CN111663918A - 一种采煤地面注浆工艺及注浆结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种采煤地面注浆工艺及注浆结构,涉及钻孔注浆领域,采煤地面注浆结构,包括地面,地面包括第四系松散层、稳定基岩层以及煤层,在第四系松散层内开设有第一钻孔,第一钻孔的内侧设置有一开套管,一开套管的外侧壁设置有第一水泥浆固管,且第一水泥浆固管紧贴于第一钻孔的内侧壁。本发明通过设置有一开套管,一开套管具有护壁与止水作用,下部穿采空区过程会有冲洗液漏失现象,为防止冲洗液漏失导致上部新地层坍塌产生事故,可以预防钻进过程中上部新地层内各含水层与下部采空区联通,增加矿井涌水量;同时,本发明在使用时,通过设置有二开套管,二开套管具有加固以及导液的作用。

Description

一种采煤地面注浆工艺及注浆结构
技术领域
本发明涉及钻孔注浆领域,具体的是一种采煤地面注浆工艺及注浆结构。
背景技术
地面钻孔施工时如何控制钻孔顺利穿过采空区及顶板破碎带需要深入研究的一类重要问题,当钻孔穿过顶板破碎带时,会面临因岩体破碎引起的冲洗液漏失、孔内钻探形成的岩粉不能正常带出孔外而产生的埋钻事故、钻具破损不能及时反应会导致的烧钻情况以及孔壁坍塌掉块导致的钻探事故(卡钻、埋钻)等一系列技术问题。
钻孔结构是指钻孔由开孔至终孔,钻孔剖面中各孔段的深度和口径的变化情况。一般来说,换径次数越多,钻孔结构越复杂;换径次数越少,钻孔结构越简单。钻孔的用途和目的是钻孔结构设计的依据。钻孔的目的是为了对煤层破碎顶板进行注浆加固。钻孔一般穿过的地层为第四系松散层、煤系地层以及煤层采空区“上三带”,而采空区“上三带”稳定时间短,岩石破碎,离层、裂隙发育,钻探施工期间必然会发生冲洗液漏失。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足,本发明的目的在于提供一种采煤地面注浆工艺及注浆结构,本发明通过设置有一开套管,一开套管具有护壁与止水作用,下部穿采空区过程会有冲洗液漏失现象,为防止冲洗液漏失导致上部新地层坍塌产生事故,可以预防钻进过程中上部新地层内各含水层与下部采空区联通,增加矿井涌水量;
同时,本发明在使用时,通过设置有二开套管,二开套管具有加固以及导液的作用,在一套管之内设计二套管,在保证形成完整孔的基础上,以水泥浆液固定二套管,既可以加固钻孔,也可以保证钻孔畅通,浆液要顺利注入目的层,需要通道,二开套管可作为引导浆液的通道,保证浆液直达目的层。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种采煤地面注浆结构,包括地面,所述地面包括第四系松散层、稳定基岩层以及煤层,在第四系松散层内开设有第一钻孔,第一钻孔的内侧设置有一开套管,一开套管的外侧壁设置有第一水泥浆固管,且第一水泥浆固管紧贴于第一钻孔的内侧壁;
所述第一钻孔的底部且在稳定基岩层开设有第二钻孔,在第二钻孔内设置有二开套管,且一开套管与二开套管均为中空设置,二开套管的外侧壁设置有第二水泥浆固管,且第二水泥浆固管紧贴于第二钻孔的内侧壁,第二钻孔的底部且在煤层内开设有第三钻孔。
进一步地,所述二开套管的底部设置有木塞,在木塞的顶部且二开套管的表面设置有膨胀橡胶,在膨胀橡胶的顶部且二开套管的表面开设有注浆眼,一开套管与二开套管的结构相同。
进一步地,所述一开套管的顶部设置有固定件,固定件套于一开套管的表面,且一开套管与固定件丝扣连接。
进一步地,所述一开套管的内侧壁开设有内螺纹,二开套管的外侧壁开设有与一开套管相配合的外螺纹,且二开套管与一开套管螺纹相连。
一种采煤地面注浆工艺,包括:
一、在第四系松散层用Φ130mm孔径开孔,钻进至稳定基岩层后换Φ91mm孔径钻进至基岩硬盘,然后测井;
二、用Φ216mm扩孔器扩孔形成第一钻孔,下入φ177.8mm的一开套管,一开套管丝扣连接;
三、一开套管下到底后,下Φ50mm钻杆离孔底0.3~0.5m处,一开套管上口加闷盖;
四、通过管底注浆水眼,用满孔注浆法,从孔底向上管外全封闭,形成第一水泥浆固管;
五、注浆结束后,压替换水,6小时后泄压提出钻具,清洗钻杆;
