[發明專利]松軟突出煤層防坍塌連續鉆進成孔裝備及工藝

有效

• 申請號: 201710109868.9
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106761385B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 尹光志;尚德磊;石發瑞;陳嘉祺;馬波;宋真龍;劉超;曹冠森
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: E21B4/06
• 分類號: E21B4/06;E21B43/08;E21B43/10
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 顧正超

本發明提出的松軟突出煤層防坍塌連續鉆進成孔裝備及工藝，主要用于對松軟突出煤層進行鉆孔，裝備包括：可變徑鉆頭、篩管、推進單元以及驅動單元。鉆孔施工工藝是采用可變徑鉆頭對松軟突出煤層進行沖擊鉆進，以不排渣鉆進方式回避排渣問題，極大地減少了粉塵排放，改善了工作環境；設置有仿生結構的透氣篩管由可變徑鉆頭牽引并隨鉆護壁，大大減小了篩管與孔壁煤體之間的摩擦力，解決了篩管下放困難的問題，避免了孔壁坍塌，且能保證篩管具有優良的透氣性能。所述的成孔裝備及工藝的實施可有效防止鉆孔坍塌，增加松軟煤層鉆進成孔率，減少鉆孔的工作量，降低瓦斯災害事故發生的概率和威脅，最終實現煤礦安全和煤層氣高效開采。

技術領域

本發明涉及煤礦開采工程中瓦斯抽采和煤層氣開發領域，尤其涉及一種松軟突出煤層防坍塌連續鉆進成孔裝備及實現工藝。

背景技術

煤及煤層氣是中國重要的化石能源礦產，而具有高瓦斯或煤與瓦斯突出傾向的煤層極易在施工作業時發生煤礦瓦斯災害，特別是松軟突出煤層的安全生產面臨巨大挑戰。如表1所示，針對堅固性系數f<0.8的松軟煤層，滲透性和強度均較低，煤體穩定性差，瓦斯含量和瓦斯壓力高。除了巷道極易發生頂板冒落和底膨破壞，給支護造成極大的困難，煤與瓦斯突出災害事故防治也是困擾產業界的一大難題。因此，煤層氣或瓦斯抽采是防治煤礦瓦斯災害的重要安全技術措施，一般采用大量鉆孔作業以便進行人工增滲施工，降低煤礦瓦斯災害發生的概率。

表1 按堅固性系數劃分的煤層分類

松軟突出煤層廣泛分布于貴州、云南、重慶、湖南、安徽、河南等礦區，據不完全統計，重點礦區含松軟突出煤層的煤礦數量占總礦井數量的53.3％。但松軟突出煤層具有滲透性低、瓦斯壓力和瓦斯含量高、強度低的特點，因此松軟煤層鉆孔過程中往往發生卡鉆、移出鉆頭后孔壁往往嚴重變形縮頸甚至坍塌等鉆孔失效問題，很難保證鉆孔成功率，從而嚴重制約了松軟突出煤層的開發。

目前，一般采用將護孔篩管送入鉆孔的方式保護鉆孔，以減少鉆孔變形縮頸或坍塌的可能性，然而鉆孔中殘留的煤屑容易導致護孔篩管難以下放。例如，公開號為CN102587961A的專利介紹了一種松軟煤層瓦斯抽采孔的護孔管的送入工藝，解決了松軟煤層瓦斯抽采孔送入護孔管時遇到鉆孔殘留煤屑和局部塌孔難以下放的問題，但是該工藝是在成孔退鉆后實施，增加了工程量，耗時耗力；公開號為CN 103114810A的專利介紹了一種煤層鉆孔防塌孔隨鉆鉆進下套筒裝備及鉆孔工藝，該工藝起到了防止鉆孔塌孔且避免鉆孔報廢的作用，但是筒式鉆頭無法退出，在鉆孔結束后留在孔內，造成浪費，甚至有可能在采煤機回采切割煤體時相互摩擦而產生火花，存在極大的安全隱患。

為解決上述問題，本發明提出了一種松軟突出煤層防坍塌連續鉆進成孔裝備及工藝，能夠避免卡鉆、移出鉆頭后孔壁嚴重變形縮頸甚至坍塌等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種松軟突出煤層防坍塌連續鉆進成孔裝備及工藝，能夠避免卡鉆、移出鉆頭后孔壁嚴重變形縮頸甚至坍塌等問題，以實現煤層氣、瓦斯高效抽采，降低煤與瓦斯突出等瓦斯災害事故發生的概率和威脅，最終實現煤礦安全和煤層氣高效開采。

為了達到上述目的，本發明一方面提供了一種松軟突出煤層防坍塌連續鉆進成孔裝備，用于對松軟突出煤層進行鉆孔，其特征在于，所述裝備包括：可變徑鉆頭、篩管、推進單元以及驅動單元；其中，所述可變徑鉆頭通過所述推進單元與所述驅動單元連接，所述篩管包裹于所述推進單元的外表面，用于防止所述鉆孔產生嚴重變形或坍塌，所述驅動單元驅動所述推進單元作用于所述可變徑鉆頭，使其外徑大于所述篩管的外徑并牽引所述篩管直至其進入所述松軟突出煤層，并對所述松軟突出煤層進行沖擊鉆進直至一預定深度后再對所述可變徑鉆頭變徑，使其能夠縮回所述篩管內。