[發明專利]逐級強化軟煤巖強度鉆進方法及鉆具

有效

• 申請號: 201810021051.0
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108316856B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 王永龍;馬耕;周福寶;孫玉寧;王振鋒;宋維賓
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B7/04;E21B17/05;E21B17/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.逐級強化軟煤巖強度鉆進方法，其特征在于：包括以下步驟：

①.在待施工地點取煤樣或巖樣，通過實驗室試驗確定煤巖堅固性系數f；測定施工地點煤層瓦斯壓力p；

②.根據施工地點煤巖堅固性系數f確定煤巖體強化級數N、分級強化長度L_n、分級強化比d_q-n；強化級數N為煤巖逐級強化鉆頭結構沿鉆孔軸向分段數量，每一段長度為分級強化長度L_n(n＝1，2，…，n)；分級強化比d_q-n(n＝1，2，…，n)為煤巖逐級強化鉆頭分級強化長度L_n最大直徑d_n(n＝1，2，…，n)與安裝在鉆桿前端的煤巖鉆頭直徑d的比值；當煤巖堅固性系數0＜f≤0.3時，煤巖體強化級數N為3～10級、強化長度L_n為5mm～150mm、分級強化比d_q-n設計為0.3～1；當煤巖堅固性系數0.3＜f≤0.5時，煤巖體強化級數N為2～8級、強化長度L_n為5mm～200mm、分級強化比d_q-n設計為0.3～0.8；當煤巖堅固性系數0.5＜f≤0.8時，煤巖體強化級數N為1～6級、強化長度L_n為10mm～500mm、分級強化比d_q-n設計為0.1～0.5；當煤巖堅固性系數0.8＜f≤1.2時，煤巖體強化級數N為1～4級、強化長度L_n為10mm～500mm、分級強化比d_q-n設計為0～0.3；

③.根據施工地點煤巖堅固性系數f確定煤巖鉆頭旋轉速度ν_c；當煤巖堅固性系數0＜f≤0.3時，煤巖鉆頭旋轉速度ν_c設計為120r/min～280r/min；當煤巖堅固性系數0.3＜f≤0.5時，煤巖鉆頭旋轉速度ν_c設計為100r/min～240r/min；當煤巖堅固性系數0.5＜f≤0.8時，煤巖鉆頭旋轉速度ν_c設計為70r/min～240r/min；當煤巖堅固性系數0.8＜f≤1.2時，煤巖鉆頭旋轉速度ν_c設計為60r/min～190r/min；

④.根據施工地點煤巖堅固性系數f、瓦斯壓力p確定鉆進速度ν_d；當煤巖堅固性系數0＜f≤0.3、瓦斯壓力p≥0.74MPa時，鉆進速度ν_d設計為0.2m/min～0.4m/min；當煤巖堅固性系數0＜f≤0.3、瓦斯壓力p<0.74MPa時，鉆進速度ν_d設計為0.2m/min～0.6m/min；當煤巖堅固性系數0.3＜f≤0.5、瓦斯壓力p≥0.74MPa時，鉆進速度ν_d設計為0.4m/min～0.6m/min；當煤巖堅固性系數0.3＜f≤0.5、瓦斯壓力p<0.74MPa時，鉆進速度ν_d設計為0.4m/min～0.8m/min；當煤巖堅固性系數0.5＜f≤0.8、瓦斯壓力p≥0.74MPa時，鉆進速度ν_d設計為0.6m/min～0.8m/min；當煤巖堅固性系數0.5＜f≤0.8、瓦斯壓力p<0.74MPa時，鉆進速度ν_d設計為0.6m/min～1m/min；當煤巖堅固性系數0.8＜f≤1.2、瓦斯壓力p≥0.74MPa時，鉆進速度ν_d設計為0.8m/min～1m/min；當煤巖堅固性系數0.8＜f≤1.2、瓦斯壓力p<0.74MPa時，鉆進速度ν_d設計為0.8m/min～1.2m/min；

⑤.空氣動力排渣時，根據施工地點煤巖堅固性系數f、瓦斯壓力p確定供風風量Q_a；當煤巖堅固性系數0＜f≤0.3、瓦斯壓力p≥0.74MPa時，供風風量Q_a設計為12m³/min～20m³/min，供風壓力為0.8MPa～1.5MPa；當煤巖堅固性系數0＜f≤0.3、瓦斯壓力p<0.74MPa時，供風風量Q_a設計為10m³/min～18m³/min，供風壓力為0.8MPa～1.4MPa；當煤巖堅固性系數0.3＜f≤0.5、瓦斯壓力p≥0.74MPa時，供風風量Q_a設計為10m³/min～18m³/min，供風壓力為0.8MPa～1.3MPa；當煤巖堅固性系數0.3＜f≤0.5、瓦斯壓力p<0.74MPa時，供風風量Q_a設計為8m³/min～16m³/min，供風壓力為0.7MPa～1.2MPa；當煤巖堅固性系數0.5＜f≤0.8、瓦斯壓力p≥0.74MPa時，供風風量Q_a設計為8m³/min～16m³/min，供風壓力為0.7MPa～1.1MPa；當煤巖堅固性系數0.5＜f≤0.8、瓦斯壓力p<0.74MPa時，供風風量Q_a設計為7m³/min～14m³/min，供風壓力為0.6MPa～1MPa；當煤巖堅固性系數0.8＜f≤1.2、瓦斯壓力p≥0.74MPa時，供風風量Q_a設計為6m³/min～14m³/min，供風壓力為0.6MPa～1MPa；當煤巖堅固性系數0.8＜f≤1.2、瓦斯壓力p<0.74MPa時，供風風量Q_a設計為5m³/min～12m³/min，供風壓力為0.6MPa～0.8MPa；

⑥.將鉆桿安裝在鉆機上，安裝逐級強化軟煤巖強度鉆具，調整好施工角度，啟動鉆機，增大鉆機給進力，將煤巖逐級強化鉆頭壓入煤巖體，當煤巖鉆頭接觸到煤巖壁時，煤巖鉆頭旋轉開始破煤巖鉆進，鉆進過程中，煤巖逐級強化鉆頭不旋轉或旋轉速度ν_q≤5r/min；

⑦根據施工地點煤巖層地質條件，確定鉆孔施工直徑、鉆孔之間間距、鉆孔距離頂底板距離、鉆孔傾角、方位角，并依據步驟①～⑥，評估施工地點煤巖堅固性系數f、瓦斯壓力p，基于煤巖堅固性系數f確定煤巖體強化級數N、分級強化長度L_n、分級強化比d_q-n、煤巖鉆頭旋轉速度ν_c，基于煤巖堅固性系數f、瓦斯壓力p確定鉆進速度ν_d、供風風量Q_a，并確定逐級強化軟煤巖強度鉆具的結構設計形式。