本發(fā)明涉及煤礦井下防治水排水孔施工的技術(shù)領域，尤其涉及一種煤礦井下巷道精準對穿排水孔施工方法。

背景技術(shù)：

隨著煤礦開采深度的逐步加深和開采范圍的進一步擴大，煤礦井下地質(zhì)條件復雜多變，在受水害威脅的工作面回采前往往需掘進一條專用排水巷道，以防止回采過程中出現(xiàn)涌水淹井等危險情況。然而，長距離專用導水巷道掘進過程耗時時間長、成本高昂、施工效率低。

為此，本發(fā)明的設計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關專業(yè)的經(jīng)驗和成果，研究設計出一種煤礦井下巷道精準對穿排水孔施工方法，用以替代專用排水巷道掘進施工，達到“以孔代巷”目的，可以順利解決工作面回采過程中排水問題，大大降低煤礦水害治理成本，節(jié)省水害治理周期，提高施工效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦井下巷道精準對穿排水孔施工方法，連通出水巷道和排水巷道，并采用反向回拖式擴孔工藝多級擴孔，通過回拖式全程下套管護壁，達到有效排水目的，用于替代專用排水巷道掘進，以解決巷道掘進費用高、周期長、污染大問題。

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種煤礦井下巷道精準對穿排水孔施工方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：開孔預備，確定開孔傾角及方位角；

步驟二：開孔，通過鉆頭及鉆桿按開孔傾角及方位角進行一定深度的鉆進；

步驟三：精準對穿鉆孔，采用定向鉆具組合進行定向鉆進，在定向鉆進中實時計算實鉆軌跡與設計軌跡偏差，并根據(jù)偏差進行鉆進的實時調(diào)整，從而精準鉆進對穿出水巷道，實現(xiàn)出水巷道和排水巷道連通；

步驟四：反向回拖式擴孔，卸下定向鉆具組合更換反向回拖式擴孔鉆頭，進行反向回拖切削擴孔；

步驟五：回拖式全程下套管施工，在對穿巷道通過變徑連接鉆桿及護壁套管，采用回拖式全程下入大口徑套管，以減少摩阻，保障套管順利下入；

步驟六：注漿封孔，套管下完后，安裝孔口管及封孔裝置，通過注漿泵在套管和孔壁環(huán)空間隙注入水泥漿，等候水泥漿凝加固后，在兩邊孔口管加裝花管。

其中：步驟二中，通過鉆機回轉(zhuǎn)開孔鉆進的深度為9～12m。

其中：步驟三中，所述定向鉆具組合包含隨鉆測量系統(tǒng)、造斜鉆具及鉆頭，隨鉆測量系統(tǒng)中探管的三軸加速度傳感器按三軸正交模式布置，以重力加速度方向做為參考，通過加速度傳感器差值計算工具軸線與參考之間夾角，夾角值減去90°即為傾角，磁傳感器按三軸正交模式布置，以地球磁北方向做為參考，通過磁傳感器空間不同方向差值計算出工具軸線與參考的地球磁北方向之間夾角，將測量數(shù)據(jù)結(jié)合孔深、傾角、方位角的三要素通過三角函數(shù)精確計算各個測量點空間位置，從而可得到實鉆軌跡。

其中：利用均角全距法計算出實鉆軌跡，即將相鄰兩測點間的鉆孔軸線看作為直線，該直線的傾角、方位角分別為前、后兩測點的傾角、方位角的平均值，整個鉆孔軸線設為直線與直線連接的折線，在短距離上為以弦代弧，從而通過對應傾角{θ1，θ2…θi}、方位角{α1，α2…αi}、測深{l1，l2…li}可分別計算出鉆孔任意測量點空間位置：

視平移

左右位移

垂深

其中：在測量時將測量間距設為3m一測。

其中：在實時調(diào)整中，當鉆軌跡與設計軌跡的偏差大于0.5m時，采用滑動定向鉆進，根據(jù)偏差方向通過調(diào)整工具面連續(xù)造斜鉆進，快速逼近設計軌跡；當偏差小于0.5m時，左右對稱調(diào)整工具面，采用回轉(zhuǎn)復合/滑動定向交替穩(wěn)斜鉆進，慢速趨近設計軌跡，從而能達到精準鉆進對穿出水巷道的目的。

