煤层水平井水动力射流扩孔掏煤与囊袋支护成巷卸压方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全的技术领域，尤其涉及一种煤层水平井水动力射流扩孔掏煤与囊袋支护成巷卸压方法。

背景技术

针对煤矿工作面煤巷条带掘进卸压消突的问题，现在煤矿普遍采用的是底抽巷穿层钻卸压消突钻孔的方法。这种方法不仅钻孔工程量大、还要施工专门的底抽巷来布置钻场，面临着卸压消突难度大、投入高、周期长、施工风险大等一系列问题。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤层水平井水动力射流扩孔掏煤与囊袋支护成巷卸压方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤层水平井水动力射流扩孔掏煤与囊袋支护成巷卸压方法，能克服现有技术的缺陷，更好的解决煤矿工作面煤巷条带掘进卸压消突存在的难度大、周期长、成本高、风险大等问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种煤层水平井水动力射流扩孔掏煤与囊袋支护成巷卸压方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：在煤层中施工L型水平井，保留水平井筒最前端一小段裸眼，其余部分下入非金属制成的易锻铣材料套管以进行护孔；

步骤二：在水平井筒中下入作业工具串，自上而下为：作业管柱和磨铣-扩孔一体式钻头；

步骤三：利用作业工具串前段的磨铣-扩孔一体式钻头的扩孔功能对水平井筒前端的裸眼井段进行水动力高压射流前进式扩孔作业，以形成前端煤层扩孔段；

步骤四：提出井中作业工具串，在作业工具串前端增加丢手和囊袋装置，再将囊袋装置下入至易锻铣材料套管底部一定距离位置；

步骤五：进行囊袋装置坐封支护，囊袋装置坐封后丢手完成丢手；

步骤六：利用作业工具串前段的磨铣-扩孔一体式钻头的磨铣功能对一定长度的水平井筒易锻铣材料套管进行后退式磨铣作业；

步骤七：对囊袋装置后部被磨铣掉套管的裸井段，利用磨铣-扩孔一体式钻头的扩孔功能进行水动力高压射流前进式扩孔作业；

步骤八：重复步骤四-步骤七，直到逐步完成整个水平井在煤层水平段的囊袋装置分段坐封支护、易锻铣材料套管的磨铣和水动力高压射流扩孔作业；

步骤九：水平段施工完毕后提出井中管柱，形成囊袋支护卸压消突巷道。

其中：所述L型水平井的井身设计为三开井身结构，对表层套管、技术套管进行固井。

其中：三开水平段预留前端一段裸眼孔眼以便后续进行第一段的水动力射流扩孔掏煤施工，其余水平井筒段下入易锻铣材料套管进行护孔。

其中：囊袋装置是一种一体式可扩张囊袋装置，其囊体处于折叠压缩状态，以方便从井口下入井中。

其中：坐封分段材料是一种高分子化工材料，从地面注入到囊袋装置中膨胀后将囊袋装置中处于折叠压缩状态的囊体撑起，被撑起的囊体紧切井筒孔壁，从而实现水平井筒内的囊袋坐封支护。

其中：丢手中安装有剪切销钉，在囊袋装置坐封后，从井口提供一定拉力，剪切销钉被拉断实现囊袋装置的丢手，从而在水平井筒内形成囊袋支护体。

通过上述内容可知，本发明的煤层水平井水动力射流扩孔掏煤与囊袋支护成巷卸压方法具有如下效果：

1、通过对地面水平井进行水动力高压射流扩孔掏煤，能形成较大直径的钻孔，通过大直径钻孔的变形和破坏来释放煤层中的部分能量，起到有效卸压的作用，同时也提高井筒周围煤体的渗透性和导流能力，与现有的通过煤矿井下在煤层中施工的大量卸压钻孔的卸压消突方式相比更加高效、经济、安全。

2、通过囊袋装置坐封分段支护，避免了扩孔煤粉进入前端已扩孔段，利于煤粉的返出地面，从而提高掏煤卸压消突效果。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的煤层水平井水动力射流扩孔掏煤与囊袋支护成巷卸压方法的流程示意图。

