CN103742098A - 一种煤矿低抽巷穿层钻孔返渣封孔装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿低抽巷穿层钻孔返渣封孔装置及方法。该装置包括：封孔管，位于低抽巷顶板向上的岩石穿层钻孔内；支撑件，位于封孔管和钻孔壁之间，用于将封孔管固定在钻孔内；前封段，位于钻孔开口端的封孔管和钻孔壁的间隙内；固封段，位于前封段之后的封孔管和钻孔壁的间隙内，由返流岩屑固结而成。该方法首先进行上穿层钻孔；然后安装封孔管，在钻孔开口端处设置防水耐磨材料进行封堵；然后进行二次钻进，使钻进过程中形成的返流岩屑填充在封孔管和钻孔内壁的间隙内，固结后形成坚固的封孔材料。本发明利用煤岩层被钻进破碎后形成的返流岩屑形成坚固的封孔材料，可以在保证优良的封孔性能的同时，有效节省封孔材料，降低封孔成本。

Description

一种煤矿低抽巷穿层钻孔返渣封孔装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，涉及一种煤矿低抽巷穿层钻孔返渣封孔装置及封孔方法。

背景技术

煤矿开采过程中通常需要在突出煤层的底板岩层中施工穿层钻孔，在钻孔内埋设抽采管，子以实现瓦斯的抽采、利用等。为了阻止空气通过钻孔周围的岩石缝隙进入钻孔，需要对钻孔进行封堵的过程叫封孔。

目前多是通过聚氨酯封堵钻孔内抽采管子两端，在中间注水泥砂浆，以进行封孔。

比如中国平煤神马集团上穿层钻孔分为掩护式上穿层钻孔和预抽上穿层钻孔，其相关参数如表1所示：

表1.上穿层钻孔参数列表

但这种封孔方式存在如下弊端：

1）封孔工艺较为繁琐，既有聚氨酯两端封堵，又需要注入水泥砂浆填充；

2）水泥砂浆需要从地面运输下去，在需要工人一袋袋的扛到施工现场，工人劳动强度很大。水泥砂浆的配比以及需要的水泥标号，没有成熟的标准；

3）封孔成本较高：仅聚氨酯封孔的成本约为300元/孔，瓦斯抽放管和注水泥砂浆的注浆管每孔成本约为450元，加上水泥砂浆的成本50元，单孔的封孔成本约为800多元。

4）封孔工艺和抽采钻孔的施工是分别进行，劳动投入高。

因此，进行新式的封孔工艺及装置的研究，以实现减少钻孔的封孔材料、强化密封性能、降低封孔成本、提高钻孔有效抽采率等目的，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种煤矿低抽巷穿层钻孔返渣封孔装置及方法，可以有效节省封孔材料，减少封孔成本以及提高密封性能，并降低工人的劳动强度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种煤矿低抽巷穿层钻孔返渣封孔装置，包括：

封孔管，位于低抽巷顶板向上的岩石穿层钻孔内；

支撑件，位于封孔管和钻孔壁之间，用于将封孔管固定在钻孔内；

前封段，位于钻孔开口端的封孔管和钻孔壁的间隙内；

固封段，位于前封段之后的封孔管和钻孔壁的间隙内，由返流岩屑固结而成。

进一步地，所述支撑件为PVC片、木楔等楔形材料，对封孔管起支护作用。优选地，支撑件将封孔管保持在钻孔中心。

进一步地，所述前封段采用矿用防水胶带或者其他防水、耐磨材料。

进一步地，所述封孔管由多根管通过承插管件连接而成，每根管的长度为1-2m；所述支撑件放置在单根管的中间位置或者靠近承插管件的位置。

进一步地，所述前封段距钻孔口约300-350mm，长度也是300-350mm。

一种煤矿低抽巷穿层钻孔返渣封孔方法，其步骤包括：

1）对低抽巷顶板岩层进行向上穿层钻孔；

2）在钻孔内安装封孔管，通过支撑件将封孔管固定在钻孔中间位置，在最后一根封孔管的管壁上缠绕上防水耐磨材料，将该封孔管送入钻孔后使该防水耐磨材料密实地充填在封孔管与钻孔壁的间隙，用以封堵后续二次钻进过程中沉淀下来的岩石碎屑；

3）在封孔管内插入配有钻头的钻杆进行二次钻进，使钻进过程中形成的返流岩屑沿钻孔内壁流动并填充在封孔管和钻孔壁的间隙内，固结后形成坚固的封孔材料。

进一步地，所述封孔管由多根封孔管通过承插管件连接而成，所述支撑件设置在单根管的中间位置或者靠近承插管件的位置；由人工把封孔管安装并送入钻孔，或者安装后用钻机的钻杆顶进钻孔内。

本发明利用煤岩层被钻进破碎后形成的各种含水量的返流岩屑，通过积聚、脱水、粘化、固结的过程形成坚固的封孔材料。与现有技术相比，本发明避免了使用聚氨酯、水泥砂浆等成本较高的材料，减少了封孔管的长度，原来封孔管一般都在30米左右，现在只用12米就行，可以在保证优良的封孔性能的同时，有效节省封孔材料，降低工人的劳动强度，利于环保（利用施工钻孔的废渣进行封孔），降低封孔成本。

