阅读说明：本技术 一种煤矿地面钻孔精准透巷的施工方法 (Construction method for coal mine ground drilling accurate tunnel penetration ) 是由 李川 刘继千 陈卡 范传征 张思伟 席二宣 张亚伟 王聪 孙明利 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种煤矿地面钻孔精准透巷的施工方法,属于煤矿的开采领域,包括了透巷钻孔的结构设计和透巷主要施工方法,通过设计三开钻孔结构,三次开孔,利用无线测斜仪器和数值模拟技术对钻孔进行实时监测,并对钻孔轨迹进行不断地修正,使得钻孔的最终落点到达巷道的目标位置,实现了精准透巷的目的,能够满足煤矿地面工程钻孔或者煤矿求援孔的一次性精准透巷,并且保证钻孔钻具安全的要求。(The invention discloses a construction method for accurately penetrating a coal mine ground drilled hole, which belongs to the field of coal mine mining and comprises a structural design of a penetrated drilled hole and a main construction method for penetrating the penetrated hole.)

一种煤矿地面钻孔精准透巷的施工方法

技术领域

本发明属于煤矿的开采领域，具体涉及一种煤矿地面钻孔精准透巷的施工方法。

背景技术

煤矿开采施工过程中，需要从地面建立和井下巷道的联系，采用从地面钻孔至巷道的方式，这类钻孔一般为地面向井下输送物料的投料孔或者注氮孔，也可以为煤矿事故地面救援井等类似钻孔。

要从地面钻孔使得钻孔能够穿透至巷道，在钻孔过程中很难控制钻孔轨迹，不能有效控制钻孔能够精准透巷。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种煤矿地面钻孔精准透巷的施工方法，能够实现从地面钻孔精准透巷。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种煤矿地面钻孔精准透巷的施工方法，包括地面和巷道，施工方法包括以下步骤：

S01：布置地面钻孔的位置；

S02：使用数值模拟技术确定井下巷道的坐标，设计透巷轨迹路线，并建立透巷模拟图；

S03：实行第一次钻孔，向下钻有第一开孔，第一开孔的底端至少钻入基岩面下20m，施工完毕后，测量第一开孔孔身的三个参数，即孔深、孔斜和方位，再使用磁性测斜仪测得方位角(即磁方位角)，磁方位角需校正为真方位角，并对所测得的第一开孔孔身的三个参数数据进行磁偏角校正；

S04：向第一开孔内下放第一护壁套管，第一护壁套管与第一开孔同轴放置，第一护壁套管悬挂在第一开孔的开口处并且至少高出地面0.5m，第一护壁套管的直径比第一开孔的直径至少小50mm，第一护壁套管放置完成后，向第一护壁套管的外壁和第一开孔的内壁之间注入水泥浆，利用水泥封固第一护壁套管；

S05：以第一开孔的底端和轴心为基准，实行第二次钻孔，向下钻有第二开孔，第二开孔的直径小于第一护壁套管的直径，第二开孔的底端与巷道顶板之间的距离不得大于20m，第二次钻孔过程中利用线随钻测斜仪器和数值模拟技术模拟钻孔轨迹，不断修正钻孔轨迹；

S06：第二次钻孔施工完毕后，利用磁性测斜仪器对第二次钻孔的已钻轨迹进行复测校核；

S07：向第二次开孔内下放第二护壁套管，第二护壁套管与第二开孔同轴放置，第二护壁套管悬挂在第二开孔的开口处并且至少高出地面0.5m，第二护壁套管的直径比二开孔的直径至少小10mm，第二护壁套管放置完成后，向第二护壁套管的外壁和第二开孔的内壁之间注入水泥浆，利用水泥封固第二护壁套管；

S08：以第二开孔的孔底为基准，实行第三次钻孔，下钻有第三开孔，第三开孔的直径小于第二护壁套管的直径，第三次钻孔自第二开孔的底端钻至巷道底板。

进一步地，所述S03中第一次钻孔使用常规钻具施工。

进一步地，所述S05中第二次钻孔使用螺杆钻具定向钻孔施工。

进一步地，所述S08中第三次钻孔使用常规钻具施工。

进一步地，所述S05的具体步骤为：

第二次钻孔过程中，将无线随钻测斜仪器安装于钻具上，通过无线随钻测斜仪器测出钻具的井斜和方位等数据，无线随钻测斜仪器将测得的数据信号传递给地面计算机，地面计算机将接收到的数据信号换算为钻具的位置坐标，根据钻具的位置坐标，利用数值模拟技术精准计算出第二次钻孔的轨迹；

根据第二次钻孔的轨迹，模拟分析第二开孔的孔底位置与巷道顶板之间的位置关系，并且进行数据预测，根据预测数据计算模拟出实时的第二次钻孔设计轨迹；

根据设计的第二次钻孔实时轨迹，利用计算机实时监控第二次钻孔的轨迹，并控制第二次钻孔轨迹，通过第二次钻孔实际轨迹与巷道位置的平面图、剖面图实时对比，在第二次钻孔过程中不断地修正第二次钻孔轨迹，使得第二开孔的实时孔底不断地向预估的巷道中心地目标地点的方向靠近。

