【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了一种井下探放水长钻孔成孔方法，属于矿井防治水。
技术介绍
1、随着浅部易采煤炭资源的逐渐枯竭，深部及下组煤开采的水害隐患日益增多，矿井水文地质条件日趋复杂，水害防治难度不断增大。越来越多的矿井面临着浅部资源开采而形成的老空积水的突水威胁，必须采取有效防治手段消除老空积水的隐患威胁。
2、井下探放水是矿井水害防治的重要技术手段，施工过程中一般采用常规钻具和稳定组合钻具的钻进方法。其中采用常规钻具方法钻进时钻孔轨迹往往偏斜严重，钻孔一大往往很难命中目标，限制了其在水文地质条件日益复杂的矿井下的应用。采用稳定组合钻具方法钻进时，钻杆不同位置需配装稳定器，导致钻孔施工难度大、钻进效率低，难以有效解决井下长距离水患治理的目的。
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种井下探放水长钻孔成孔方法，以解决目前井下探放水施工中常规钻具偏斜严重、稳定组合钻具施工难度大和钻进效率低的缺点。
2、本专利技术提供的技术方案为：一种井下探放水长钻孔成孔方法，包括以下步骤：
3、1)根据各阶段勘探成果资料及采掘揭露资料分析采空区积水特征，结合采掘空间位置确定探放水钻孔结构与参数设计，设计孔深l，方位角ψ，倾角θ，初步分析钻场顶板含煤地层岩体完整性。
4、2)钻场附近施工探放水试验孔，采用上斜钻具和常规钻具分别钻进测试，退钻测量钻孔轨迹，并计算上斜钻具与常规钻具钻进段平均造斜率α′、β′(°/m)，分析钻场顶板含煤地层岩体完整性。
5、3)
6、4)根据探放水钻孔设计参数及试验孔测试成果，计算上斜钻具钻进临界距离m′。
7、5)探放水钻孔采用上斜钻具开孔，下入孔口管并注浆固结，钻进至孔深m′处，退钻测量钻孔轨迹，重新计算探放水钻孔上斜钻进段造斜率α″和上斜钻进临界距离m″。
8、6)对比探放水孔钻进孔深m′和上斜钻进临界距离m″，判断后续钻进工艺。若m′＜m″，采用上斜钻具钻进至孔深m″处后退钻，改用常规钻具钻进至终孔位置；若m″≤m′＜1.3m″，采用常规钻具钻进至终孔位置；若m′＞1.3m″，采用下斜钻具钻进至终孔位置或重新开孔施工。
9、上述步骤1中，以钻场和目标积水区低洼处位置为基础，综合以往勘探成果分析的煤层顶底板标高及井下采掘揭露标高资料确定探放水钻孔设计参数；依据以往地质构造探查及井下采掘揭露构造情况，结合煤层顶板岩性特征初步分析钻场顶板含煤地层岩体完整性。
10、上述步骤2中，探放水试验孔倾角应与设计倾角基本相等，上斜钻具开孔，钻进一定深度后退钻，改用常规钻具钻进相同距离。退钻测量钻孔轨迹，计算上斜钻具和常规钻具造斜率α′、β′，计算公式为：
11、
12、
13、式中：α′——上斜钻具钻进段造斜率，°/m；β′——常规钻具钻进段造斜率，°/m；θ0——开孔倾角，°；θn——上斜钻具钻进段末端测量倾角，°；θi——上斜钻具钻进段测量倾角，°，i＝1,2,…,n；li——上斜钻具钻进段轨迹测量点处对应孔深，°，i＝1,2,…,n；θi——常规钻具钻进段测量倾角，°，i＝n+1,n+2,…,2n；li——常规钻具钻进段轨迹测量点处对应孔深，°，i＝n+1,n+2,…,2n。
14、上述步骤2中，钻进阶段每次加完钻杆收集一次钻屑，根据钻屑岩粉的颗粒大小与均匀程度进一步分析煤层顶板含煤地层的岩体完整性。
15、上述步骤3中，若钻场顶板岩体较破碎，且α′≤0，表明采用上斜钻具钻进时，钻孔轨迹仍会弯曲下沉，钻孔倾角不断减小，因此开孔角度必须比设计倾角大，进而抵消钻孔下沉弯曲的影响。
16、上述步骤4中，上斜钻具钻进临界距离m′计算公式为：
17、
18、式中：m′——上斜钻具钻进临界距离，m；l——设计孔深，m；α′——上斜钻具钻进阶段造斜率，°/m；β′——常规钻具钻进阶段造斜率，°/m；δ——探放水钻孔开孔倾角与设计倾角之差，°。
19、上述步骤5中，根据探放水钻孔轨迹测量资料，计算上斜钻具钻进段平均造斜率，并采用如下公式重新计算上斜钻具钻进临界距离m″：
20、
21、式中：m″——上斜钻具钻进临界距离，m；l——设计孔深，m；α″——上斜钻具钻进阶段造斜率，°/m；β′——常规钻具钻进阶段造斜率，°/m；δ——探放水钻孔开孔倾角与设计倾角之差，°。
22、上述步骤6中，由于上斜钻具钻进段的钻孔轨迹上斜率往往远小于常规钻具钻进段的钻孔轨迹下斜率，因此探放水钻孔的钻进阶段中上斜钻进段应不小于临界钻进距离m″，保障探放水钻孔命中目标。
23、本专利技术的优点是：
