一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工钻具及施工方法
技术领域
本发明涉及一种飞管施工方法，属于煤矿井下钻探工程及瓦斯治理工程领域，具体是涉及一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工方法。
背景技术
随着我国煤矿向深部开采，高瓦斯碎软煤层比例越来越大，施工本煤层顺层定向长钻孔常因煤质软而破碎造成孔壁坍塌而无法成孔，而把主孔布置在煤层顶底板岩层中，利用分支孔穿层进入煤层进行瓦斯消突预抽成为深部碎软煤层瓦斯治理的有效方法之一。但是随着深部煤层越来越破碎，分支孔的煤孔段也常常因煤层松软和地应力的作用而发生塌孔，极大影响分支孔的抽采效果。从煤矿瓦斯治理的实践来看，采用筛管护孔是解决碎软煤层钻孔坍塌的有效方法。
因此，急需开发梳状钻孔分支孔内下筛管技术方法，解决顶底板梳状钻孔分支孔的护孔难题，以保障瓦斯的高效抽采。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供了一种一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工钻具及施工方法。该钻具及施工方法采用飞管护孔，并且通过声波方式探测飞管下入深度，有效解决了护孔难以及飞管施工过程中的测量问题。
为解决上述问题，本发明的方案是：
一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工钻具，包括：
钻头，为一可开闭式钻头，其后端连接钻杆；
飞管，其上设置有悬挂装置、实管、筛管；
其中，所述飞管用于通过水力在所述钻杆内输送并通过可开闭式的所述钻头进入钻孔内。
优选的，上述的一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工钻具，还包括一声波接收器；其中，所述悬挂装置上设置有一紧贴所述钻杆内壁设置并且能在扭簧力作用下伸缩的卡爪；所述声波接收器用于感知所述卡爪因收缩或弹开而敲击钻杆内壁发出的声波。
优选的，上述的一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工钻具，所述实管的长度不小于一根钻杆的长度。
优选的，一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工钻具，实管的直径大于等于筛管的直径同时小于相邻钻杆之间接头处的最小内径。
一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工方法，包括：
利用水力在钻杆内输送飞管穿过可开闭的钻头以使飞管进入钻孔内。
优选的，上述的一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工方法，包括：在飞管的悬挂装置上设置一紧贴所述钻杆内壁的卡爪；接收卡爪穿过钻杆接头时受扭簧力作用伸缩而敲击钻杆产生的声波；利用声波和和单根钻杆长度判定飞管下入深度。
优选的，上述的一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工方法，施工位于底板岩层中的底板梳状定向钻孔主孔，施工由底板向煤层延伸并且终孔于顶板的梳状分支孔，在所述分支孔内下入飞管。
一种煤矿井下顶底板梳状分支孔飞管施工方法，包括：
步骤1，底板梳状定向钻孔主孔位于底板岩层中，梳状分支孔轨迹由底板向煤层延伸钻遇顶板后终孔，当第1个分支孔成孔后将定向钻具提出孔内；
步骤2，连接可开闭钻头和钻杆下入至分支孔孔底并通水反复冲洗一段时间后将钻具提离孔底，提离距离应不小于悬挂装置和实管的总长度；
步骤3，将第1分支孔飞管连接后下入钻杆内，飞管长度根据第1分支孔长度及所钻遇的煤层的煤孔段长度确定；
步骤4，连接水便并开启飞管输送深度识别组件后启动水泵，逐渐提高水泵流量和压力利用水力作用将飞管输送至分支孔孔底，输送过程中通过声波分析仪观察飞管输送深度变化，到达预定输送深度后关闭水泵；
步骤5，卸下水便，将钻具提出，完成第1分支孔的飞管下入；
步骤6，重复步骤1-5直至最后一个分支孔飞管下入到位。
因此，本发明具备以下优点：
(1)解决了煤矿井下顶底板梳状分支孔的煤孔段护孔难题，确保了分支孔的瓦斯高效抽采；
(2)解决了飞管在钻杆内的输送深度测量难题，利于判别飞管的实时输送状态和到位情况。
附图说明
并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。
图1例示了本发明实施例中的飞管输送声波监测原理示意图；
图2是底板梳状分支孔下飞管工艺示意图；
图3是飞管输送工作方法示意图；
将参照附图描述本发明的实施例。
具体实施方式
实施例
如图2所示，本实施例中的梳状分支孔飞管输送装置由钻具6、飞管5、水便7、水泵8、飞管输送深度识别组件9等组成。所述钻具6由可开闭钻头101、钻杆102组成，其连接后的内通径构成了飞管的水力输送通道；所述飞管5由悬挂装置201、实管202、筛管203组成，其中实管202为不带筛眼的中空管，长度大于等于一根钻杆102的长度，实管202的直径大于等于筛管203的直径同时小于钻杆102接头处的最小内径，且根据输送力的需要与钻杆102最小内径保持1-3mm的环空间隙，飞管5总长度根据所要下入的分支孔4的护孔长度确定；所述飞管输送深度识别组件9由声波接收器301、声波分析仪302组成，其中声波接收器301负责接收飞管水力输送过程中产生的声波信号，并传送至声波分析仪302进行解码分析输出深度信号。
本实施例中，飞管输送深度识别组件工作原理为：飞管5在钻杆102内水力输送过程中，悬挂装置201的卡爪在扭簧作用力下紧贴钻杆102内壁，在通过钻杆102接头处时，由于接头内通径减小，卡爪撞击接头处内通径并收拢进卡座内发出一次明显的声波变化信号，如图1声强图产生第一个波峰，通过接头后又在扭簧力作用下突然张开一定角度敲击钻杆102内壁发出又一次声波变化信号，声强图产生第二个波峰，因此每次在通过钻杆接头时会发生规律的连续两次声波变化通过钻杆102传至孔口声波接收器301，接收的声波信号通过声波分析仪302识别，可设定某个声强阈值Ix，当连续两次声强I超过Ix后表明筛管悬挂装置通过一根钻杆，并根据单根钻杆的长度转化成飞管的输送深度并实时显示出来。
下面以底板梳状钻孔前进式开分支为例来描述本实施例的施工方法。具体包括：
第一步：底板梳状定向钻孔主孔位于底板2岩层中，梳状分支孔4轨迹由底板2向煤层3延伸钻遇顶板1后终孔，当第1个分支孔4-1成孔后将定向钻具提出孔内；
第二步：连接可开闭钻头101和钻杆102下入至分支孔4-1孔底并通水反复冲洗一段时间后将钻具6提离孔底，提离距离应不小于悬挂装置201和实管202的总长度；
第三步：将第1分支孔飞管5-1连接后下入钻杆102内，飞管5-1长度根据第1分支孔4-1长度及所钻遇的煤层3的煤孔段长度确定；
第四步：连接水便7并开启飞管输送深度识别组件9后启动水泵8，逐渐提高水泵8流量和压力利用水力作用将飞管5-1输送至分支孔4-1孔底，输送过程中通过声波分析仪302观察飞管5-1输送深度变化，到达预定输送深度后关闭水泵8；
第五步：卸下水便7，将钻具6提出，完成第1分支孔的飞管5-1下入；
第六步：再次下入定向钻具施工第2个分支孔4-2并重复第一至第五步下入第2个分支孔段的飞管5-2，如此反复直至最后一个分支孔飞管5-n下入到位。
通过以上描述可知，本实施例中解决了煤矿井下顶底板梳状分支孔的煤孔段护孔难题，确保了分支孔的瓦斯高效抽采。本实施例通过声波探测解决了飞管在钻杆内的输送深度测量难题，利于判别飞管的实时输送状态和到位情况。
本发明说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