本发明的有益效果：

通过设计三开钻孔结构，利用无线随钻测斜仪器和数值模拟技术能够对钻孔轨迹实行监测控制，使得地面钻孔精准透巷。

附图说明

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，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。

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的剖面控制模拟示意图；

图3是本发明实施例的平面控制模拟示意图；

图4是本发明实施例的三维控制模拟示意图；

图5是本发明实施例的测量仪器计算轨迹校核模拟示意图。

具体实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种煤矿地面钻孔精准透巷的施工方法，如图1所示，包括地面1与巷道2，施工方法包括以下步骤：

S01：根据井下巷道2的位置、深度以及地层倾角等要素，合理布置地面1钻孔的位置，钻孔孔位位于巷道2的正上方或者钻孔孔位距离巷道21-5m；

S02：根据井下巷道2的位置、深度和地层倾角等参数，使用数值模拟技术确定井下巷道2的坐标，再依据布置的地面1钻孔的位置，设计透巷轨迹路线，并建立透巷模拟图，依据透巷模拟图可实现实际钻孔轨迹动态监视的目的；

S03：在布置的地面1钻孔孔位的位置实行第一次钻孔，第一次钻孔使用常规钻具施工，向下钻有第一开孔11，第一开孔11的底端至少钻入基岩面3下20m，施工完毕后，测量第一开孔11孔身的三个参数，即孔深、孔斜和方位，再使用磁性测斜仪测得方位角(即磁方位角)，磁方位角需校正为真方位角，并对所测得的第一开孔11孔身的三个参数数据进行磁偏角校正；

S04：向第一开孔11内下放第一护壁套管15，第一护壁套管15与第一开孔11同轴放置，第一护壁套管15悬挂在第一开孔11的开口处并且高出地面1至少有0.5m，第一护壁套管15的直径比第一开孔11的直径至少小50mm，第一护壁套管15放置完成后，向第一护壁套管15的外壁和第一开孔11的内壁之间注入水泥浆14，利用水泥封固第一护壁套管15；

S05：以第一开孔11的底端和轴心为基准，实行第二次钻孔，第二次钻孔使用螺杆钻具定向钻孔施工，向下钻有第二开孔12，第二开孔12的直径小于第一护壁套管15的直径，第二开孔12的底端与巷道2顶板之间的距离不得大于20m；

如图2、图3、图4和图5所示，第二次钻孔过程中，将无线随钻测斜仪器安装于钻具上，通过无线随钻测斜仪器测出钻具的井斜和方位等数据，无线随钻测斜仪器将测得的数据信号传递给地面计算机，地面计算机将接收到的数据信号换算为钻具的位置坐标，根据钻具的位置坐标，利用数值模拟技术精准计算出第二次钻孔的轨迹；

根据第二次钻孔的轨迹，模拟分析第二开孔12的孔底位置与巷道2顶板之间的位置关系，并且进行数据预测，根据预测数据计算模拟出实时的第二次钻孔设计轨迹；

根据设计的第二次钻孔实时轨迹，利用计算机实时监控第二次钻孔的轨迹，并控制第二次钻孔轨迹，通过第二次钻孔实际轨迹与巷道2位置的平面图、剖面图实时对比，在第二次钻孔过程中不断地修正第二次钻孔轨迹，使得第二开孔12的实时孔底不断地向预估的巷道2中心地目标地点的方向靠近，这样使得第二次钻孔结束时，最终的第二开孔12孔底落点于预估的巷道2内；

S06：第二次钻孔施工完毕后，利用磁性测斜仪器对第二次钻孔的已钻轨迹进行复测，通过无线随钻测斜仪器测量的数据与磁性测斜仪器测量的数据进行对比，校核第二次钻孔轨迹是否达到要求；

S07：向第二次开孔内下放第二护壁套管17，第二护壁套管17与第二开孔12同轴放置，第二护壁套管17悬挂在第二开孔12的开口处并且高出地面1至少有0.5m，第二护壁套管17的直径比第二开孔12的直径至少小10mm，第二护壁套管17放置完成后，向第二护壁套管17的外壁和第二开孔12的内壁之间注入水泥浆14，利用水泥封固第二护壁套管17；第一护壁套管15和第二护壁套管17能够在第三次钻孔精准透巷后有效保护钻孔孔壁的稳定性，能够预防卡钻等安全事故，第一开孔11和第二开孔12为第三次钻孔精准透巷提供了必要条件；

S08：以第二开孔12的孔底为基准，实行第三次钻孔，第三次钻孔使用常规钻具施工，向下钻有第三开孔13，第三开孔13的直径小于第二护壁套管17的直径，在第二开孔12的精确定向轨迹的基础上，第三次钻孔自第二开孔12的底端钻至巷道2底板，实现第三开孔13的精准透巷。

工作原理：

设计三开钻孔结构，通过第一次钻孔初步粗略地预设出钻孔透巷的大致位置，在第一开孔11的基础上，利用无线随钻测斜仪器测量相关参数，结合计算机数值模拟技术对第二次钻孔的轨迹进行实时监测并修正，实现第二次钻孔的导向目的，在第二开孔12的基础上实现第三次钻孔精准透巷。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。