[發(fā)明專利]碎軟煤層井下遞進式瓦斯預抽定向孔鉆進系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2016-06-23
• 公開（公告）號: CN105971517B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 李泉新;方俊;李國富;劉建林;殷新勝;劉飛;許超;冀前輝
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B21/14;E21B21/07;E21B47/022;E21B47/13;E21B17/00;E21F7/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 楊文錄

技術領域

本發(fā)明涉及一種鉆進系統(tǒng)及方法，屬于煤炭開采領域，具體涉及一種碎軟煤層井下遞進式瓦斯預抽定向孔鉆進系統(tǒng)及方法。

背景技術

瓦斯是煤礦安全高效開采中的重要事故隱患，為確保后期采煤安全，必須提前對煤層瓦斯進行預抽采，瓦斯抽采效率嚴重影響煤層開采效率。

煤層瓦斯預抽采包括兩個重要方面：一是超前掩護煤巷掘進的瓦斯抽采問題，確保煤巷掘進安全；二是待采工作面內瓦斯超前抽采問題，確保工作面煤層回采安全。目前中硬煤層瓦斯抽采技術已經實現(xiàn)遞進式瓦斯抽采，即利用定向孔在巷道掘進和工作面圈閉前，超前抽采待采工作面和待掘巷道影響區(qū)內煤層瓦斯，瓦斯預抽周期僅需半年～1年左右，實現(xiàn)掘、采、抽交替進行。

由于碎軟煤層鉆進過程中易出現(xiàn)噴孔、塌孔、卡鉆等孔內異常現(xiàn)象，鉆進困難，適用于中硬煤層的定向鉆進技術與裝備不適用于碎軟煤層施工，而碎軟煤層現(xiàn)有施工方法和裝備完成的鉆孔深度較淺，平均鉆孔深度≤150m，遠小于待采工作面和待掘巷道影響區(qū)寬度，不能滿足遞進式抽采需要。因此目前采用的辦法是：針對待掘巷道瓦斯抽采問題，一般采用待掘煤巷底板下部的底抽巷結合常規(guī)穿層鉆孔進行瓦斯預預抽，但是其施工鉆孔數量多，工程量大，覆蓋面積小，生產成本高；針對待采工作面瓦斯抽采問題，主要在待掘巷道掘進完成，實現(xiàn)工作面圈閉以后，從待采工作面兩邊已掘煤巷想工作面施工對穿孔進行瓦斯抽采，施工鉆孔數量多，且必須在兩邊煤巷掘進完成后才能開始施工瓦斯抽采鉆孔進行抽采，瓦斯抽采達標時間比遞進式抽采至少長1倍以上。

為此，本發(fā)明的設計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關產業(yè)的經驗和成果，針對目前煤礦井下碎軟煤層瓦斯抽采方法和施工技術裝備存在的不足，研究設計出一種碎軟煤層井下遞進式瓦斯預抽定向孔鉆進方法與裝備，以克服上述缺陷。

發(fā)明內容

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術所存在的鉆探工程量大、施工周期和瓦斯抽采達標時間長等技術問題，提供了一種碎軟煤層井下遞進式瓦斯預抽定向孔鉆進系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)及方法提高了普氏硬度系數0.5≤f≤0.8的碎軟煤層的成孔深度、成孔精度、成孔效率和成孔率，成孔用于碎軟煤層區(qū)域遞進式瓦斯預抽采，減少了碎軟煤層工作面和煤巷掘進瓦斯抽采達標周期。

本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

為了解決上述問題，根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種碎軟煤層井下遞進式瓦斯預抽定向孔鉆進系統(tǒng)，包括：孔內定向鉆具串、孔口泡沫灌注系統(tǒng)、孔口消泡抽采系統(tǒng)；其中：

所述的孔內定向鉆串具包括依次連接的防突定向鉆頭、刻槽空氣螺桿馬達、無磁變絲接手、通纜無磁絕緣短節(jié)、刻槽無磁儀器外管、三棱刻槽鉆桿、旋轉送風器；其中所述防突定向鉆頭內部設置有僅可正向通過氣、水和固體顆粒的單向逆止機構；刻槽空氣螺桿馬達由穩(wěn)定泡沫流或空氣流驅動，其定子材料為無磁鋼，定子外部銑洗有3mm深的連續(xù)螺旋排渣槽，啟動壓力≤0.6Mpa，工作流量≤10m³/min，長度≤4m；刻槽無磁儀器外管采用中空結構，外部銑洗有3mm深的連續(xù)螺旋排渣槽；

所述的孔口泡沫灌注系統(tǒng)包括：依次連接的礦用空壓機、起泡裝置、礦用液壓泵和泡沫液罐，所述起泡裝置與旋轉送風器連接；

所述的孔口消泡抽采系統(tǒng)包括：依次連接的孔口封孔管、孔口導流裝置、除塵消泡裝置、截止閥、瓦斯抽采管路；其中，所述除塵消泡裝置與礦用空壓機和消泡液罐連接。

優(yōu)化的，上述的一種碎軟煤層井下遞進式瓦斯預抽定向孔鉆進系統(tǒng)，還包括礦用電磁波無線隨鉆測量裝置，該礦用電磁波無線隨鉆測量裝置包括：電磁波隨鉆測量儀器串，信號接收電極以及數據采集處理器，其中，所述電磁波隨鉆測量儀器串包括依次連接的測斜短節(jié)、電池筒、信號發(fā)射短節(jié)、風壓開關；所述信號接收電極具有2個，一個安裝在鉆進處地層中，一個與孔內定向鉆具串連接。

優(yōu)化的，上述的一種碎軟煤層井下遞進式瓦斯預抽定向孔鉆進系統(tǒng)，所述通纜無磁絕緣短節(jié)包括外部絕緣組件和內部絕緣組件；其中：

所述外部絕緣組件包括通過絲扣連接的上金屬導電桿、下金屬導電桿，其中，相互連接的絲扣、臺肩及金屬導電桿的內外壁上設置絲扣絕緣層、內絕緣層和外絕緣層；

所述內部絕緣組件包括通過絲扣連接的下絕緣接頭、中空絕緣桿和上絕緣接頭；導電銅芯由下絕緣接頭端進入并穿過中空絕緣桿后在上金屬導電桿臺階內被限位拉緊，并與上金屬導電桿導通；下絕緣接頭內設置有與導電銅芯連接構成內信號通路的信號彈簧。