CN102913184B - 瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，包括如下步骤：（一）煤层抽采钻孔施工完毕后，对钻孔内第一注浆处注浆封孔；（二）对钻孔内第二注浆处注浆封孔；（三）对第一注浆处与第二注浆处之间的钻孔区域进行注浆封孔。本发明是为了解决现有技术存在的不足，提供一种瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，能有效防止抽采钻孔的漏气，从而提高瓦斯抽采效果。

Description

瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺

技术领域

本发明涉及煤矿井下煤层瓦斯抽采钻孔的封孔工艺，尤其是一种瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺。

背景技术

瓦斯抽采钻孔作为瓦斯抽采的起点，其封孔质量很大程度上影响了抽采的效率。现有的抽采钻孔永久性封孔方法有聚氨酯等发泡材料注浆封孔、囊袋式封孔、水泥砂浆封孔，其中水泥砂浆封孔法已很少使用，聚氨酯等发泡材料注浆封孔法使用最为广泛。

聚氨酯等发泡材料注浆封孔法将双组份聚氨酯材料混合搅拌后，用浸渍过的棉纱、棉布、毛巾等织物缠绕在封孔管的某一段，然后插入钻孔，聚氨酯材料发泡膨胀，进而将钻孔封堵。

囊袋式注浆封孔法（ZL200710054384.5）是将抽采管从囊袋中穿过，囊袋两端固定在抽采管上，囊袋两端较粗，中间较细，设有出浆控制阀。在孔口端有注浆管口，通过注浆管向囊袋内注浆，当囊袋内注浆材料注满并达到一定压力后，出浆控制阀自动打开，注浆材料注入囊袋之间的钻孔空隙。

井下煤层条件复杂，钻孔受地应力等因素影响会发生变形和破坏，使得钻孔更易发生漏气。钻孔漏气的途径一般有两种：一种是钻孔内封孔材料与孔壁结合不紧密以及径向裂隙未封堵导致的漏气，另一种是由于封孔深度短或其它原因而导致巷道煤壁内的裂隙未封堵产生的漏气。较为理想的封孔方法即是能够较好的阻止两种途径漏气的封孔方法。

聚氨酯等发泡材料注浆封孔法操作简单，但由于井下煤层条件复杂，钻孔受地应力等影响会发生变形和破坏，使得在实际应用中产生了以下问题：①发泡材料抗压能力低、可压缩量大，在发泡封孔时不能形成足够的膨胀力，不能挤入封孔段钻孔周围的裂隙，形成了钻孔漏气的通道；②其材料力学性能无法阻挡钻孔的蠕变和裂隙漏气通道的形成，对钻孔形不成有效支护作用，封孔段钻孔周围在封孔之后持续产生裂隙，导致钻孔漏气现象严重，影响了瓦斯抽采的浓度和效果。

囊袋式注浆封孔法克服了聚氨酯等发泡材料注浆封孔法的一些不足之处，但仍不完善。具体有：①囊袋内注浆压力较小，对封孔段钻孔周围的裂隙封堵效果较差；②囊袋间钻孔壁注浆压力低，钻孔壁注浆效果差；③装置工艺复杂，不可重复使用。

目前尚未有比较有效的封堵封孔段钻孔周围裂隙的抽采钻孔封孔技术，进而影响了瓦斯抽采的效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的不足，提供一种瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，能有效防止抽采钻孔的漏气，从而提高瓦斯抽采效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，包括如下步骤：（一）煤层抽采钻孔施工完毕后，对钻孔内第一注浆处注浆封孔；（二）对钻孔内第二注浆处注浆封孔；（三）对第一注浆处与第二注浆处之间的钻孔区域进行注浆封孔。

所述第一注浆处位于煤层应力集中峰后区，第二注浆处位于煤层应力卸压区。

步骤（一）以及步骤（二）中的注浆压力均不低于10Mpa，步骤（三）中的注浆压力不低于2Mpa。

所述步骤（一）以及步骤（二）中，采用的注浆材料为聚氨酯，在步骤（三）中，采用的注浆材料为水泥和水玻璃的混合浆液。

在步骤（一）以及步骤（二）中均通过第一封孔器注浆封孔，第一封孔器包括第一注浆管、前后间隔固定包裹于第一注浆管外圈的两第一胶囊、连接两第一胶囊的胶囊连接管和后侧第一胶囊上连接的流体充入管，第一注浆管前端封堵、后端开口，两第一胶囊之间的第一注浆管上设有孔眼。

步骤（三）中通过第二封孔器注浆封孔，第二封孔器为囊带式注浆封孔装置。

如权利要求6所述的瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，其特征在于：所述第一封孔器各部件以及其连接端可耐压力均不小于10Mpa，所述第二封孔器各部件以及其连接端可耐压力均不小于2Mpa。

