CN102434194A - 形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构及其制作方法，瓦斯抽放钻孔结构包括：瓦斯抽放钻孔(2)；围绕在瓦斯抽放钻孔周围的多个辅助孔(3)，辅助孔中填充有膨胀剂。根据本发明的瓦斯抽放钻孔结构及其制作方法能够对巷道两帮煤壁卸压带内的煤壁裂隙进行有效地封堵，阻断巷道中空气向瓦斯抽放钻孔流动的通道，降低瓦斯抽放钻孔的漏气量，大幅度地提高瓦斯抽放效率。且其能够提高煤壁的稳定性，减少煤壁片帮伤人事故的发生，对现场的施工安全具有重要意义。

Description

形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井的瓦斯抽放钻孔的封孔技术领域，且具体地，涉及形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构及其制作方法。

背景技术

瓦斯抽放是高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井综合治理矿井瓦斯的治本之策，瓦斯抽放方法比较多，按空间上划分有本煤层抽放、邻近层抽放、采空区抽放；按时间上划分为采前预抽、边掘边抽、边采边抽、采空区抽放；按抽放工艺划分为巷道抽放法、钻孔抽放法、巷道和钻孔联合抽放法；按是否受到卸压影响又可分为未卸压抽放、卸压抽放等。但是在矿井瓦斯抽放过程中往往由于抽放钻孔封孔不严密造成巷道内的空气在高负压的情况下进入瓦斯抽放钻孔，致使瓦斯抽放钻孔内负压降低、瓦斯浓度也降低，严重地影响了瓦斯泵的抽放效率和矿井的安全生产。

针对这种情况国内外许多科研机构都展开了技术攻关。早期的瓦斯抽放钻孔的封孔工艺是采用水泥砂浆进行封孔，这种封孔工艺操作简单，成本也比较低，但是封孔效果不是太好，因为水泥砂浆凝固硬化后容易出现许多崩裂的裂缝与巷道连通，这样会导致巷道中的空气在高负压的作用下顺着崩裂的裂缝进入瓦斯抽放钻孔，从而影响了瓦斯抽放钻孔的封孔质量。最近一段时期，国内普遍采用了聚氨酯封孔工艺，这种封孔工艺是采用卷缠药液法，聚氨酯由甲、乙两种药液混合而成，封孔时按比例将甲、乙两组药液倒入容器内混合搅拌1分钟。当药液由原来的黄色变为乳白色时，将混合液倒在塑料编织或毛巾布带上并缠在抽放管上固定后，送入钻孔大约5分钟后，药液开始发泡膨胀，20分钟后停止发泡，逐渐硬化固结。此种封孔方法缺点是不适宜于封孔要求较深的钻孔。

无论水泥砂浆封孔还是聚氨酯封孔，其均是研究的重点放在如何把瓦斯抽放钻孔本身封堵严实、不漏气方面。然而，在煤巷掘进过程中，煤层的原有应力平衡被破坏，在煤巷两帮的煤壁正前方形成了卸压带、应力集中带、原始应力带三个带。据研究表明，卸压带的宽度大致从煤巷两帮的煤壁向正前方延伸5～6m左右，在这个区域内煤层在工作面前方集中应力的作用下，出现扩容现象，煤层透气性显著提高，存在大量的煤层裂隙给空气流动提供了有利通道。同时，在集中应力峰后区，煤层整体变为塑性状态，钻孔周围的极限塑性区范围急剧扩大，大量的裂隙与瓦斯抽放钻孔、煤巷巷道相连通，这样，在高负压的情况下，即使采用水泥砂浆或者聚氨酯把瓦斯抽放钻孔本身封堵严密也无法阻挡巷道中的空气从巷道两帮的煤壁的裂隙进入瓦斯抽放钻孔中，从而导致瓦斯抽放钻孔出现严重漏气现象。而且，随着我国定向长钻孔的广泛推广和应用，在定向长钻孔施工过程中，由于高压水(一般能够达到30～40MPa左右)在将钻孔的煤粉排出钻孔的同时对巷道煤壁卸压带内破碎的媒体有一定的冲刷作用，严重地影响了煤壁的稳定性，存在片帮的危险，从而对现场施工人员的人身安全也构成了严重威胁。

