[发明专利]松软突出煤层防坍塌连续钻进成孔装备及工艺

说明书

本发明提出的松软突出煤层防坍塌连续钻进成孔装备及工艺，主要用于对松软突出煤层进行钻孔，装备包括：可变径钻头、筛管、推进单元以及驱动单元。钻孔施工工艺是采用可变径钻头对松软突出煤层进行冲击钻进，以不排渣钻进方式回避排渣问题，极大地减少了粉尘排放，改善了工作环境；设置有仿生结构的透气筛管由可变径钻头牵引并随钻护壁，大大减小了筛管与孔壁煤体之间的摩擦力，解决了筛管下放困难的问题，避免了孔壁坍塌，且能保证筛管具有优良的透气性能。所述的成孔装备及工艺的实施可有效防止钻孔坍塌，增加松软煤层钻进成孔率，减少钻孔的工作量，降低瓦斯灾害事故发生的概率和威胁，最终实现煤矿安全和煤层气高效开采。

技术领域

本发明涉及煤矿开采工程中瓦斯抽采和煤层气开发领域，尤其涉及一种松软突出煤层防坍塌连续钻进成孔装备及实现工艺。

背景技术

煤及煤层气是中国重要的化石能源矿产，而具有高瓦斯或煤与瓦斯突出倾向的煤层极易在施工作业时发生煤矿瓦斯灾害，特别是松软突出煤层的安全生产面临巨大挑战。如表1所示，针对坚固性系数f<0.8的松软煤层，渗透性和强度均较低，煤体稳定性差，瓦斯含量和瓦斯压力高。除了巷道极易发生顶板冒落和底膨破坏，给支护造成极大的困难，煤与瓦斯突出灾害事故防治也是困扰产业界的一大难题。因此，煤层气或瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害的重要安全技术措施，一般采用大量钻孔作业以便进行人工增渗施工，降低煤矿瓦斯灾害发生的概率。

表1 按坚固性系数划分的煤层分类

松软突出煤层广泛分布于贵州、云南、重庆、湖南、安徽、河南等矿区，据不完全统计，重点矿区含松软突出煤层的煤矿数量占总矿井数量的53.3％。但松软突出煤层具有渗透性低、瓦斯压力和瓦斯含量高、强度低的特点，因此松软煤层钻孔过程中往往发生卡钻、移出钻头后孔壁往往严重变形缩颈甚至坍塌等钻孔失效问题，很难保证钻孔成功率，从而严重制约了松软突出煤层的开发。

目前，一般采用将护孔筛管送入钻孔的方式保护钻孔，以减少钻孔变形缩颈或坍塌的可能性，然而钻孔中残留的煤屑容易导致护孔筛管难以下放。例如，公开号为CN102587961A的专利介绍了一种松软煤层瓦斯抽采孔的护孔管的送入工艺，解决了松软煤层瓦斯抽采孔送入护孔管时遇到钻孔残留煤屑和局部塌孔难以下放的问题，但是该工艺是在成孔退钻后实施，增加了工程量，耗时耗力；公开号为CN 103114810A的专利介绍了一种煤层钻孔防塌孔随钻钻进下套筒装备及钻孔工艺，该工艺起到了防止钻孔塌孔且避免钻孔报废的作用，但是筒式钻头无法退出，在钻孔结束后留在孔内，造成浪费，甚至有可能在采煤机回采切割煤体时相互摩擦而产生火花，存在极大的安全隐患。

为解决上述问题，本发明提出了一种松软突出煤层防坍塌连续钻进成孔装备及工艺，能够避免卡钻、移出钻头后孔壁严重变形缩颈甚至坍塌等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种松软突出煤层防坍塌连续钻进成孔装备及工艺，能够避免卡钻、移出钻头后孔壁严重变形缩颈甚至坍塌等问题，以实现煤层气、瓦斯高效抽采，降低煤与瓦斯突出等瓦斯灾害事故发生的概率和威胁，最终实现煤矿安全和煤层气高效开采。

为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种松软突出煤层防坍塌连续钻进成孔装备，用于对松软突出煤层进行钻孔，其特征在于，所述装备包括：可变径钻头、筛管、推进单元以及驱动单元；其中，所述可变径钻头通过所述推进单元与所述驱动单元连接，所述筛管包裹于所述推进单元的外表面，用于防止所述钻孔产生严重变形或坍塌，所述驱动单元驱动所述推进单元作用于所述可变径钻头，使其外径大于所述筛管的外径并牵引所述筛管直至其进入所述松软突出煤层，并对所述松软突出煤层进行冲击钻进直至一预定深度后再对所述可变径钻头变径，使其能够缩回所述筛管内。