一种超远距钻孔悬浮排渣装置及排渣方法与流程

本发明涉及的是矿井排渣，具体涉及的是一种超远距钻孔悬浮排渣装置及排渣方法。

背景技术：

1、我国现有高瓦斯、突出矿井接近2000处，在高瓦斯、突出矿井瓦斯治理与防治技术中，打钻抽采瓦斯为主要的手段之一，随着矿井生产效率的提高，钻机设备及施钻技术的发展，超远距钻孔的应用愈发广泛，但超远距钻孔钻进过程中，经常遇到排渣不畅导致钻进效率低或无法继续钻进的问题。

2、现有中国专利名称为一种惰性气体打钻排渣装备及方法，公开号为cn112228068a，公开了一种惰性气体打钻排渣装备，其中钻杆内部具有惰性气体通道，钻杆的前端具有与惰性气体通道连通的排气孔，钻机的动力端连接钻杆，移动制惰性气体装置的气体输出端通过注惰性气体软管与钻杆内的惰性气体通道连通，钻杆中部具有套管，该套管设置在钻孔外并封闭钻孔孔口，套管通过气渣输送管与气渣分离器连通；移动制惰性气体装置在钻杆钻进时向钻孔孔底输入惰性气体，并使孔内气体和钻进产生的渣料进入气渣分离器，本惰性气体打钻排渣装备可减少钻进施工过程中的塌孔、堵孔事故，避免空气压风排渣引起的钻孔内瓦斯燃烧问题。但是通过气体排渣不能适用于超远距钻孔，超远距钻孔为岩石钻孔，若是使用惰性气体打钻排渣装备对超远距钻孔进行排渣，岩层硬度大，产生的岩尘危害大；也易产生高温，钻机钻头损坏率高。

3、现有中国专利名称为一种裂隙发育煤岩体用排水排渣装置，公开号为cn109184786a，公开了一种裂隙发育煤岩体用排水排渣装置，包括潜入下行钻孔内的筒体以及插入至筒体下部的排水管，还包括吹气管，所述吹气管的出口端与筒体的底部平齐；所述筒体的顶部设有封盖，底部设有单向导通机构；所述筒体上设有进气排气装置；所述进气排气装置在排气时通过单向导通机构将钻孔内的积水吸入到筒体内，在进气时通过排水管将积水压到钻孔外。现有技术中利用水进行排渣，但是水不能对钻孔纵向起伏形成低洼处的废渣进行排出，也不能当废渣堵塞钻孔的问题给予及时解决，导致排渣效率低，从而导致钻进效率低。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何及时排除低洼处的废渣，提高排渣效率。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

3、本发明第一方面提供了一种超远距钻孔悬浮排渣装置，包括煤悬浮溶液、压力设备、钻机，所述钻机包括多根首尾连通的钻杆，及在钻杆前端固定的钻头；多根所述钻杆中至少一根被配置为增速连接杆；所述增速连接杆的杆体设有射流孔，所述射流孔被配置为自增速连接杆内壁至外壁朝向孔口设置，同时，射流孔位于增速连接杆内壁的孔为小口径，位于增速连接杆外壁的孔为大口径；所述小口径为圆形或椭圆形，大口径为自孔口至孔底方向尺寸逐渐增大的异形孔；所述增速连接杆位于在超远距钻孔的低洼处和孔底之间；所述压力设备被配置为将所述煤悬浮溶液增压依次流入钻杆和钻头，所述煤悬浮溶液从钻头及射流孔流出，所述煤悬浮溶液的密度大于废渣与水混合液。

4、有益效果：本申请通过煤悬浮溶液替代矿井水作为排渣介质，把超远距钻孔以及钻孔纵向起伏后的低洼处沉积态的废渣悬浮在溶液中，通过煤悬浮溶液带着废渣向孔口流出，有效排出超远距钻孔中的废渣，提高排渣效率；废渣悬浮在溶液中也减少废渣与孔壁、钻杆的接触，降低了摩擦阻力，有利于钻杆和钻头的钻进活动，提高钻孔的效率。

5、本申请增速连接杆的位置是根据地质勘探、工程设计，已知超远距钻孔深度及低洼处位置，工程人员根据钻孔深度和低洼处位置设计钻杆长度以及增速连接杆位于整个钻杆的位置，以保证当钻进深度达到设定值时，增速连接杆位于低洼处和孔底之间。

6、本申请通过增速连接杆的射流孔喷出煤悬浮溶液，喷出的方向是朝着孔口方向，有利于煤悬浮溶液带着废渣快速地向孔口流出，提高排渣效率。当增速连接杆位于超远距钻孔的低洼处和孔底之间，有益扰动了悬浮在煤悬浮溶液的废渣，增加溶液流动的动力，也有利于解决废渣堵塞钻孔，有效地排出低洼处和堵塞的废渣，进一步提高排渣效率。