图2显示了本发明图1显示了本发明的煤层易锻铣材料套管护孔示意图。

图3显示了本发明的煤层水平井筒最前端裸露井段扩孔掏煤示意图。

图4显示了本发明的煤层水平井筒含囊袋装置工具串示意图。

图5显示了本发明的煤层水平井筒最前端囊袋支护示意图。

图6显示了本发明的煤层水平井筒锻铣套管示意图。

图7显示了本发明的煤层水平井筒分段扩孔掏煤示意图。

图8显示了本发明的煤层水平井筒分段囊袋支护示意图。

图9显示了本发明的煤层水平井筒分段锻铣套管示意图。

图10显示了本发明的煤层水平井筒整段扩孔掏煤与囊袋支护示意图。

附图标记：

1-煤层；2-水平井表层套管；3-水平井技术套管；4-水平井易锻铣材料套管；5-水平井井筒；6-管柱；7-磨铣-扩孔一体式钻头；8-扩孔段；9-丢手；10-囊袋装置；11-囊袋支护体。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例子仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

参见图1至图10，显示了本发明的煤层水平井水动力射流扩孔掏煤与囊袋支护成巷卸压方法。

所述煤层水平井水动力射流扩孔掏煤与囊袋支护成巷卸压方法可包括以下步骤：

步骤一：在煤层1中施工L型水平井，保留水平井筒最前端下入非金属(如：玻璃钢)制成的易锻铣材料套管4以进行护孔(参见图2)。

优选的是，所述L型水平井的井位在充分考虑煤矿采掘设计、煤层展布、煤层厚度等因素，L型水平井优选设计为三开井身结构，其采用高性能护壁泥浆，确保水平段的长度满足设计要求；对表层套管2、技术套管3进行固井，三开预留前端一段裸眼孔眼以便后续进行第一段的水动力射流扩孔掏煤施工，其余水平井筒段下入易锻铣材料套管4进行护孔，三开套管优选不固井。

步骤二：在水平井筒中下入作业工具串，自上而下为：作业管柱6和磨铣-扩孔一体式钻头7。

其中，所述磨铣-扩孔一体式钻头7除了能在地面钻机的配合下实现对易锻铣材料套管4进行磨铣外，还同时满足水动力射流扩孔掏煤等功能。

步骤三：利用作业工具串前段的磨铣-扩孔一体式钻头7的扩孔功能对水平井筒前端的裸眼的井段进行水动力高压射流前进式扩孔作业，以形成图2所示的前端煤层扩孔段8(参见图3)。

步骤四：提出井中作业工具串，在作业工具串前端增加丢手9和囊袋装置10，再将囊袋装置下入至易锻铣材料套管底部一定距离位置(参见图4)；

具体而言，囊袋装10是一种一体式可扩张囊袋装置，其囊体处于折叠压缩状态，以方便从井口下入井中。

步骤五：进行囊袋装置10坐封支护，囊袋装置10坐封后丢手9完成丢手(参见图5)；

具体而言，坐封分段材料是一种高分子化工材料，从地面注入到囊袋装置10中，膨胀后可将囊袋装置10中处于折叠压缩状态的囊体撑起，被撑起的囊体紧切井筒孔壁，从而实现水平井筒内的囊袋坐封支护。

具体而言，丢手9中安装有剪切销钉，在囊袋装置10坐封后，从井口提供一定拉力，剪切销钉被拉断实现囊袋装置的丢手，从而在水平井筒内形成囊袋支护体11。

步骤六：利用作业工具串前段的磨铣-扩孔一体式钻头7的磨铣功能对一定长度的水平井筒易锻铣材料套管4进行后退式磨铣作业(参见图6)。

步骤七：对囊袋装置10后部被磨铣掉套管的裸井段，利用磨铣-扩孔一体式钻头7的扩孔功能进行水动力高压射流前进式扩孔作业(参见图7)；

步骤八：重复步骤四-步骤七，直到逐步完成整个水平井在煤层水平段的囊袋装置分段坐封支护、易锻铣材料套管的磨铣和水动力高压射流扩孔作业(参见图8-图9)；

步骤九：水平段施工完毕后提出井中管柱，形成囊袋支护卸压消突巷道(参见图10)。

由此可见，本发明的优点在于：

1、通过对地面水平井进行水动力高压射流扩孔掏煤，能形成较大直径的钻孔，通过大直径钻孔的变形和破坏来释放煤层中部分能量，起到有效卸压的作用，同时也提高井筒周围煤体的渗透性和导流能力，与现有的通过煤矿井下在煤层中施工的大量卸压钻孔的卸压消突方式相比更加高效、经济、安全。

2、通过囊袋装置坐封分段支护，避免了扩孔煤粉进入前端已扩孔段，利于煤粉的返出地面，从而提高掏煤卸压消突效果。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。