本发明所述的瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，

第一阶段封孔时，分别在煤层应力集中峰后区和卸压区利用高压注入第一种注浆材料，使注浆材料——聚氨酯分别在所处注浆处向钻孔周边的煤层裂隙中渗透，两次注浆后可以在两个相邻的第一注浆处、第二注浆处之间形成防止漏气的隔离墙；在两道隔离墙形成后，第二次封孔时，注入第二种注浆材料——水泥和水玻璃的混合浆液（CS浆液），封孔区域为到两道隔离墙之间，浆液向两道隔离墙之间的钻孔周边的煤层裂隙渗透，并形成渗透带，并为抽采钻孔提供支撑力。这样，两次封孔后基本上堵实了钻孔的漏气通道，实现了抽采钻孔的有效封孔，进而提高抽采效果。

本发明所述的瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，根据抽采钻孔漏气原因，提出人造隔离墙的概念，利用高压分步向抽采钻孔周围煤体中注入复合材料，在相邻注浆处形成人造隔离墙，彻底封堵煤层各类裂隙裂缝，大幅度提高抽采效果。

附图说明

图1是本发明的步骤（一）结构示意图；

图2是本发明的步骤（二）结构示意图；

图3是本发明的步骤（三）结构示意图。

具体实施方式

由图1-图3所示的一种瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，包括如下步骤：（一）煤层抽采钻孔8施工完毕后，连接组装好相应长度的第一封孔器9，所述第一封孔器9包括第一注浆管6、前后间隔固定包裹于第一注浆管6外圈的两第一胶囊2、连接两第一胶囊2的胶囊连接管3和后侧第一胶囊2上连接的流体充入管5，胶囊连接管3用于连通两第一胶囊2，第一注浆管6前端封堵、后端开口，两第一胶囊2之间的第一注浆管6上设有孔眼4，第一注浆管6为硬管，这样，第一注浆管6前端堵实，中间打有孔眼4，后端可根据需要加长；将第一封孔器9放入钻孔8内并对第一注浆处1注浆封孔，第一注浆处1形成一个隔离墙，所述第一注浆处1位于煤层应力集中峰后区，此处注浆封孔的具体步骤如下：

①将高压流体排出装置通过流体充入管5向两第一胶囊2中充入高压流体,当流体为气体时，高压流体排出装置为连接气源的高压气泵，当流体为水时，高压流体排出装置为连接水源的高压泵；②待两第一胶囊2压力达到一定值时，（两第一胶囊2压力不小于10MPa），将第一注浆管6的后端口7通过高压橡胶管与注浆泵连接，并准备注浆材料；③开始高压注浆，将注浆材料由注浆泵注入第一注浆管6，并从第一注浆管6的孔眼4中喷出，注浆压力不低于10Mpa，当注浆达到设定标准后停止注浆，第一注浆处1形成第一处隔离墙；④释放两第一胶囊2中的流体。

（二）将第一封孔器9外移至第二注浆处10，第二注浆处10位于煤层应力卸压区，重复步骤①——③，通过第一封孔器9在钻孔8内第二注浆处10注浆封孔，第二注浆处10形成另一个隔离墙，第一胶囊2冲入流体后的压力以及注浆压力也均不低于10Mpa，所以第一封孔器9各部件以及其连接端可耐压力均不小于10Mpa。所述步骤（一）以及步骤（二）中，采用的注浆材料为聚氨酯。

（三）对第一注浆处1以及第二注浆处10之间的钻孔区域14通过第二封孔器16进行注浆封孔：第二封孔器16为囊带式注浆封孔装置，第二封孔器16包括第二胶囊11和从第二胶囊11中穿过的抽采管13，第二胶囊11前后两端固定在抽采管13上，第二胶囊11设有排气装置，在第二胶囊11的中部固有膨胀控制环，膨胀控制环上设有出浆控制阀12，出浆控制阀12为压力单向阀，即当压力达到一定值时，出浆控制阀12阀门打开，注浆液单向流动；第二胶囊11的后端连接有第二注浆管15，（囊袋式注浆封孔装置为专利号为：ZL200710054384.5，名称为“囊袋式注浆封孔装置及其封孔方法”的公开技术，故不详细叙述。）此处注浆封孔的具体步骤如下：先将第二封孔器16放入钻孔8，位置为第一注浆处1与第二注浆处10之间；再将第二注浆管15和注浆泵连接，并准备注浆材料；开始注浆，将注浆材料由注浆泵注入第二注浆管15，注浆压力不低于2Mpa，达到设定标准后停止注浆，所述第一封孔器9各部件以及其连接端可耐压力均不小于2Mpa。在步骤（三）中，采用的注浆材料为水泥和水玻璃的混合浆液（即CS浆液）。

