一种煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固系统及方法与流程

1.本发明属于煤矿钻探技术领域，涉及一种煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固系统及方法。


背景技术：

2.目前国内在采用定向钻机施工定向长钻孔过程中，钻遇构造破碎地层的几率极高。针对煤矿井下构造破碎地层的安全钻孔问题，近年来经过技术攻关，形成了诸如开分支绕开破碎地层、大倾角穿越破碎地层、分段扩孔钻进、复合定向钻进、下套管、注水泥浆加固等配套工艺技术，在解决构造破碎地层钻孔施工方面存在的问题起到了积极作用。
3.不过，上述施工工艺对于孔深较浅的构造破碎地层钻进具有较好的效果，而无法有效解决深孔钻进时的护孔问题。究其原因，一方面是由于构造破碎地层本身的特性造成成孔难度大，另一方面是现有的钻孔和护孔工艺与现场施工不匹配，如构造破碎地层位置超过百米后，随着构造破碎地层段深度增加，定向长钻孔施工时的风险也急剧增大，是最容易发生抱钻和掉钻的位置。而护孔工艺操作实施不便、套管下不到位、注浆加固难以实施、注浆材料反应时间与孔深难匹配、化学注浆材料强度低等情况客观存在。虽然构造破碎地层钻进工艺在石油钻井和地质勘探领域也有许多成功经验，但由于煤矿井下与地面石油钻井和地质勘探领域的工作环境、钻具组合、钻具受力特点、井眼尺寸、目标地层和工艺特点等相差较大，导致很多工艺不能直接应用于煤矿井下定向钻孔施工。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固系统及方法，以突破煤矿井下构造破碎地层对长钻孔成孔的限制，解决钻遇构造破碎地层钻进过程中存在的塌孔、卡钻以及抱钻等问题，进而满足后续深孔钻进时的安全要求。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固系统，包括顺次连接的定点注浆封固装置、高承压密封钻杆、钻机、高压注浆泵和一体化拌浆站。
7.可选地，所述定点注浆封固装置为可回收式定点注浆封固装置。
8.可选地，通过钻机的控制系统控制一体化拌浆站的拌浆量以实现连续配浆与连续注浆。
9.一种煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固的方法，提供上述所述的煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固系统，包括以下步骤：
10.s1钻遇构造破碎地层时，出现包括塌孔、卡钻、抱钻情况，导致无法继续钻进至设计孔深时，充分洗孔后退钻；
11.s2组配、调试好定点注浆封固装置，连接高承压密封钻杆下入塌孔孔段以浅稳定该孔段；
12.s3控制高压注浆泵泵入一定量的清水使定点注浆封固装置实现坐封；
13.s4验封，以确保定点注浆封固装置坐封合格；
14.s5注浆：控制一体化拌浆站拌浆量，以实现连续配浆与连续注浆；
15.s6替浆：注浆结束后泵入清水将高承压密封钻杆、定点注浆封固装置内的加固材料顶替干净；
16.s7待加固材料稠化后、初凝前，启动钻机后退一定压力后进行解封，解封后操作钻机后退注浆装置，待加固材料完全硬化后再继续进行定向钻进施工。
17.可选地，根据塌孔段返渣情况以及注浆扩散半径计算确定注浆量。
18.可选地，在连续注浆过程中观察压力变化，当注浆压力上升至一定数值后，停止注浆作业。
19.可选地，验封的方法为：泵入一定量的清水并向前推进定点注浆封固装置，观察有无位移以及孔内返水，据此判断定点注浆封固装置的封固效果。
20.本发明的有益效果在于：突破了煤矿井下构造破碎地层对长钻孔成孔的限制，解决了钻遇构造破碎地层钻进过程中存在的塌孔、卡钻以及抱钻等问题，满足了后续深孔钻进时的安全要求，且使用过程中效果好、稳定性强，构造破碎地层加固效果好、成孔性好。
21.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
22.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
23.图1为本发明一种煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固系统的结构示意图。
24.附图标记：定点注浆封固装置1、高承压密封钻杆2、钻机3、高压注浆泵4、一体化拌浆站5。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
27.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系
为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
28.参阅图1，一种煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固系统，包括顺次连接的定点注浆封固装置1、高承压密封钻杆2、钻机3、高压注浆泵4和一体化拌浆站5，并通过钻机的控制系统控制一体化拌浆站5的拌浆量以实现连续配浆与连续注浆；定点注浆封固装置1优选可回收式定点注浆封固装置。
29.一种煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固的方法，提供上述所述的煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固系统，包括以下步骤：钻孔施工过程中，钻遇构造破碎地层出现塌孔、卡钻以及抱钻情况，无法继续钻进至设计孔深时，充分洗孔后退钻，组配和调试好定点注浆封固装置后，连接高承压密封钻杆2下入塌孔孔段以浅稳定该孔段，然后利用控制系统控制高压注浆泵4泵入一定量的清水使定点注浆封固装置实现坐封，验封合格后进行注浆作业，注浆作业结束后泵入清水进行替浆，最后待加固材料稠化后、初凝前启动钻机3后退一定压力解封后退出定点注浆封固装置。
30.本发明与现有技术相比，在使用过程中效果好、稳定性强，构造破碎地层加固效果好、成孔性好。
31.实施例
32.一种煤矿井下构造破碎地层定点注浆加固系统，如图所示，主要包括：定点注浆封固装置1、高承压密封钻杆2、钻机3、注浆泵4以及一体化拌浆站5组成。
33.钻孔施工过程中，钻遇构造破碎地层出现塌孔、卡钻以及抱钻情况，无法继续钻进至设计孔深时。根据钻孔返渣、返水以及钻进参数等情况，分析塌孔孔段、成孔性以及空间形态，确定定点加固孔段、注浆量以及注浆参数。定点注浆加固作业前，充分洗孔后退钻，然后组配和调试好定点注浆封固装置1后，连接高承压密封钻杆2下入塌孔孔段以浅稳定孔段处，此时利用控制系统控制高压注浆泵4通过连接管线、接头与高承压密封钻杆2泵入高压清水封固定点注浆封固装置1，然后泵入一定量的清水并向前推进定点注浆封固装置，观察有无位移以及孔内返水，判断定点注浆封固装置1的封固效果。封固完毕后，通过控制系统控制一体化拌浆站5拌浆量，实现连续配浆与连续注浆，根据塌孔段返渣情况以及注浆扩散半径计算确定注浆量，连续注浆过程中观察压力变化，注浆压力上升至一定数值后，停止注浆作业。根据计算的顶替量，通过控制系统控制泵入计算的顶替量泵入清水将管路、高承压密封钻杆2以及定点注浆封固装置1内的加固材料顶替干净。待加固材料稠化后、初凝前启动钻机3后退一定压力后进行解封，然后操作钻机3后退定点注浆封固装置，待加固材料完全硬化后再继续进行定向钻进施工，穿越构造破碎地层孔段后正常钻进至目标孔深。
34.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。