发明内容

为克服现有技术中的上述缺陷而提出本发明，且本发明旨在提供一种形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构及其制作方法，利用该方法形成的瓦斯抽放钻孔在使用期间能够有利地降低瓦斯抽放钻孔的漏气现象发生，提高瓦斯抽放效率。

根据本发明，提供了一种形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构，包括：瓦斯抽放钻孔；围绕在所述瓦斯抽放钻孔周围的多个辅助孔，所述辅助孔中填充有膨胀剂。

进一步地，所述辅助孔从所述煤层的煤壁平行于所述瓦斯抽放钻孔的钻入起始端向内延伸一预定深度。

进一步地，所述辅助孔的所述预定深度为5-7m。

进一步地，所述辅助孔的孔径为35-45mm。

进一步地，所述辅助孔的数量为至少八个。

进一步地，所述辅助孔的轴线与所述瓦斯抽放钻孔的轴线平行。

进一步地，所述辅助孔围绕所述瓦斯抽放钻孔等间距地布置。

进一步地，所述瓦斯抽放钻孔与瓦斯排放管接合，并且所述瓦斯抽放钻孔的孔壁与所述瓦斯排放管的外壁之间的间隙由密封剂填充。

进一步地，所述膨胀剂为罗克休、马丽散、聚氨酯、固帮特或速凝水泥。

进一步地，所述罗克休中的树脂与催化剂之间的比例为4∶1。

进一步地，所述密封剂选自水泥砂浆、聚氨酯、马丽散或其组合。

根据本发明的另一方面，提供了一种在煤层中形成瓦斯抽放钻孔结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤1)确定待形成的瓦斯抽放钻孔在所述煤层中的位置；

步骤2)围绕所述位置形成多个辅助孔；

步骤3)在所述辅助孔中填充膨胀剂；

步骤4)在所述膨胀剂固化之后，在所述位置处形成所述瓦斯抽放钻孔。

进一步地，围绕所述位置形成至少八个所述辅助孔。

进一步地，在所述步骤4)之后，所述方法进一步包括：步骤5)将瓦斯排放管接合至所述瓦斯抽放钻孔，并用密封剂密封所述瓦斯抽放钻孔的孔壁与所述瓦斯排放管的外壁之间的间隙。

进一步地，在所述步骤3)之后并在所述步骤4)之前，所述方法进一步包括，当填充完所述膨胀剂之后，用可除去的盖子封闭所述辅助孔。

进一步地，在所述步骤2)中，围绕所述位置等间距地布置多个所述辅助孔。

相比于现有技术，根据本发明的形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构及其方法能够实现以下有益技术效果：

(1)本发明的形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构及其方法能够对巷道两帮煤壁卸压带内的煤壁裂隙进行有效地封堵，阻断巷道中空气向瓦斯抽放钻孔流动的通道，降低瓦斯抽放钻孔的漏气量，大幅度地提高瓦斯抽放效率。

(2)本发明的形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构及其方法克服了单一使用聚氨酯封孔法的弊端，既对瓦斯抽放钻孔本身进行有效封堵，同时又对巷道两帮煤壁卸压带内的煤壁裂隙进行封堵，阻断巷道中空气向瓦斯抽放钻孔流动的通道。

(3)本发明的形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构及其方法通过向煤壁注入大量的罗克休，能够对施工现场的煤壁进行有效的加固，提高煤壁的稳定性，减少煤壁片帮伤人事故的发生，对现场的施工安全具有重要意义。

(4)本发明的形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构及其方法施工操作简单、灵活，施工人员很容易掌握操作工艺。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是示出煤巷掘进过程中煤巷两帮的应力带分布示意图。

