CN101029576A - 突出危险煤层安全导喷钻进的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种突出危险煤层安全导喷钻进的方法及装置，首先在设计位置钻孔，设置固定套管，在固定套管外端连接三通导喷管，将带有钻头的钻杆穿过三通导喷管进入钻孔，用密封端盖密封后端头，实现与钻杆的旋转密封；用导喷连接管将三通导喷管与分离器连接，启动抽采系统，实现向煤层钻进的同时完成煤、水、瓦斯的分离。在钻杆的通道入口内设置固定套管，固定套管上设有三通导喷管，三通导喷管连接分离器，在打钻中可将喷出的煤、水、瓦斯在密闭环境中导出作业场进行分离，喷出的瓦斯进入瓦斯抽放管路。既起到防喷作用，又保证作业人员的安全；另一方面将喷出的瓦斯经分离器排入抽放管路，避免作业场所及附近巷道的瓦斯浓度超限，防止瓦斯事故的发生。

Description

突出危险煤层安全导喷钻进的方法及装置

                            技术领域

本发明涉及突出危险煤层安全导喷钻进的方法及装置，尤其适用于煤矿瓦斯突出的安全防护。

                            背景技术

随着煤层开采深度的增加，煤层瓦斯压力和含量逐渐加大，煤与瓦斯突出危险性越来越严重，许多矿井发生了千吨级以上的特大型煤与瓦斯突出事故。对于无保护层开采条件的突出危险矿井，通常采用底(顶)板岩巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯措施。但在施工穿层钻孔中，经常出现煤与瓦斯大量喷出现象，单孔喷煤量可达5～6t，几分钟内喷瓦斯量可达200m³。喷出的煤粉容易造成作业人员伤亡，喷出的瓦斯经常导致作业场所及附近巷道瓦斯浓度超限，甚至达到瓦斯爆炸浓度，给安全钻进带来很大威胁。为了解决穿层钻孔施工中的喷孔问题，国内已有一些防喷装置，但都存在固结强度不够、摩擦力不足等问题，易造成防喷功能失效，另外这类防喷装置仅能改变钻孔喷煤方向，喷孔量大时无法及时将喷出的煤、水、瓦斯分离，大量瓦斯进入作业场所，不能从限本上解决钻孔钻进中存在的喷孔安全隐患。

                            发明内容

本发明的目的是根据已有技术中存在的问题，提供一种方法简单、防喷功能强、结构紧凑，能同时将煤、水、瓦斯分离的突出危险煤层安全导喷钻进的方法及装置。

本发明的突出危险煤层安全导喷钻进的方法，

a.首先在岩层钻孔确定位置施工直径为150mm、长为1900mm的钻孔；

b.将长度为2000mm的套管插入钻孔内，外露管接口，用速凝水泥将套管固结；

c.在固定套管外露管接口上连接一个三通导喷管，将带有钻头的钻杆穿过三通导喷管进入钻孔，用密封端盖密封后端头，实现与钻杆的旋转密封；

d.启动钻机，正常钻进至煤层后停止；

e.用导喷连接管将三通导喷管与分离器连接，启动抽采系统，继续钻进；

f.喷孔时，钻机停止推进，保持旋转，喷出的煤、水、瓦斯进入分离器分离，瓦斯进入抽采管路，实现向煤层钻进的同时，完成煤、水、瓦斯的分离。

本发明的突出危险煤层安全导喷钻进的装置，包括钻机，与钻机相连的钻杆和高压水管，在所述钻杆的通道入口内设有固定套管，固定套管外露端设有与钻杆和导喷连接管相通的三通导喷管，三通导喷管与钻杆之间设有旋转密封端盖，与三通导喷管连接的导喷连接管与煤、水、瓦斯分离器相连接，分离器上设有与抽采系统相连的瓦斯抽采连接管。

所述的煤、水、瓦斯分离器由支撑架下设在支撑架上的箱体构成，箱体的顶部设有连接导喷连接管和瓦斯抽采连接管的接口，之间设有隔水挡板，箱体侧壁及底部开设有若干个排水孔，底部设有除煤口；所述瓦斯抽采连接管与箱体的接口处设有过滤网；所述的抽采系统包括瓦斯抽采管路，控制阀门和与瓦斯抽采管路相连的抽气泵。

本发明的有益效果是：能将钻孔喷出的煤、水、瓦斯及时进行有效分离，并将瓦斯送入瓦斯抽放管路，一方面可以保证作业人员安全，另一方面可避免作业场所及附近巷道瓦斯浓度超限，防止发生瓦斯爆炸。该装置可在10MPa煤层瓦斯压力条件下正常工作，其方法简单，防喷功能强、结构紧凑，具有广泛的实用性。

                          附图说明

附图是本发明的装置结构示意图。

图中：1-钻孔；2-套管；3-法兰；4-三通导喷管；5-密封端盖；6-煤、水、瓦斯分离器；7-排水孔；8-除煤口；9-瓦斯抽采连接管；10-导喷连接管；11-隔水挡板；12-过滤网；13-瓦斯抽采管路；14-支撑架；15-钻杆；16-钻机；17-高压水；18-煤层；19-岩层。

