一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构

专利摘要:
本实用新型属于井下瓦斯抽采钻孔支护技术领域，具体涉及一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构；为了解决在碎软煤帮高应力区钻进难、钻孔封孔后封闭不严的抽采难题，具体包括在钻孔的孔口处设置有PE护孔管，PE护孔管的中心穿有瓦斯抽采管，瓦斯抽采管与PE护孔管的管隙内从孔口起依次设置有石膏封固体、二次注浆段、囊袋、一次注浆段；以钻孔为圆心的虚拟圆上均布有注浆孔。该技术利用大直径护孔管穿过煤帮内高应力集中区，同时采用钻孔周边注浆技术来进一步封堵破碎段的裂隙。结果表明：该技术既可提高钻孔的成孔率，又能确保封孔段的严密性，从而极大的提高了钻孔单孔的抽采量，延长了钻孔的有效抽采时间，实现了瓦斯的连续抽采。
公开号:CN214330515U
申请号:CN202022880328.0U
申请日:2020-12-04
公开日:2021-10-01
发明作者:杨鑫；辛宪耀；冯建文；姚富强；栗海涛；许键
申请人:Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group Co Ltd；
IPC主号:E21B7-00

专利说明:
[n0001] 本实用新型属于井下瓦斯抽采钻孔支护技术领域，具体涉及一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构。
[n0002] 传统的本煤层钻孔钻进是在煤帮直接开孔，在封孔时采用“两堵一注”的封孔方式，该套流程适用于煤帮较硬，煤体裂隙发育少的地质条件。但随着矿井开采深度的增加，地应力增加的趋势十分明显，地应力的增加导致了巷道的变形量突增，在采用双巷掘进方式的顺槽成型后，当其中一条巷道随着工作面推进逐渐垮落后，其相邻巷道地应力显现特别明显，巷道煤帮外鼓可达0.5米~1.5米，顶底板移进量可达1米~2.5米。在碎软煤帮采用之前的钻进、封孔方式，钻孔的成孔率极低，不高于5％，且钻孔封孔不严密导致抽采效果差，单孔抽采量仅为6.7m³/d。传统的技术工艺已经不能满足复杂地质条件下的瓦斯抽采工作，为解决受过严重地应力影响巷道内的钻孔施工过程中出现的塌孔、卡钻等严重的钻进问题，所以对钻孔钻进护孔、封孔等工艺进行了改进。
[n0003] 本实用新型的目的在于提供一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构，以解决上述背景技术中提出在碎软煤帮高应力区钻进难、钻孔封孔后封闭不严的抽采难题。
[n0004] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构，包括在钻孔的孔口处设置有PE护孔管，PE护孔管的中心穿有瓦斯抽采管，瓦斯抽采管与PE护孔管的管隙内从孔口起依次设置有石膏封固体、二次注浆段、囊袋、一次注浆段；以钻孔为圆心的虚拟圆上均布有注浆孔。
[n0005] 进一步地，所述钻孔的孔身结构包括孔径φ153mm、孔深30m的一开钻孔，孔径φ113mm、至终孔的二开钻孔。
[n0006] 进一步地，所述注浆孔布置在距一开钻孔的孔壁500mm的虚拟圆上，共4个，深度为30m，孔径为φ25mm。
[n0007] 进一步地，所述PE护孔管的管径为φ150mm、管长为30m。
[n0008] 进一步地，所述一次注浆段的长度为10m，石膏封固体、二次注浆段、囊袋设置在钻孔孔口以里9m范围内。
[n0009] 与现有技术相比，本实用新型的优势在于：
[n0010] 本实用新型的一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构，充分利用大直径护孔管穿过煤帮内高应力集中区，同时采用钻孔周边注浆技术来进一步封堵破碎段的裂隙。结果表明：该技术既可提高钻孔的成孔率，又能确保封孔段的严密性，从而极大的提高了钻孔单孔的抽采量，延长了钻孔的有效抽采时间，实现了瓦斯的连续抽采。
[n0011] 图1为本实用新型的结构示意图。
[n0012] 图2为本实用新型的注浆孔位置示意图。
[n0013] 图中：1-瓦斯抽采管；2-PE护孔管；3-囊袋；4-一次注浆段；5-二次注浆段；6-石膏封固体；7-注浆孔；8-二次返浆管；9-一次返浆管；10-一次注浆管；11-二次注浆管；12-一开钻孔；13-二开钻孔。
[n0014] 以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[n0015] 请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[n0016] 本实用新型提供一种技术方案：一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构，包括在钻孔的孔口处设置有PE护孔管2，PE护孔管2的中心穿有瓦斯抽采管1，瓦斯抽采管1与PE护孔管2的管隙内从孔口起依次设置有石膏封固体6、二次注浆段5、囊袋3、一次注浆段4；以钻孔为圆心的虚拟圆上均布有注浆孔7。
[n0017] 钻孔的孔身结构包括孔径φ153mm、孔深30m的一开钻孔12，孔径φ113mm、至终孔的二开钻孔13。
[n0018] 注浆孔7布置在距一开钻孔12的孔壁500mm的虚拟圆上，共4个，深度为30m，孔径为φ25mm。
[n0019] PE护孔管2的管径为φ150mm、管长为30m。
[n0020] 一次注浆段4的长度为10m，石膏封固体6、二次注浆段5、囊袋3设置在钻孔孔口以里9m范围内。
[n0021] 该孔体结构解决钻孔在碎软煤帮高应力区钻进难、钻孔封孔后封闭不严的抽采难题，所以采用了高应力区大孔径（φ150mmPE）实管优先进行护孔，确保钻孔可以正常穿过30米内的煤体破碎区，待钻孔施工完毕正常封孔后，在钻孔周边500mm范围内均匀布置4个注浆孔7，对30米的钻进范围进行注浆封闭，提高抽采效果。
[n0022] 工艺流程为：施工准备→移机定位→剪网→开孔→扩孔（φ153mm）→下护孔管(φ150mmPE)→安装孔口装置→钻孔施工→冲（洗）孔、退钻→预封孔→孔内注浆封孔→孔外注浆封闭→联孔→补网、挂牌→交班
[n0023] 实施方式
[n0024] 1、钻孔扩孔护孔钻进工艺
[n0025] 在煤帮变形严重的巷道内选用ZDY-10000型全液压钻机，在巷帮开口后，采用φ153mm钻头压风排渣钻进，钻进至30米后，退钻杆塞入φ150mmPE管，随后安装防喷孔装置，采用φ113mm钻头正常钻进。
[n0026] 期间，对采用护孔管和不采用护孔管钻进的方式进行了试验对比，钻机效率见下表1：
[n0027] 表1：是否采用护孔管钻进的方式试验对比；
[n0028]
[n0029] 效果分析：通过比较发现，在钻孔破碎区经过护孔后，破碎区钻进效率提高了，施工时间减少了一半，且钻进过程中当班的塌孔次数减少了70％，钻孔的平均钻进深度提高了1倍，每班钻机效率提高了2倍，这极大的提高了施工进度，延长了抽采时间。
[n0030] 同时，对护孔管深度也进行了试验，钻孔孔深均为120米，通过20米、25米、30米、35米分别护孔，各钻孔的抽采情况比较见表2：
[n0031] 表2：护孔管深度对钻孔的影响；
[n0032]
[n0033] 效果分析：通过比较发现，当护孔深度为30米时，钻进效率最高，为每班65米，同时，钻进过程中塌孔次数最少，抽采效果也适当。
[n0034] 2、钻孔周边注浆封闭
[n0035] 在钻孔孔壁内正常完成封孔后，对孔壁500mm范围内30米钻孔段进行二次封闭，采用4个环形的注浆孔，孔壁直径为φ25mm，随后采用注浆管（φ20mm）对该区域分段带压注浆，其中注浆压力不少于1.5MPa ，从里往外注浆结束后，对钻孔进行联孔进行抽采。
[n0036] 在钻孔布置位置、抽采参数等一定的情况下，考察注浆与非注浆钻孔的单孔抽采浓度和抽采混量，抽采情况见下表3：
[n0037] 表3：注浆对钻孔的影响；
[n0038]
[n0039] 效果分析：通过比较分析，采用煤壁二次注浆封闭后，钻孔的抽采浓度提升明显，抽采混量有提高但不明显，但钻孔的抽采纯量随着浓度的提高大幅提升。通过对裂隙的注浆封闭，保证了钻孔的高流量联系抽采，提高了抽采效率。
[n0040] 上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