图2示意性地示出了利用根据本发明的在煤层中形成瓦斯抽放钻孔的方法所形成的瓦斯抽放钻孔；

图3示意性地示出了图2所示瓦斯抽放钻孔的侧面剖视图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，对本发明的用于在煤层中形成瓦斯抽放钻孔的方法进行详细说明。

图1是示出煤巷掘进过程中煤巷两帮的应力曲线18的示意图。如图1所示，在煤巷的掘进过程中，煤层12的原有应力平衡被破坏，在煤巷两帮的煤壁正前方形成了包括卸压带14、应力集中带13和原始应力带12的三个应力带，其中，卸压带14的宽度大致从煤巷15两帮的煤壁向内延伸5～7m，在这个区域内，煤层16在工作面前方集中应力的作用下会出现扩容现象，煤层透气性显著提高，存在大量的煤层裂隙，给空气流动提供了有利通道，同时在集中应力峰后区，煤层整体变为塑性状态，瓦斯抽放钻孔周围的极限塑性区范围急剧扩大，大量的裂隙与瓦斯抽放钻孔、煤巷巷道相连通。这样，在高负压的情况下，即使采用水泥砂浆或者聚氨酯将瓦斯抽放钻孔本身封堵严密，也无法阻挡巷道中的空气从巷道两帮的煤壁的裂隙进入瓦斯抽放钻孔中，从而导致瓦斯抽放钻孔出现严重的漏气现象。

图2示出了利用根据本发明的在煤层中形成瓦斯抽放钻孔的方法所形成的瓦斯抽放钻孔。根据本发明的方法能够有效克服现有技术中的缺陷。

根据本发明的方法，首先，设定待形成在煤层16中的瓦斯抽放钻孔2的位置。当设定好待形成的瓦斯抽放钻孔2的位置之后，不急于钻取该瓦斯抽放钻孔2，而是利用诸如煤电钻垂直于煤壁26围绕待形成的瓦斯抽放钻孔2的位置钻出多个辅助孔3。在图2所示实施例中，围绕待形成的瓦斯抽放钻孔2的位置钻出八个辅助孔3，这八个辅助孔3的轴线平行于待形成的瓦斯抽放钻孔2的轴线且等间距地排列为诸如图2所示的菱形。一般地，辅助孔3的数量为至少八个以上。

如图3所示，在本发明的该实施例中，辅助孔3从煤壁26平行于瓦斯抽放钻孔2的钻入起始端向内延伸一预定深度。每个辅助孔3的孔径为35-45mm，具体可为42mm，深度为5-7m，具体可为6m。

当形成辅助孔3之后，可以利用风泵将例如罗克休的膨胀剂填充到辅助孔3内。为了更有利于膨胀剂在辅助孔3内的固化，在填充好罗克休之后，可利用可拆卸的盖子封闭辅助孔3的开口，当然，也可用诸如棉纱和木楔将辅助孔3封堵严实。

当罗克休在辅助孔3内固化之后，在待形成瓦斯抽放钻孔2的位置处利用钻形成该瓦斯抽放钻孔2。

这样，根据本发明的制作方法，由于诸如罗克休的膨胀剂在辅助孔3内发生膨胀、变形并迅速地沿着煤孔孔壁裂隙向周围进行渗透，从而对卸压带的煤壁裂隙进行了有效封堵，阻断了巷道中空气向瓦斯抽放钻孔流动的通道。此外，诸如罗克休的膨胀剂还起到加固煤体的作用，这样封堵了煤壁的裂隙后再打瓦斯抽放钻孔还能够有效地防止煤壁片帮，保证现场施工人员的人身安全，起到一举两得的作用。

罗克休(胶体浆)是采用树脂和催化剂两种不同的胶体聚合材料，通过高压风带动的多功能气泵自不同的两个容器通过软胶管吸入泵中，并同时压入注射枪中，两种液体经过注射枪的加压，优选以4∶1的体积相混合、发泡，填充到辅助钻孔中，瞬间发泡达到原体积的30倍左右。该产品具有良好的机械抗压性，可用于封堵煤层裂隙。这种罗克休材料的特性在于：高膨胀率，膨胀体积为原体积的25～30倍；充填用量小；反应迅速，常温下20～30s即可反应完毕，10～15℃时3～5min膨胀结束，并在20min内硬化，能够有效地堵塞煤壁的各种裂隙，同时具有良好的抗压能力(0.2MPa)，且经得起岩层的运动，能够大幅度地增加煤壁的稳定性。