其中：步驟四中，通過多級擴孔實現(xiàn)最終成孔。

通過上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明的煤礦井下巷道精準對穿排水孔施工方法具有如下效果：

1、利用精準對穿鉆孔施工技術(shù)，鉆進施工過程中可精準控制鉆孔軌跡，以保證鉆孔在出水巷道精準對穿。

2、采用反向回拖式多級擴孔施工，可以有效達到減小摩阻、便于排渣、不易塌孔目的，多級擴孔可以保證大口徑套管順利下入，同時可以有效減少起下鉆次數(shù)，降低勞動強度。

3、擴孔后采用回拖式全程下大口徑套管護壁技術(shù)，減少了起下鉆次數(shù)，減少下套管過程摩阻，保證全程套管順利下入，大口徑套管可以有效增加排水量。

4、采用孔口“l(fā)”型花管，上端密封，環(huán)壁密布細小排水孔，可避免排水孔堵塞，保證排水效果。

5、通過施工煤礦井下巷道精準對穿排水孔，可有效替代專用排水巷道，達到“以孔代巷”目的，可順利解決巷道掘進費用高、周期長、污染大問題，降低煤礦災害治理成本及周期。

本發(fā)明的詳細內(nèi)容可通過后述的說明及所附圖而得到。

附圖說明

圖1為本發(fā)明煤礦井下精準對穿排水鉆孔示意圖；

圖2為本發(fā)明反向回拖式擴孔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明回拖式下套管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明孔口“l(fā)”型花管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明傾角、方位測量原理示意圖。

1-隨鉆測量系統(tǒng)；2-造斜鉆具；3-鉆頭；4-普通外平鉆桿；5-反向回拖式擴孔鉆頭；6-變徑連接鉆桿；7-護壁鋼套管；8-花管；9-加速度傳感器；10-磁傳感器；11-重力加速度方向；12-地磁北方向。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式作進一步描述，以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

參見圖1至圖5，顯示了本發(fā)明的煤礦井下巷道精準對穿排水孔施工方法。

所述煤礦井下巷道精準對穿排水孔施工方法包括如下步驟：

步驟一：開孔預備，確定開孔傾角及方位角，其中，可根據(jù)工作面排水要求、地質(zhì)資料及精準對穿鉆孔布孔要求進行鉆孔施工設計，以確定開孔傾角及方位角。

步驟二：開孔，通過鉆頭及鉆桿按開孔傾角及方位角進行一定深度的鉆進，其中，通過鉆機回轉(zhuǎn)開孔鉆進的深度為9～12m。

步驟三：精準對穿鉆孔，采用定向鉆具組合進行定向鉆進，其中，所述定向鉆具組合可包含隨鉆測量系統(tǒng)1、造斜鉆具2及鉆頭3，在定向鉆進中實時計算實鉆軌跡與設計軌跡偏差，并根據(jù)偏差進行鉆進的實時調(diào)整，從而精準鉆進對穿出水巷道，實現(xiàn)出水巷道和排水巷道連通，

其中鉆進時可通過隨鉆測量系統(tǒng)測量和計算實鉆軌跡與設計軌跡偏差，參見圖5，隨鉆測量系統(tǒng)中探管的三軸加速度傳感器9按三軸正交模式布置，以重力加速度方向11做為參考，通過加速度傳感器差值計算工具軸線z與參考之間夾角，夾角值減去90°即為傾角，磁傳感器10按三軸正交模式布置，以地球磁北方向12做為參考，通過磁傳感器空間不同方向差值計算出工具軸線z與參考的地球磁北方向12之間夾角(該夾角即為鉆孔方位角)，將測量數(shù)據(jù)編碼、封裝、發(fā)送至孔口計算機解碼計算，結(jié)合孔深、傾角、方位角的三要素通過三角函數(shù)精確計算各個測量點空間位置，從而可得到實鉆軌跡。