                        具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的突出危险煤层安全导喷钻进的方法，首先在岩层19钻孔确定位置施工直径为150mm、长为1900mm的钻孔1；将长度为2000mm的固定套管2插入钻孔内，外露管接口，用速凝水泥将套管2固结；用法兰3将三通导喷管4与套管2连接后，将带有90mm钻头的钻杆穿过三通导喷管4进入钻孔1，采用盖板和密封垫构成的密封端盖密封后端头，实现与钻杆的旋转密封；启动钻机16，正常钻进至煤层后停止；用导喷连接管10将三通导喷管4与分离器6连接，启动抽采系统，继续钻进；由于突出煤层煤质松软，瓦斯压力大，钻进过程中煤与瓦斯突然从钻孔中大量喷出称为喷孔，此时钻机停止推进，保持旋转，实现向煤层钻进的同时，完成煤、水、瓦斯的分离。煤、水、瓦斯通过三通导喷管4、导喷连接管10进入分离器6后，瓦斯通过出口进入抽采管路13，水通过侧壁及底部排水孔7排出，煤粉沉淀于分离器底部，定期清理。

本发明的突出危险煤层安全导喷钻进的装置，主要由钻机16，固定套管2，三通导喷管4，煤、水、瓦斯分离器6和抽采系统构成，钻机16上连有钻杆15和高压水管17，固定套管2外径为Φ108mm、内径为Φ100mm、长为2000mm，设在钻孔1内，其外露端连接三通导喷管4，三通导喷管4外径为Φ108mm、内径Φ100mm、直管长400mm、导喷管长250mm；三通导喷管4直管两端焊接有法兰3，其前端与固定套管2连接，后端采用盖板和密封垫构成的旋转密封端盖5实现与钻杆之间的旋转密封，与三通导喷管4连接的导喷连接管10与煤、水、瓦斯分离器6相连接，煤、水、瓦斯分离器6由支撑架14下设在支撑架14上的箱体构成，根据喷煤量大小设计分离器6，分离器6体积一般为1～6m³，由铁板加工而成。分离器6上部设有进、出口各一个，孔口直径150mm，进口通过导喷连接管10与三通导喷管4连接，出口通过排瓦斯连接管与瓦斯抽连接采管9相连，瓦斯抽采管路的抽采能力按60m³/min设计；分离器6内进、出口间安设隔水挡板11，出口处装设过滤网12，防止煤、水进入瓦斯抽采管路；在分离器6的侧壁及底部开设若干直径为5mm的排水孔7，用于进气、排水；分离器6下部设有除煤口8，用于清除煤粉；瓦斯通过分离器6上部出口进入抽采管路，瓦斯抽采连接管9采用直径为150mm的橡胶管。抽采系统包括瓦斯抽采管路13，控制阀门和与瓦斯抽采管路13相连的抽气泵。

Claims (5)

1.突出危险煤层安全导喷钻进的方法，其特征在于：

a.首先在岩层(19)钻孔确定位置施工直径为150mm、长为1900mm的钻孔(1)；

b.将长度为2000mm的套管(2)插入钻孔内，外露管接口，用速凝水泥将套管(2)固结；

c.在固定套管(2)外露管接口上连接一个三通导喷管(4)，将带有钻头的钻杆穿过三通导喷管(4)进入钻孔，用密封端盖(5)密封后端头，实现与钻杆的旋转密封；

d.启动钻机(16)，正常钻进至煤层(19)后停止；

e.用导喷连接管(10)将三通导喷管(4)与分离器(6)连接，启动抽采系统，继续钻进；

f.喷孔时，钻机停止推进，保持旋转，喷出的煤、水、瓦斯进入分离器分离，瓦斯进入抽采管路，实现向煤层钻进的同时，完成煤、水、瓦斯的分离。

2.突出危险煤层安全导喷钻进的装置，包括钻机(16)，与钻机(16)相连的钻杆(15)和高压水管(17)，其特征在于：在所述钻杆(15)的通道入口内设有固定套管(2)，固定套管(2)外露端设有与钻杆(15)和导喷连接管(10)相通的三通导喷管(4)，三通导喷管(4)与钻杆(15)之间设有旋转密封端盖(5)，与三通导喷管(4)连接的导喷连接管(10)与煤、水、瓦斯分离器(6)相连接，分离器(6)上设有与抽采系统相连的瓦斯抽采连接管(9)。

3.根据权利要求2所述的突出危险煤层安全导喷钻进的装置，其特征在于：所述的煤、水、瓦斯分离器(6)由支撑架(14)下设在支撑架(14)上的箱体构成，箱体的顶部设有连接导喷连接管(10)和瓦斯抽采连接管(9)的接口，之间设有隔水挡板(11)，箱体侧壁及底部开设有若干个排水孔(7)，底部设有除煤口(8)。

4.根据权利要求3所述的突出危险煤层安全导喷钻进的装置，其特征在于：所述瓦斯抽采连接管(9)与箱体的接口处设有过滤网(12)。

5.根据权利要求2所述的突出危险煤层安全导喷钻进的装置，其特征在于：所述的抽采系统包括瓦斯抽采管路(13)，控制阀门和与瓦斯抽采管路(13)相连的抽气泵。

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