一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法

摘要

本发明公开了一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法，具体步骤包括制作防断裂套管、钻孔、下放防断裂套管、防断裂套管内注浆、原位扫孔钻进、进行套管耐压试验以及在耐压试验达到设计要求后，在孔口安装高压防喷阀门，再原位套孔钻进延伸至终孔深度，其中防断裂套管设有短节塑料管和长节塑料管。本方法采取在围岩大幅变形段常规钢性套管与孔壁围岩分离的方式，在围岩发生大幅度的变形破裂时，不会对常规钢性套管产生影响；此方法操作方便，能够有效预防煤矿井下水文钻孔套管断裂问题。

权利要求

1.一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)、制作防断裂套管；设水文观测孔孔位所在巷道、硐室宽度为L，巷道、硐室围岩大幅变形、破裂的厚度一般小于L，则防断裂套管的制作步骤为：a.先按照设计准备一根由常规钢管制作的常规钢性套管，常规钢性套管的总长度需比《煤矿安全规程》规定的套管长L；

b.在与常规钢性套管管口距离为L～L+0.2m的区段粘结长度为0.2m的短节塑料管；

c.在短节塑料管外再粘接长度为L+0.2m的长节塑料管，长节塑料管在常规钢性套管的跨度为管口至L+0.2m的区段；长节塑料管与常规钢性套管之间组成长度为L的环柱状中空结构；

2)、根据设计需要采用一定规格的钻头钻孔到一定深度；

3)、钻孔中下放防断裂套管，下放深度小于钻孔深度0.2m；

4)、采用防断裂套管内注浆、防断裂套管与钻孔孔壁之间返浆的方式，用单液水泥浆进行固管，浆液返出后，停止注浆；固管过程中浆液不能进入长节塑料管与常规钢性套管之间为长度为L的环柱状中空结构，即常规钢性套管孔口L段与钻孔孔壁围岩是分离的；

5)、固管的单液水泥浆充分固化后，原位扫孔钻进，并延伸钻进0.5m，进行套管耐压试验；

6)、耐压试验达到设计要求后，在孔口安装高压防喷阀门，在原位套孔钻进延伸至终孔深度。

2.如权利要求1所述的一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法，其特征在于，步骤1)内的步骤b中，短节塑料管内径大于常规钢性套管外径0.5mm，短节塑料管长度0.2m，管壁厚度10mm。

3.如权利要求1所述的一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法，其特征在于，步骤1)中，长节塑料管内径大于短节塑料管外径0.5mm，长节塑料管管壁厚度3～5mm。

4.如权利要求1所述的一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法，其特征在于，步骤1)中，短节塑料管和长节塑料管材质均选用聚氯乙烯材质。

5.如权利要求1所述的一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法，其特征在于，步骤4)中，单液水泥浆的水灰比0.8：1。

说明书

一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法

技术领域

[0001] 本发明涉及煤矿安全领域，具体涉及一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法。

背景技术

[0002] 煤矿主要含水层水位数据主要通过水文观测孔实时获取。在华北型煤田，矿井主要受奥陶系灰岩含水层水害威胁，矿井井下往往施工多个奥陶系灰岩水文观测孔，水文观测孔一般竖直施工，通过其实时监测的水位数据，开展相关开采的安全性评价工作。此类观测孔按照《煤矿安全规程》安装较长钢管制作的套管，施工时还需在孔口安装高压防喷装置以防止钻孔高压大流量出水冲倒钻机，施工完成后在孔中安装水压监测装置，孔口安装高压阀门。后期还需建立巡检制度，以保证井下水文观测孔的安全运行。

[0003] 由于正常使用的孔口管均处于闭孔监测状态，一旦套管断裂，孔内的高承压水将从套管断裂的位置，沿着岩层的裂隙分散外流，无法控制，如原矿井排水能力不足，甚至造成矿井积水现象。井下水文观测孔的套管与孔壁一般采用水泥浆液固结为一体。关于套管断裂的原因，主要为水文观测孔孔位所在位置巷道、硐室围岩在地压、水压的作用下产生变形、破裂，而产生松动圈、底鼓所致。由于套管与孔壁岩石固结为一体，一旦孔壁位置岩层产生大幅度变形，将拉动套管发生变形，当变形量超过钢性套管的承受能力，套管将发生断裂。套管断裂后，孔内的高承压水将从断裂位置沿着破裂岩层的裂隙外流。治理难度较大，且有一定的危险性。根据大量的研究成果及已发生套管断裂的探测成果，套管断裂的位置与孔口的距离一般在其所在巷道、硐室宽度的0.5～1.0倍之间。

发明内容

[0004] 针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法，其原理简单，操作方便且安全，能够有效预防井下新施工水文钻孔的套管断裂问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0006] 本发明提供一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法，具体包括以下步骤：