24、1)钻孔成孔工艺方法相对简单
25、本专利技术在钻孔钻进阶段起下钻次数较少，仅在钻孔轨迹测量、更换钻具阶段起下1～2次钻，有效提高了探放水钻孔的钻进效率和成孔效率。
26、2)钻孔钻进施工安全性高
27、本专利技术采用包括常规钻具和上斜钻具的两套钻具，其中上斜钻具仅在靠近钻头端配装一个稳定器，钻进过程中只需加配钻杆，避免了钻进过程中配装稳定器的流程，提高了钻进阶段施工安全性。
28、3)钻孔轨迹控制精度较高，老空水患治理效果显著
29、本专利技术采用两套钻具，经定量测试与计算推导，通过两套钻具的合理配套使用，实现井下钻场探放水钻孔长距离条件下准确命中目标水体，达到消除老空积水水患的目的。
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1.一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于：所述的步骤1中，以钻场和目标积水区低洼处位置为基础，综合以往勘探成果分析的煤层顶底板标高及井下采掘揭露标高资料确定探放水钻孔设计参数；依据以往地质构造探查及井下采掘揭露构造情况，结合煤层顶板岩性特征初步分析钻场顶板含煤地层岩体完整性。
3.根据权利要求1所述的一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于：所述的步骤2中，探放水试验孔倾角应与设计倾角基本相等，上斜钻具开孔，钻进一定深度后退钻，改用常规钻具钻进相同距离。退钻测量钻孔轨迹，计算上斜钻具和常规钻具造斜率α′、β′，计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于：所述的步骤2中，钻进阶段每次加完钻杆收集一次钻屑，根据钻屑岩粉的颗粒大小与均匀程度进一步分析煤层顶板含煤地层的岩体完整性。
5.根据权利要求1所述的一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于：所述的步骤3中，若钻场顶板岩体较破碎，且α′≤0，表明采用上斜钻具钻进
6.根据权利要求1所述的一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于：所述的步骤4中，上斜钻具钻进临界距离M′计算公式为：
7.根据权利要求1所述的一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于：所述的步骤5中，根据探放水钻孔轨迹测量资料，计算上斜钻具钻进段平均造斜率，并采用如下公式重新计算上斜钻具钻进临界距离M″：
8.根据权利要求1所述的一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于：所述的步骤6中，由于上斜钻具钻进段的钻孔轨迹上斜率往往远小于常规钻具钻进段的钻孔轨迹下斜率，因此探放水钻孔的钻进阶段中上斜钻进段应不小于临界钻进距离M″，保障探放水钻孔命中目标。
...【技术特征摘要】
1.一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于：所述的步骤1中，以钻场和目标积水区低洼处位置为基础，综合以往勘探成果分析的煤层顶底板标高及井下采掘揭露标高资料确定探放水钻孔设计参数；依据以往地质构造探查及井下采掘揭露构造情况，结合煤层顶板岩性特征初步分析钻场顶板含煤地层岩体完整性。
3.根据权利要求1所述的一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于：所述的步骤2中，探放水试验孔倾角应与设计倾角基本相等，上斜钻具开孔，钻进一定深度后退钻，改用常规钻具钻进相同距离。退钻测量钻孔轨迹，计算上斜钻具和常规钻具造斜率α′、β′，计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种井下探放水长钻孔成孔方法，其特征在于：所述的步骤2中，钻进阶段每次加完钻杆收集一次钻屑，根据钻屑岩粉的颗粒大小与均匀程度进一步分析煤层顶板含煤地层的岩体完整性。...
【专利技术属性】
技术研发人员：王克军，买买提沙依提·依坎白尔迪，李鹏，余明安，高吉祥，凤李，朱柏阳，杨威，
申请(专利权)人：徐州矿务集团新疆天山矿业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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