动定向钻进,根据偏差方向通过调整工具面连续造斜钻进,快速逼近设计轨迹;当偏差小于0.5m时,左右对称调整工具面,采用回转复合和滑动定向交替稳斜钻进,慢速趋近设计轨迹,从而能达到精准钻进对穿出水巷道的目的;
步骤四:反向回拖式扩孔,在透孔后不提钻,卸下定向钻具组合更换反向回拖式扩孔钻头,通过钻机及钻杆提供回拖及回转动力,反向回拖切削扩孔,其中,通过多级扩孔实现最终成孔,以达到减小摩阻、便于排渣、不易塌孔目的;
步骤五:回拖式全程下套管施工,在对穿巷道通过变径连接钻杆及护壁套管,采用回拖式全程下入大口径套管,以减少摩阻,保障套管顺利下入;
步骤六:注浆封孔,套管下完后,安装孔口管及封孔装置,通过注浆泵在套管和孔壁环空间隙注入水泥浆,等候水泥浆凝固后,在两边孔口管加装花管。
2.如权利要求1所述的煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法,其特征在于:步骤三中,所述定向钻具组合以重力加速度方向做为参考,通过加速度传感器差值计算工具轴线与参考的重力加速度方向之间夹角,夹角值减去90°即为倾角,磁传感器按三轴正交模式布置,以地球磁北方向做为参考,通过磁传感器空间不同方向差值计算出工具轴线与参考的地球磁北方向之间夹角,将测量数据结合孔深、倾角、方位角的三要素通过三角函数精确计算各个测量点空间位置,从而可得到实钻轨迹。
3.如权利要求1所述的煤矿井下巷道精准对穿排水孔施工方法,其特征在于:在测量时将测量间距设为3m一测。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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