可选地，膨胀剂可使用马丽散、聚氨酯、固帮特或速凝水泥。

进一步地，在形成好瓦斯抽放钻孔2之后，将瓦斯排放管(未示出)接合至该瓦斯抽放钻孔2上，并用密封剂密封瓦斯抽放钻孔2的孔壁与瓦斯排放管的管壁之间的间隙，这样能够有效地降低瓦斯抽放钻孔的漏气现象发生，提高瓦斯泵的瓦斯抽放效率。优选地，该密封剂选自水泥砂浆、聚氨酯、马丽散或其组合。

根据本发明的方法能够对巷道两帮煤壁卸压带内的煤壁裂隙进行有效地封堵，阻断巷道中空气向瓦斯抽放钻孔流动的通道，降低瓦斯抽放钻孔的漏气量，大幅度地提高瓦斯抽放效率。且通过向煤壁注如大量的罗克休，使得能够对施工现场的煤壁进行有效的加固，提高煤壁的稳定性，减少煤壁片帮伤人事故的发生，对现场的施工安全具有重要意义。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种形成在煤层中的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，包括：

瓦斯抽放钻孔(2)；

围绕在所述瓦斯抽放钻孔周围的多个辅助孔(3)，所述辅助孔中填充有膨胀剂。

2.根据权利要求1所述的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，所述辅助孔(3)从所述煤层的煤壁平行于所述瓦斯抽放钻孔(2)的钻入起始端向内延伸一预定深度。

3.根据权利要求2所述的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，所述辅助孔(3)的所述预定深度为5-7m。

4.根据权利要求2所述的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，所述辅助孔(3)的孔径为35-45mm。

5.根据权利要求1所述的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，所述辅助孔(3)的数量为至少八个。

6.根据权利要求1所述的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，所述辅助孔(3)的轴线与所述瓦斯抽放钻孔(2)的轴线平行。

7.根据权利要求1所述的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，所述辅助孔(3)围绕所述瓦斯抽放钻孔(2)等间距地布置。

8.根据权利要求1所述的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，所述瓦斯抽放钻孔(2)与瓦斯排放管接合，并且所述瓦斯抽放钻孔(2)的孔壁与所述瓦斯排放管的外壁之间的间隙由密封剂填充。

9.根据权利要求1所述的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，所述膨胀剂为罗克休、马丽散、聚氨酯、固帮特或速凝水泥。

10.根据权利要求9所述的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，所述罗克休中的树脂与催化剂之间的比例为4∶1。

11.根据权利要求8所述的瓦斯抽放钻孔结构，其特征在于，所述密封剂选自水泥砂浆、聚氨酯、马丽散或其组合。

12.一种在煤层中形成瓦斯抽放钻孔结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)确定待形成的瓦斯抽放钻孔(2)在所述煤层中的位置；

步骤2)围绕所述位置形成多个辅助孔(3)；

步骤3)在所述辅助孔(3)中填充膨胀剂；

步骤4)在所述膨胀剂固化之后，在所述位置处形成所述瓦斯抽放钻孔(2)。

13.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤2)中，围绕所述位置形成至少八个所述辅助孔(3)。

14.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤4)之后，所述制作方法进一步包括：

步骤5)将瓦斯排放管接合至所述瓦斯抽放钻孔(2)，并用密封剂密封所述瓦斯抽放钻孔(2)的孔壁与所述瓦斯排放管的外壁之间的间隙。

15.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤3)之后并在所述步骤4)之前，所述制作方法进一步包括，当填充完所述膨胀剂之后，用可除去的盖子封闭所述辅助孔。

16.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤2)中，围绕所述位置等间距地布置多个所述辅助孔(3)。

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