权利要求:
Claims (5)
[0001] 1.一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构，其特征在于：在钻孔的孔口处设置有PE护孔管（2），PE护孔管（2）的中心穿有瓦斯抽采管（1），瓦斯抽采管（1）与PE护孔管（2）的管隙内从孔口起依次设置有石膏封固体（6）、二次注浆段（5）、囊袋（3）、一次注浆段（4）；以钻孔为圆心的虚拟圆上均布有注浆孔（7）。
[0002] 2.根据权利要求1所述的一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构，其特征在于：所述钻孔的孔身结构包括孔径φ153mm、孔深30m的一开钻孔（12），孔径φ113mm、至终孔的二开钻孔（13）。
[0003] 3.根据权利要求2所述的一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构，其特征在于：所述注浆孔（7）布置在距一开钻孔（12）的孔壁500mm的虚拟圆上，共4个，深度为30m，孔径为φ25mm。
[0004] 4.根据权利要求2所述的一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构，其特征在于：所述PE护孔管（2）的管径为φ150mm、管长为30m。
[0005] 5.根据权利要求3所述的一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构，其特征在于：所述一次注浆段（4）的长度为10m，石膏封固体（6）、二次注浆段（5）、囊袋（3）设置在钻孔孔口以里9m范围内。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202022880328.0U|CN214330515U|2020-12-04|2020-12-04|一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构|CN202022880328.0U| CN214330515U|2020-12-04|2020-12-04|一种碎软煤帮钻孔成孔、护孔结构|