[发明专利]强化软煤岩强度钻进方法及钻具

摘要

本发明公开了一种强化软煤岩强度钻进方法及钻具，根据煤层地质条件，依据强化软煤岩强度钻进方法，评估施工地点煤岩坚固性系数f，确定钻孔强化比d_q、煤岩钻头旋转速度ν_c、钻进速度ν_d、供风风量Q_a，并确定强化软煤岩强度钻具的结构设计形式。强化软煤岩强度钻具，包括煤岩强化钻头、旋转密封接头、煤岩钻头、钻杆。本发明针对软煤岩钻进困难工程难题，综合考虑煤岩层地质条件，发明了强化软煤岩强度钻进方法及钻具，应用强化软煤岩强度钻具施工钻孔，通过钻头结构的创新，在钻进过程中提高软弱煤岩体的强度，有利于改善钻孔的稳定性，实现软煤岩“先强化‑后钻进”的同步钻进工艺体系，有利于提高软煤岩钻孔深度和钻进效率。

主权项

1.强化软煤岩强度钻进方法，其特征在于：包括以下步骤：①.在待施工地点取煤样或岩样，通过实验室试验确定煤岩坚固性系数f；②.根据施工地点煤岩坚固性系数f确定钻孔强化比d_q；钻孔强化比d_q为安装在煤岩钻头前端的煤岩强化钻头最大旋转直径d₁与安装在钻杆前端的煤岩钻头最大旋转直径d₂的比值；当煤岩坚固性系数0＜f≤0.3时，钻孔强化比d_q设计为0.5～1；当煤岩坚固性系数0.3＜f≤0.5时，钻孔强化比d_q设计为0.3～0.8；当煤岩坚固性系数0.5＜f≤0.8时，钻孔强化比d_q设计为0～0.5；当煤岩坚固性系数0.8＜f≤1.2时，钻孔强化比d_q设计为0～0.3；③.根据施工地点煤岩坚固性系数f确定煤岩钻头旋转速度ν_c；当煤岩坚固性系数0＜f≤0.3时，煤岩钻头旋转速度ν_c设计为120r/min～360r/min；当煤岩坚固性系数0.3＜f≤0.5时，煤岩钻头旋转速度ν_c设计为100r/min～280r/min；当煤岩坚固性系数0.5＜f≤0.8时，煤岩钻头旋转速度ν_c设计为70r/min～240r/min；当煤岩坚固性系数0.8＜f≤1.2时，煤岩钻头旋转速度ν_c设计为60r/min～190r/min；④.根据施工地点煤岩坚固性系数f确定钻进速度ν_d；当煤岩坚固性系数0＜f≤0.3时，钻进速度ν_d设计为0.2m/min～0.4m/min；当煤岩坚固性系数0.3＜f≤0.5时，钻进速度ν_d设计为0.4m/min～0.6m/min；当煤岩坚固性系数0.5＜f≤0.8时，钻进速度ν_d设计为0.6m/min～0.8m/min；当煤岩坚固性系数0.8＜f≤1.2时，钻进速度ν_d设计为0.8m/min～1m/min；⑤.空气动力排渣时，根据施工地点煤岩坚固性系数f确定供风风量Q_a；当煤岩坚固性系数0＜f≤0.3时，供风风量Q_a设计为8m³/min～18m³/min，供风压力为0.7MPa～1.5MPa；当煤岩坚固性系数0.3＜f≤0.5时，供风风量Q_a设计为7m³/min～16m³/min，供风压力为0.6MPa～1.2MPa；当煤岩坚固性系数0.5＜f≤0.8时，供风风量Q_a设计为6m³/min～14m³/min，供风压力为0.5MPa～1MPa；当煤岩坚固性系数0.8＜f≤1.2时，供风风量Q_a设计为5m³/min～12m³/min，供风压力为0.5MPa～0.8MPa；⑥.将钻杆安装在钻机上，安装强化软煤岩强度钻具，调整好施工角度，启动钻机，增大钻机给进力，将煤岩强化钻头压入煤岩体，当煤岩钻头接触到煤岩壁时，煤岩钻头旋转开始破煤岩钻进，钻进过程中，煤岩强化钻头不旋转或旋转速度ν_q≤5r/min；⑦根据施工地点煤岩层地质条件，确定钻孔施工直径、钻孔之间间距、钻孔距离顶底板距离、钻孔倾角、方位角，并依据步骤①～⑥，评估施工地点煤岩坚固性系数f，基于煤岩坚固性系数f确定钻孔强化比d_q、煤岩钻头旋转速度ν_c、钻进速度ν_d、供风风量Q_a，并确定强化软煤岩强度钻具的结构设计形式。