六、待凝48小时透孔到底,72小时后做止水效果检查;
七、用Φ91mm孔径钻进至煤层形成第三钻孔,在煤层顶板3m上,测井,用Φ152mm带导向扩孔钻头进行扩孔形成第二钻孔,下入φ127mm二开套管,二开套管丝扣连接,管外水泥浆固管止水形成第二水泥浆固管。
进一步地,所述一开套管与二开套管的下部均使用木塞处理。
进一步地,所述一开套管与二开套管外缠膨胀橡胶,膨胀橡胶上0.50m预留注浆眼。
本发明的有益效果:
1、本发明通过设置有一开套管,一开套管具有护壁与止水作用,下部穿采空区过程会有冲洗液漏失现象,为防止冲洗液漏失导致上部新地层坍塌产生事故,可以预防钻进过程中上部新地层内各含水层与下部采空区联通,增加矿井涌水量;
2、本发明在使用时,通过设置有二开套管,二开套管具有加固以及导液的作用,在一套管之内设计二套管,在保证形成完整孔的基础上,以水泥浆液固定二套管,既可以加固钻孔,也可以保证钻孔畅通,浆液要顺利注入目的层,需要通道,二开套管可作为引导浆液的通道,保证浆液直达目的层。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的剖视图;
图2是本发明二开套管结构示意图。
图中:1、地面;11、第四系松散层;12、稳定基岩层;13、煤层;2、第一钻孔;3、一开套管;4、第一水泥浆固管;5、第二钻孔;6、二开套管;61、木塞;62、膨胀橡胶;63、注浆眼;7、第二水泥浆固管;8、第三钻孔;9、固定件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位,以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
一种采煤地面注浆结构,如图1和2所示,包括地面1,地面1包括第四系松散层11、稳定基岩层12以及煤层13,在第四系松散层11内开设有第一钻孔2,第一钻孔2的内侧设置有一开套管3,一开套管3的外侧壁设置有第一水泥浆固管4,且第一水泥浆固管4紧贴于第一钻孔2的内侧壁。
第一钻孔2的底部且在稳定基岩层12开设有第二钻孔5,在第二钻孔5内设置有二开套管6,且一开套管3与二开套管6均为中空设置,二开套管6的外侧壁设置有第二水泥浆固管7,且第二水泥浆固管7紧贴于第二钻孔5的内侧壁,第二钻孔5的底部且在煤层13内开设有第三钻孔8。
二开套管6的底部设置有木塞61,在木塞61的顶部且二开套管6的表面设置有膨胀橡胶62,在膨胀橡胶62的顶部且二开套管6的表面开设有注浆眼63,一开套管3与二开套管6的结构相同。
一开套管3的顶部设置有固定件9,固定件9套于一开套管3的表面,且一开套管3与固定件9丝扣连接。
一开套管3的内侧壁开设有内螺纹,二开套管6的外侧壁开设有与一开套管3相配合的外螺纹,且二开套管6与一开套管3螺纹相连。
一种采煤地面注浆工艺,包括:
一、在第四系松散层用Φ130mm孔径开孔,钻进至基岩后换Φ91mm孔径钻进至基岩硬盘,然后测井;
二、用Φ216mm扩孔器扩孔,下入φ177.8mm护壁套管,套管丝扣连接;
三、套管下到底后,下Φ50mm钻杆离孔底0.3~0.5m处,套管上口加闷盖;
四、通过管底注浆水眼,用满孔注浆法,从孔底向上管外全封闭,固管水泥浆采用水泥+三乙醇胺+食盐;
五、注浆结束后,压替换水,6小时后泄压提出钻具,清洗钻杆;
六、待凝48小时透孔到底,72小时后做止水效果检查,止水检查合格后,先轻压慢进无芯扫孔1.5~2.0m后,恢复正常钻具钻进,其钻具组合为:
Φ91mm刮刀钻头+Φ89mm钻铤+Φ63.5mm钻铤+Φ50mm钻杆钻进过程中遇到上覆煤层采空区影响带如发生冲洗液全漏不返浆情况,需顶漏钻进。为最大程度降低钻探风险,需将钻铤去除,其钻具组合为:
Φ91mm刮刀钻头+Φ50mm钻杆;
七、用Φ91mm孔径钻进至煤层顶板3m后,测井,用Φ152mm带导向扩孔钻头进行扩孔,下入φ127mm地质管,套管丝扣连接,管外水泥浆固管止水。
由于套管底口位于上部煤采空区内,如遇冲洗液全漏失,需采用特殊方法固管,方法如下:
1)合理搭配套管,套管下部提前木塞/混凝土处理。