（四）清洗注浆泵以备下次使用，并将抽采管13连接抽采系统。

当然，本发明不拘泥于上述形式，步骤（1）-步骤（3）可使用同种浆液，都使用聚氨酯或者CS浆液或者水泥浆等其他浆液均可。

本发明的原理为：

步骤（一）、步骤（二）完成了第一阶段封孔，分别在煤层应力集中峰后区和卸压区利用高压注入第一种复合注浆材料——聚氨酯。将第一封孔器9放到钻孔8合适位置后高压向两第一胶囊2中充入流体，两第一胶囊2膨胀后堵实钻孔8，然后利用高压（不低于10MPa）向两个第一胶囊2之间的钻孔8空隙注入注浆材料聚氨酯，注入的注浆材料可以保证在相应注浆处钻孔8周边煤体受地应力作用发生微小变化时仍能堵实裂隙，并在高注浆压力（不低于10MPa）及两端第一胶囊2封堵的作用下，注浆材料向钻孔8周边煤层裂隙中渗透。在两次注浆后在抽采钻孔8形成两个相邻的防止漏气的隔离墙。

步骤（三）完成了第二阶段封孔，利用第二封孔器16注入第二种复合注浆材料——水泥和水玻璃的混合浆液。在两道隔离墙形成后，将第二封孔器16放入钻孔8中，封孔区域为到两道隔离墙之间的钻孔8部分。注浆时使第二胶囊11先膨胀堵实钻孔8，在注浆压力（不小于2MPa）的作用下，注浆材料从第二封孔器16的出浆控制阀12喷出，然后注浆材料进入两隔离墙之间的钻孔8空隙，注浆材料继续向钻孔8周边煤层裂隙渗透，形成位于两隔离墙之间的渗透带，并为抽采钻孔8提供支撑力。两阶段封孔后基本上堵实了钻孔8的漏气通道，实现了抽采钻孔8的有效封孔，进而提高抽采效果。

第一封孔器9和第二封孔器16中的第一胶囊2、第二胶囊11均为采用橡胶、袖筒布等材料合成的弹性薄壁材料或者高压橡胶管，胶囊壁可以透过空气但不会透过注浆材料。第一封孔器9可重复利用，第二封孔器16固定在抽采钻孔8内进行永久封孔，第一封孔器9和第二封孔器16注浆时分别注入聚氨酯和水泥、水玻璃的混合浆液,聚氨酯具有渗透性好、密封性强、弹塑性高的特点，水泥、水玻璃的混合浆液具有抗压强度高、渗透性适中、密封性强的特点。

当然，本发明不拘泥于上述形式，第一封孔器9和第二封孔器16还可采用其他囊袋注浆结构，并且第一注浆处1以及第二注浆处10除了可分别选为煤层应力集中峰后区和煤层应力卸压区，还可为其他煤层钻孔8中煤层裂隙较大的两处位置，并在这两处钻孔8位置高压注浆封孔，形成两隔离墙，则两隔离墙之间的钻孔8处再次注浆封孔，在两隔离墙之间形成隔离带，彻底封堵煤层各类裂隙裂缝，大幅度提高抽采效果。

Claims (3)

1.一种瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，其特征在于：包括如下步骤：（一）煤层抽采钻孔施工完毕后，对钻孔内第一注浆处注浆封孔；（二）对钻孔内第二注浆处注浆封孔；（三）对第一注浆处与第二注浆处之间的钻孔区域进行注浆封孔，所述第一注浆处位于煤层应力集中峰后区，第二注浆处位于煤层应力卸压区，步骤（一）以及步骤（二）中的注浆压力均不低于10Mpa，步骤（三）中的注浆压力不低于2Mpa，在步骤（一）以及步骤（二）中均通过第一封孔器注浆封孔，第一封孔器包括第一注浆管、前后间隔固定包裹于第一注浆管外圈的两第一胶囊、连接两第一胶囊的胶囊连接管和后侧第一胶囊上连接的流体充入管，第一注浆管前端封堵、后端开口，两第一胶囊之间的第一注浆管上设有孔眼，步骤（三）中通过第二封孔器注浆封孔，第二封孔器为囊带式注浆封孔装置。

2.如权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，其特征在于：所述步骤（一）以及步骤（二）中，采用的注浆材料为聚氨酯，在步骤（三）中，采用的注浆材料为水泥和水玻璃的混合浆液。

3.如权利要求2所述的瓦斯抽采钻孔人造隔离墙二次复合高压注浆封孔工艺，其特征在于：所述第一封孔器各部件以及其连接端可耐压力均不小于10Mpa，所述第二封孔器各部件以及其连接端可耐压力均不小于2Mpa。