優(yōu)選的是，可利用均角全距法計算出實鉆軌跡，該具體的均角全距法如下，將相鄰兩測點間的鉆孔軸線看作為直線，該直線的傾角、方位角分別為前、后兩測點的傾角、方位角的平均值，整個鉆孔軸線設為直線與直線連接的折線，在短距離上為以弦代弧，從而通過對應傾角{θ1，θ2…θi}、方位角{α1，α2…αi}、測深{l1，l2…li}可分別計算出鉆孔任意測量點：

視平移

左右位移

垂深

對比預先導入的設計軌跡即可計算出兩者偏差。

其中，在測量時通過加密測量點來提高測量精度，可將測量間距由6m一測改為3m一測；在鉆進過程調(diào)整工具面時考慮地層硬度及重力等影響因素，地層較硬時，考慮鉆具自重較重，調(diào)整工具面應比正常值小10°～15°(工具面處于180°至360°時比正常值大10°～15°)，地層較軟時，鉆具降斜加快，調(diào)整工具面應比正常值小15°～20°(工具面處于180°至360°時比正常值大15°～20°)，以克服重力因素影響。

在實時調(diào)整中，當鉆軌跡與設計軌跡的偏差大于0.5m時，采用滑動定向鉆進，根據(jù)偏差方向通過調(diào)整工具面連續(xù)造斜鉆進，快速逼近設計軌跡；當偏差小于0.5m時，左右對稱調(diào)整工具面，采用回轉(zhuǎn)復合/滑動定向交替穩(wěn)斜鉆進，慢速趨近設計軌跡，從而能達到精準鉆進對穿出水巷道的目的。

步驟四：反向回拖式擴孔，其中，在透孔后不提鉆，卸下定向鉆具組合更換反向回拖式擴孔鉆頭5，通過鉆機及鉆桿4提供回拖及回轉(zhuǎn)動力，反向回拖切削擴孔，其中，可通過多級擴孔實現(xiàn)最終成孔，反向回拖式擴孔施工結(jié)構(gòu)示意圖如2所示，采用這種反向回拖式擴孔，以達到減小摩阻、便于排渣、不易塌孔目的。

步驟五：回拖式全程下大口徑套管，擴孔后在對穿巷道通過變徑連接鉆桿6及護壁套管7，通過排水巷道鉆機起拔提鉆的過程(回拖方式)從出水巷道將鋼套管順利全程下入，采用回拖式全程下入大口徑套管可以有效減少摩阻，保障套管順利下入。回拖式下套管結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

步驟六：注漿封孔，套管下完后，安裝孔口管及封孔裝置，通過注漿泵在套管和孔壁環(huán)空間隙注入水泥漿，等候水泥漿凝加固后，在兩邊孔口管加裝花管8，可如圖4所示。

優(yōu)選的是，所述反向回拖式擴孔鉆頭布置多級反向切削齒，精準對穿鉆孔施工完成后不提鉆卸下定向鉆具組合，在對穿巷道連接反向回拖式擴孔鉆頭，通過鉆機提供動力，采用反向回拖式切削擴孔。

優(yōu)選的是，所述花管采用頂端密封，環(huán)壁密閉設置細小排水孔，達到排水及防堵效果。

由此，本發(fā)明利用精準對穿鉆孔施工技術(shù)可以有效保證鉆孔在排水巷道精準對穿，反向回拖式擴孔工藝、回拖式下套管施工工藝可以有效保證大口徑套管全程下入，封孔安裝花管技術(shù)方法可有效保證對穿鉆孔排水效果。從而達到有效替代專用排水巷道掘進施工，大大降低煤礦水害治理成本。

顯而易見的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本發(fā)明的公開內(nèi)容、應用或使用。雖然已經(jīng)在實施例中描述過并且在附圖中描述了實施例，但本發(fā)明不限制由附圖示例和在實施例中描述的作為目前認為的最佳模式以實施本發(fā)明的教導的特定例子，本發(fā)明的范圍將包括落入前面的說明書和所附的權(quán)利要求的任何實施例。