2)钻孔漏水点上部外缠膨胀橡胶,膨胀橡胶上0.50m左右预留注浆眼。
3)套管下至孔底后,下Φ50mm钻杆离木塞/混凝土0.3~0.5m处,冲孔,泥浆正常循环后待止水橡胶膨胀。
4)止水橡胶膨胀后,套管上口加闷盖,用满孔注浆法,从预留注浆眼向上管外水泥浆全封闭。
5)注浆结束后,压替换水,6小时后泄压提出钻具,清洗钻杆。待凝72小时透孔至木塞/混凝土上,检查管外注浆固管效果。合格后,透孔至套管底口,进行下步注浆工作。
综上所述,注浆钻孔顺利成孔,主要有以下措施:
(1)措施一:使用二开套管结构,其中一套管起护壁作用,保护新地层,当钻孔在下部穿越地层时,保证新地层不发生坍塌,同时预防钻进过程中上部新地层内各含水层与下部采空区联通,二套管起加固和导液作用,二套管与一套管之间通过水泥浆液形成有效贯通的整体,钻孔稳定性显著加强,同时二套管作为浆液通道可保证浆液直达目的层。
(2)措施二:浆液调整,通过控制浆液的粘度,使一套管在上部岩层形成有效护壁,钻孔穿过采空区时减少坍塌;基岩钻进,钻孔钻至上覆煤层采空区影响带如发生冲洗液全漏不返、孔壁坍塌、掉钻等情况,则采用顶漏钻进。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.一种采煤地面注浆结构,包括地面(1),其特征在于,所述地面(1)包括第四系松散层(11)、稳定基岩层(12)以及煤层(13),在第四系松散层(11)内开设有第一钻孔(2),第一钻孔(2)的内侧设置有一开套管(3),一开套管(3)的外侧壁设置有第一水泥浆固管(4),且第一水泥浆固管(4)紧贴于第一钻孔(2)的内侧壁;
所述第一钻孔(2)的底部且在稳定基岩层(12)开设有第二钻孔(5),在第二钻孔(5)内设置有二开套管(6),且一开套管(3)与二开套管(6)均为中空设置,二开套管(6)的外侧壁设置有第二水泥浆固管(7),且第二水泥浆固管(7)紧贴于第二钻孔(5)的内侧壁,第二钻孔(5)的底部且在煤层(13)内开设有第三钻孔(8)。
2.根据权利要求1所述的一种采煤地面注浆结构,其特征在于,所述二开套管(6)的底部设置有木塞(61),在木塞(61)的顶部且二开套管(6)的表面设置有膨胀橡胶(62),在膨胀橡胶(62)的顶部且二开套管(6)的表面开设有注浆眼(63),一开套管(3)与二开套管(6)的结构相同。
3.根据权利要求1所述的一种采煤地面注浆结构,其特征在于,所述一开套管(3)的顶部设置有固定件(9),固定件(9)套于一开套管(3)的表面,且一开套管(3)与固定件(9)丝扣连接。
4.根据权利要求1所述的一种采煤地面注浆结构,其特征在于,所述一开套管(3)的内侧壁开设有内螺纹,二开套管(6)的外侧壁开设有与一开套管(3)相配合的外螺纹,且二开套管(6)与一开套管(3)螺纹相连。
5.一种采煤地面注浆工艺,其特征在于,包括:
一、在第四系松散层(11)用Φ130mm孔径开孔,钻进至稳定基岩层(12)后换Φ91mm孔径钻进至基岩硬盘,然后测井;
二、用Φ216mm扩孔器扩孔形成第一钻孔(2),下入φ177.8mm的一开套管(3),一开套管(3)丝扣连接;
三、一开套管(3)下到底后,下Φ50mm钻杆离孔底0.3~0.5m处,一开套管(3)上口加闷盖;
四、通过管底注浆水眼,用满孔注浆法,从孔底向上管外全封闭,形成第一水泥浆固管(4);
五、注浆结束后,压替换水,6小时后泄压提出钻具,清洗钻杆;
六、待凝48小时透孔到底,72小时后做止水效果检查;
七、用Φ91mm孔径钻进至煤层形成第三钻孔(8),在煤层顶板3m上,测井,用Φ152mm带导向扩孔钻头进行扩孔形成第二钻孔(5),下入φ127mm二开套管(6),二开套管(6)丝扣连接,管外水泥浆固管止水形成第二水泥浆固管(7)。
6.根据权利要求5所述的一种采煤地面注浆工艺,其特征在于,所述一开套管(3)与二开套管(6)的下部均使用木塞处理。
7.根据权利要求6所述的一种采煤地面注浆工艺,其特征在于,所述一开套管(3)与二开套管(6)外缠膨胀橡胶,膨胀橡胶上0.50m预留注浆眼。
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