專利名稱：長鉆孔定位施工工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤礦鉆機施工技術，具體為一種長鉆孔定位施工工藝。
背景技術：
瓦斯抽放是煤礦安全生產的一個重要保障措施，在煤礦采煤作過程中，經常要利 用到千米鉆機對目標區域進行打鉆孔。施工工藝一般為設計鉆孔，開孔，鉆進。利用千米鉆 機進行長鉆孔定位鉆進與傳統的旋轉鉆進方式完全不同，其工作原理見圖1所示高壓水 通過鉆桿輸送至孔底馬達，孔底馬達的轉子在高壓水的作用下通過U型接頭、前端軸承帶 動鉆頭旋轉，在鉆進過程中，鉆桿不作旋轉運動，這樣便有效地減小了鉆機負載。鉆機通過 鉆桿和孔底馬達將推力傳送至鉆頭，其方向沿著彎接頭軸線方向，彎接頭和鉆桿之間有一 定夾角而不是成一條直線通常為(0.75°、1°、1.25°、1.5°、2° )，因而，鉆孔的軌跡將不 再是一條直線而是一條偏向彎接頭方向的空間曲線。《礦業安全與環保》2009年8月記載了“VLD深孔定向千米鉆機在大寧礦井的實施 工藝及應用” 一文。介紹了如何使用千米鉆機實施鉆孔抽放的基本技術方案。任何一種鉆 進技術都有其地質條件要求，深孔定向鉆進要求開孔傾角一般在-5° (下行孔)至10°之 間，由于下行孔排渣困難，因此當鉆孔深度要求在300m以上時應避免施工下行孔。鉆進過 程中應無較強的垮孔現象，同時，鉆孔區域內應無較強的磁性區域和強烈的破碎帶。受煤層 條件影響，某些區域使用千米鉆機施工模塊抽放鉆孔過程中，存在打不成孔和無法實現安 全施工的問題。當鉆孔軌跡布置在構造煤內時，由于排渣介質(水)高密度(相對于風來說)、 高壓力(6、MPa)的特點，造成對孔壁的破壞，導致塌孔、壓鉆。從而影響鉆進速度。

發明內容
本發明為了解決在復雜煤層條件下，采用水排渣的千米鉆機如何安全地打成鉆 孔，從而實現遞進式模塊抽放替代掘進巷道密集孔抽放，并保證安全施工，降低成本的技術 問題而提供了一種長鉆孔定位施工工藝。本發明是由以下技術方案實現的，一種長鉆孔定位施工工藝，步驟為(1)移機定 位，(2)開孔注漿，(3)鉆進，(4)聯孔抽放；
移機定位，鉆機開孔高度控制在1. 3^1. 8m之間，鉆機固定后要保證孔口順直。開孔注漿，在開孔前用石膏封住封孔管的底端，封孔管內的注漿管要露出IOmm的 長度，封堵長度為150mm，將Φ 20mm注漿管用膠布纏在封孔管上，纏繞間距為50cm，使用鉆 桿和擴孔鉆頭開孔，鉆進至5. 3m處停止鉆進；反復洗孔將孔內煤渣沖盡；將一端已經用石 膏封閉的封孔管下入鉆孔內，孔外端超出煤壁20cm，用石膏對封孔管與煤壁間隙進行封閉， 其封閉深度不小于40cm，要求封嚴填實，孔口周圍煤壁應用石膏滿敷，孔口封堵后靜待石膏 凝固后才能進行注漿操作；注漿將注漿管接上封孔泵進行注漿操作。(開孔段為上行孔時，孔口為注漿管，孔底為排氣管。開孔段為下行孔時，孔口為排氣管，孔底為注漿管。)注漿完 成后封孔，封孔完畢后應靜置使水泥漿凝固后才能進行打鉆；安裝孔口設施封孔后進行 孔口安全設施的安裝，校正彎頭方向，加接鉆桿直到孔底馬達、孔底工具以及銅鉆桿全部進 入孔內。鉆進，接續鉆桿，開分支，分支點的選擇開分支點應選擇在方位角與分支目標方 位角偏差較小的區段，同時應保證DGS (鉆機導向系統)處于可打層位內，不得在軟煤塌孔段 開分支。軌跡控制，實鉆軌跡傾角、方位角控制在每:3m變化1.5°以內，鉆孔軌跡要平滑。 退鉆，退鉆時要使用前后推拉旋轉反復洗孔法。其操作順序為退鉆lm，洗孔至返水變清； 觀察返水壓力和液壓泵油壓力正常后開始退鉆；鉆桿在退至分支點、軌跡變化較大區段前 要先進行洗孔，正常后再進行退鉆。聯孔抽放定向鉆孔必須使用雙抽系統。邊打邊抽，施工時，必須保證孔口處于負 壓狀態。當鉆孔施工結束后，應洗孔至返水變清，再進行連孔抽放，以確保退鉆順利和抽放 通道暢通。2009年以前，1臺千米鉆機施工，年進尺總計為14M;3m;2009年以來，4臺千米鉆 機施工，按照本發明所述工藝操作，截止到11月30日，千米鉆機進尺累計為95018m，施工進 度較以往有較大的提高。


圖1為長鉆孔定位鉆進原理圖 圖2為退鉆桿時鉆桿的受力分析 圖3為第一種雙抽系統聯接示意圖 圖4為第二種雙抽系統聯接示意圖 圖5為第三種雙抽系統聯接示意圖
圖中1-水、2-鉆孔、3-鉆桿部分、4-后接頭、5-定子轉子、6-彎接頭、7前端軸承、8-鉆 頭、9-孔內馬達部分、10-匯流管、11-瓦斯抽管、12-瓦斯抽管、13-正施工鉆孔、14-汽水分 離器、15-鉆孔、16-瓦斯抽放管、17-汽水分離器。