7、优选的，所述增速连接杆位于超远距钻孔的低洼处靠近孔底的位置。

8、优选的，所述增速连接杆位于距孔底三分之一的位置。

9、优选的，所述增速连接杆位于低洼处靠近孔底且距孔底不低于三分之一的位置。

10、优选的，还包括配比箱，所述配比箱用于配制煤悬浮溶液，所述配比箱出液口与压力设备连接。

11、优选的，所述煤悬浮溶液的密度大于2g/cm3的溶液。

12、优选的，所述煤悬浮溶液为na2so4溶液。

13、优选的，所述压力设备为压力管道或泵车。

14、本发明第二方面提供了一种超远距钻孔悬浮排渣方法，使用上述装置，包括以下步骤：

15、使用配比箱配制煤悬浮溶液，使用压力设备将所述煤悬浮溶液增压流入钻机中，将钻杆、增速连接杆和钻头依次连接，将其依次通入超远距钻孔中，使得增速连接杆位于超远距钻孔的低洼处和孔底之间；开启压力设备，煤悬浮溶液从钻头及射流孔流出，煤悬浮溶液携带废渣向孔口流出，将废渣排出超远距钻孔。

16、本发明的优点在于：

17、1.本申请通过煤悬浮溶液替代矿井水作为排渣介质，把超远距钻孔以及钻孔纵向起伏后的低洼处沉积态的废渣悬浮在溶液中，通过煤悬浮溶液带着废渣向孔口流出，有效排出超远距钻孔中的废渣，提高排渣效率；废渣悬浮在溶液中也减少废渣与孔壁、钻杆的接触，降低了摩擦阻力，有利于钻杆和钻头的钻进活动，提高钻孔的效率。

18、2.本申请通过增速连接杆的锥形射流孔平喷出煤悬浮溶液，喷出的方向是朝着孔口方向，有利于煤悬浮溶液向孔口流出，保持了超远距钻孔的通道畅通，提高排渣效率。当增速连接杆位于超远距钻孔的低洼处和孔底之间，有益扰动了悬浮在煤悬浮溶液的废渣，增加溶液流动的动力，也有利于解决废渣堵塞钻孔，有效地排出低洼处和堵塞的废渣，进一步提高排渣效率。

19、3.在钻孔施工至目标深度位置，重新调配煤悬浮溶液，使之形成过饱和溶液对钻孔进行洗孔后，可以在钻孔通道里留有颗粒性结晶，用于吸收钻孔煤壁水分，打开煤壁孔隙通道，提高瓦斯抽采效果。

技术特征：

1.一种超远距钻孔悬浮排渣装置，其特征在于，包括煤悬浮溶液(2)、压力设备(3)和钻机(4)，所述钻机(4)包括多根首尾连通的钻杆(5)，及在钻杆前端固定的钻头(7)，多根所述钻杆(5)中至少一根被配置为增速连接杆(6)；

2.根据权利要求1所述的超远距钻孔悬浮排渣装置，其特征在于，所述增速连接杆(6)位于超远距钻孔的低洼处靠近孔底的位置。

3.根据权利要求2所述的超远距钻孔悬浮排渣装置，其特征在于，所述增速连接杆(6)位于距孔底三分之一的位置。

4.根据权利要求1所述的超远距钻孔悬浮排渣装置，其特征在于，所述增速连接杆(6)位于低洼处靠近孔底且距孔底不低于三分之一的位置。

5.根据权利要求1所述的超远距钻孔悬浮排渣装置，其特征在于，还包括配比箱(1)，所述配比箱(1)用于配制煤悬浮溶液(2)，所述配比箱(1)出液口与压力设备(3)连接。

6.根据权利要求1所述的超远距钻孔悬浮排渣装置，其特征在于，所述煤悬浮溶液(2)的密度大于2g/cm3的溶液。

7.根据权利要求6所述的超远距钻孔悬浮排渣装置，其特征在于，所述煤悬浮溶液为na2so4溶液。

8.根据权利要求1所述的超远距钻孔悬浮排渣装置，其特征在于，所述压力设备(3)为压力管道或泵车。

9.一种超远距钻孔悬浮排渣方法，使用如权利要求1-8任一项所述的超远距钻孔悬浮排渣装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明提供了一种超远距钻孔悬浮排渣装置及排渣方法，包括煤悬浮溶液、压力设备、钻机和增速连接杆，所述压力设备连通煤悬浮溶液和钻机，所述煤悬浮溶液通过压力设备提供压力将煤悬浮溶液通过钻机流进超远距钻孔内，所述煤悬浮溶液的密度大于废渣，所述增速连接杆与钻机连接，所述增速连接杆固定在钻孔的低洼处，所述增速连接杆的杆身设有射流孔，所述射流孔为喷口朝向孔口设置。本申请通过煤悬浮溶液替代矿井水作为排渣介质，把超远距钻孔以及钻孔纵向起伏后的低洼处沉积态的废渣变为悬浮在溶液中，减少沉积废渣与孔壁、钻杆的接触，降低了摩擦阻力，有效排出低洼处的废渣，提高排渣效率。技术研发人员：邱国涛,周伟,吕士磊,陆春辉,陈文斌,翟艳鹏,马嘉星,程国军受保护的技术使用者：平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23