[0007] 1)、制作防断裂套管；设水文观测孔孔位所在巷道、硐室宽度为L，巷道、硐室围岩大幅变形、破裂的厚度一般小于L，则防断裂套管的制作步骤为：

[0008] a.先按照设计准备一根由常规钢管制作的常规钢性套管，，常规钢性套管的总长度需比《煤矿安全规程》规定的套管长L；

[0009] b.在与常规钢性套管管口距离为L～(L+0.2m)的区段粘结长度为0.2m的短节塑料管；

[0010] c.在短节塑料管外再粘接长度为L+0.2m的长节塑料管，长节塑料管在常规钢性套管的跨度为管口至(L+0.2m)的区段；

[0011] 2)、根据设计需要采用一定规格的钻头钻孔到一定深度；

[0012] 3)、钻孔中下放防断裂套管，下放深度小于钻孔深度0.2m；

[0013] 4)、采用防断裂套管内注浆、防断裂套管与钻孔孔壁之间返浆的方式，用单液水泥浆进行固管，浆液返出后，停止注浆；

[0014] 5)、固管的单液水泥浆充分固化后，原位扫孔钻进，并延伸钻进0.5m，进行套管耐压试验；

[0015] 6)、耐压试验达到设计要求后，在孔口安装高压防喷阀门，在原位套孔钻进延伸至终孔深度。

[0016] 优选地，步骤1)内的步骤b中，短节塑料管内径大于常规钢性套管外径0.5mm，短节塑料管长度0.2m，管壁厚度10mm。

[0017] 优选地，步骤1)内的步骤c中，长节塑料管内径大于短节塑料管外径0.5mm，长节塑料管管壁厚度3～5mm。

[0018] 优选地，步骤1)中，短节塑料管和长节塑料管材质均选用聚氯乙烯材质。

[0019] 优选地，步骤1)中，制作的防断裂套管、长节塑料管与常规钢性套管之间为长度为L的环柱状中空结构。

[0020] 优选地，步骤4)中，单液水泥浆的水灰比0.8：1。

[0021] 优选地，步骤4)中，固管过程中浆液不能进入长节塑料管与常规钢性套管之间为长度为L的环柱状中空结构，即常规钢性套管孔口L段与钻孔孔壁围岩是分离的。

[0022] 本发明的有益效果在于：本发明在预测的水文观测孔开孔位置的围岩变形、破裂段内采取常规钢性套管与固管水泥浆结石体分离的方式，当水文观测孔开孔位置的围岩发生大幅度的变形破裂时，由于长节塑料管的存在，围岩沿套管方向的变形可能很快就会拉断分离用的长节塑料管，不会对常规钢性套管产生影响；围岩沿垂直于套管方向的变形，由于分离用的长节塑料管与常规钢性套管内部的间隙可吸收此部分变形，不会对常规钢性套管产生影响，此方法操作方便，能够有效预防煤矿井下水文钻孔套管断裂问题。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1为本发明实施例中防断裂套管与围岩的位置示意图；

[0025] 图2为图1中A部的放大图。

[0026] 附图标记说明：

[0027] 1-围岩；2-常规钢性套管；3-水泥浆结石体；4-短节塑料管；5-长节塑料管。

具体实施方式

[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0029] 如图1至图2所示，一种井下新施工水文钻孔防套管断裂方法：具体包括以下步骤：

[0030] 1)、制作防断裂套管，如观测的目的含水层水压大于3.0MPa，根据《煤矿安全规程》，设计套管长度需大于20m，本次设计套管的有效长度为20.8m；如水文观测孔孔位所在巷道、硐室宽度为5m，则防断裂套管的制作步骤为：

[0031] a.先准备总长度为26m的常规钢管制作的常规钢性套管2；

[0032] b.在与常规钢性套管2管口距离为5.0～5.2m的区段，采用502胶水，粘接长度为0.2m的聚氯乙烯(PVC)材质的短节塑料管4，常规钢性套管2的外径为108mm，短节塑料管4的内径为108.5mm，短节塑料管4的管壁厚度为10mm；

[0033] c.在短节塑料管4外采用502胶水粘接内径为129mm、管壁厚度3mm的聚氯乙烯(PVC)材质的长节塑料管5，长节塑料管5在常规钢性套管2的跨度为管口至5.2m区段，长节塑料管5在管口至5.0m段与常规钢性套管2间形成有厚度为11mm的环形空间；

[0034] 2)、采用直径146mm钻头开孔钻进5.2m，然后换用直径127mm钻头原位套孔钻进至孔深26m；

[0035] 3)、钻孔内下放防断裂套管25.8m；

[0036] 4)、采用套管内注浆，防断裂套管与孔壁之间返浆的方式，用单液水泥浆进行固管，选用单液水泥浆的水灰比0.8：1；

[0037] 5)、固管的单液水泥浆充分固化后，水泥浆结石体3将使得套管与钻孔孔壁围岩固为一体，采用直径75mm钻头原位扫孔钻进至孔深26.5m，进行套管耐压试验；

[0038] 6)、耐压试验达到设计要求后，在孔口安装高压防喷阀门，再采用直径75mm钻头原位套孔钻进延伸至终孔深度。

[0039] 防断裂套管安装完成后，从孔口至5.0m段，常规钢性套管2与孔壁围岩1是分离的，当钻孔位置围岩1发生变形、破裂时，不会对常规钢性套管2产生影响，常规钢性套管2自然也就不会断裂。常规钢性套管2总安装长度26m，其通过水泥浆结石体3与围岩1固定为一体的长度为20.8m，则可保证其有效长度为20.8m。

[0040] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。