具體實施例方式具體實施例、本集團成莊礦從2005年底引進VLD-1000型定向鉆機，施工400 600m長鉆孔，主要用于掘進巷道超前抽放鉆孔和采面遞進式模塊抽放鉆孔的施工。2008年 前，成莊礦主要使用1臺VLD-1000型澳大利亞千米鉆機在四盤區施工，受煤層條件、施工工 藝等影響，鉆孔施工困難，壓鉆事故多發。截止2008年底，成莊礦共發生掉鉆事故8起，嚴 重制約千米鉆機在成莊礦的使用。本發明所說的孔內事故主要指由各種原因造成的鉆具無法提鉆或鉆具折斷、扭斷 掉入孔內的事故，只討論因煤層條件變化、軌跡控制不當、操作不當造成的孔內事故，不包 括設備故障等導致的事故。孔內事故主要有壓鉆和掉鉆兩類，壓鉆指鉆機無法提出孔內鉆 具，掉鉆指部分鉆具掉入孔內。一、VLD —1000型定向鉆機孔內事故的分析 (I)VLD-1000型鉆機空載過程中水流動能量平衡的分析VLD鉆機定向鉆進是采用水力排渣的一種鉆孔施工工藝。其工作原理為利用水泵將 靜壓水加壓后，通過鉆桿內側供水通道送達孔底，驅動孔底螺桿馬達轉動，為鉆頭轉動切削 煤巖提供動力，然后沿鉆桿外壁與孔壁的間隙返回至孔口并將鉆屑排出孔外。根據不可壓縮流體的能量方程對鉆進空載時水流動過程進行能量分析水流在鉆 桿內或鉆桿與孔壁間的間隙流動，設1、2斷面的參數分別為水流的絕對靜壓P1I2 (1 );水 流的平均流速Vp v2 (m/s);水流的密度ρ (kg/m3)；距基準面的高程21、三2 (m)。Ikg水由1斷面流至2斷面的過程中，克服流動阻力消耗的能量為Lk (J/kg)，假 設1 — 2斷面間無其他動力源。當水流在鉆桿和鉆桿與孔壁間的間隙做穩定流動時，根據 能量守恒及轉換定律可得Im3水流能量方程為
權利要求
1. 一種長鉆孔定位施工工藝，其特征在于步驟包括(1)移機定位，(2)開孔注漿，(3) 鉆進，(4)聯孔抽放；移機定位，鉆機開孔高度控制在1. 3^1. 8m之間，鉆機固定后要保證孔口順直； 開孔注漿，在開孔前用石膏封住封孔管的底端，封孔管內的注漿管要露出IOmm的長 度，封堵長度為150mm，將Φ 20mm注漿管用膠布纏在封孔管上，纏繞間距為50cm，使用鉆桿 和擴孔鉆頭開孔，鉆進至5. 3m處停止鉆進；反復洗孔將孔內煤渣沖盡；將一端已經用石膏 封閉的封孔管下入鉆孔內，孔外端超出煤壁20cm，用石膏對封孔管與煤壁間隙進行封閉，其 封閉深度不小于40cm，要求封嚴填實，孔口周圍煤壁應用石膏滿敷，孔口封堵后靜待石膏凝 固后才能進行注漿操作；注漿將注漿管接上封孔泵進行注漿操作，注漿完成后封孔，封孔 完畢后應靜置使水泥漿凝固后才能進行打鉆；安裝孔口設施封孔后進行孔口安全設施的 安裝，校正彎頭方向，加接鉆桿直到孔底馬達、孔底工具以及銅鉆桿全部進入孔內；鉆進，接續鉆桿，開分支；軌跡控制，鉆軌跡傾角、方位角控制在每:3m變化1.5°以內， 鉆孔軌跡要平滑；退鉆，退鉆時要使用前后推拉旋轉反復洗孔法；其操作順序為退鉆lm，洗孔至返水變 清；觀察返水壓力和液壓泵油壓力正常后開始退鉆；鉆桿在退至分支點、軌跡變化較大區 段前要先進行洗孔，正常后再進行退鉆；聯孔抽放定向鉆孔使用雙抽系統，邊打邊抽，施工時，必須保證孔口處于負壓狀態。
全文摘要
本發明涉及一種煤礦鉆機施工技術，具體為一種長鉆孔定位施工工藝。解決在復雜煤層條件下，采用水排渣的千米鉆機如何安全地打成鉆孔，從而實現遞進式模塊抽放替代掘進巷道密集孔抽放，并保證安全施工，降低成本的技術問題。一種長鉆孔定位施工工藝，步驟為(1)移機定位，(2)開孔注漿，(3)鉆進，(4)聯孔抽放。2009年以前，1臺千米鉆機施工，年進尺總計為14243m；2009年以來，4臺千米鉆機施工，按照本發明所述工藝操作，截止到11月30日，千米鉆機進尺累計為95018m，施工進度較以往有較大的提高。
文檔編號E21B21/00GK102061933SQ20101058452
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月13日 優先權日2010年12月13日
發明者侯鵬鵬, 呂軍峰, 姚盼盼, 張雪雷, 曹明會, 楊永立, 程偉, 裴育坤, 郭凱, 魏志軍 申請人:山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司