附图说明

图1是实施例中穿层钻孔返渣封孔工艺的原理图。

图2是实施例中钻机将封孔管推入钻孔的示意图。

图3是实施例中封孔管组示意图。

图4是实施例中支撑件支护封孔管的示意图。

图5是实施例中安设防水材料的示意图。

图6是实施例中二次钻进示意图，其中A为岩屑积聚过程，B为岩屑流动过程中少量岩屑穿过第一段密封处的示意图。

图7是实施例中封孔施工完毕后的密封示意图。

图中标号说明：

1-钻孔，2-钻机，3-封孔管，4-承插管件，5-支撑件，6-防水胶带，7-封口木屑，8-密封层。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步说明。

1.煤岩层穿层钻孔的封孔工艺的原理。

上覆岩层或煤层（钻进过程都是先钻岩层，最后穿过煤层）被钻进破碎后，会形成各种含水量的碎石、岩屑或它们的混合物，在水流和斜向重力的共同作用下，以各种速度沿钻孔内壁斜面产生类似流动的连续运动。

本发明将这些返流岩屑称为“返渣”，并利用这些返渣对穿层钻孔进行封孔，工艺原理具体如图1所示：在含水量达80％时，通过工艺改进使这些返流岩屑即“返渣”逐步积聚、脱水粘化，渐渐二次固结，最终形成坚固的封孔材料。

2.工艺步骤：

1）岩石钻孔

本实施例使用直径为113mm的钻头，配直径为50mm钻杆，钻进12m长度的岩石钻孔。

2）安装固定封孔管，并对其下端进行封堵

在刚施工的岩石钻孔1中插入封孔管3（或称为套管），可以使用钻机将封孔管推入，如图2所示，其中2为钻机，3为封孔管。

图3是封孔管组的示意图，如该图所示，封孔管由多根管连接而成，每根长1m或2m。

本实施例中，封孔管的外径75mm，内径65mm，长度共计12m。组成封孔管的多根管之间采用承插管件4连接。管子中间处或者靠近承插管件4的位置设有支撑件5，本实施例采用楔形的PVC片，对封孔管起支护作用并将封孔管保持在钻孔中心。

图4是支撑件4支护封孔管3的示意图。在封孔管送入钻孔时，由承插管件4连接封孔管后，支撑件即PVC片3一般就固定在封孔管子中间，固定在封孔管和钻孔壁之间，确保封孔管安全地固定在钻孔内并保持在钻孔中心。除PVC片外，支撑件4还可以采用木楔等材料。

如图3和图5所示，在最后进入钻孔的一段封孔管上缠绕防水胶带6，作为前封段，用于阻挡后续步骤中形成的返流岩屑，并起到密封作用，防止返渣流大量泄漏。具体实施时，在封孔管插入钻孔时的最后一根前，把防水胶带缠绕在封孔外壁，随着管子送入钻孔时，能够严密的充填在封孔管和钻孔孔壁之间，形成密闭的一段。除防水胶带外，也可以采用其它防水、耐磨材料。

全部封孔管进入钻孔后，在孔口处塞入木屑7等材料，与上述PVC片一起，将封孔管沿中心固定，如图6所示。

3）二次钻进

二次钻进的工艺原理如图1、图6、图7所示，该步骤是通过再次进行钻进，形成返流岩屑即“返渣”，沿着钻孔内壁向着缠绕有防腐胶带的一端流动，从而填充在封孔管和钻孔内壁的间隙内，逐步积聚、脱水、粘化，渐渐固结，最终形成坚固的封孔材料。封孔材料的长度优选在封孔管总长的一半以上，以保证优良的封孔效果。

本实施例使用直径为的56mm钻头配直径为50mm钻杆（如若用89mm的封孔管，可以用直径为75mm的钻头），通过封孔管后，继续钻进，即进行二次钻进。继续钻进时，前20-30m（具体长度根据现场顶板情况确定）要确保钻进速度低，尽可能的确保岩屑成粉状，并采取合适的水压，一般水压在5-7kg，以加强密封效果，之后可以适当提高钻进速度。

二次钻进采用的钻头可以是直径75mm或56mm的钻头，主要由安装的封孔管的直径决定钻头的大小，如用75mm的封孔管，则需要用56mm的钻头，如用89mm的封孔管，就用75mm的钻头。

下面具体说明返流岩屑的积聚和脱水粘化过程：

a）积聚过程

在二次钻进过程中，形成的岩屑在封孔管和钻孔壁的缝隙内随着水流向封孔管下端的防腐胶带流动，在此过程中岩屑进行积聚，如图6中A所示。

封孔管下端共有一段采用防水胶带密封，在岩屑随水流动过程中，少量的岩屑可能会穿过密封，如图6中B所示，但大部分岩屑积聚于上面的密封处之上。

b）脱水粘化过程

在此过程中水会从封孔管与钻杆之间的空隙流走，使得积聚在封孔管外壁与钻孔内壁空隙的岩屑逐渐脱水和粘化，形成水泥状。然后进入下一步骤的固结、沉积过程。

4）固结沉积

钻进完成后，岩屑沉积物填满封孔管和钻孔壁的间隙内，形成泥状的密封层。之后经过一段时间（如3天）的固结沉积过程，即完成了封孔工艺，如图7所示，其中8为密封层。完成封孔后再将封孔管连接到抽采支管上，进行后续瓦斯抽采等施工过程。

5）利用钻孔密封测试仪，使用10-30kpa的负压进行封孔效果的检验。检验结果发现，上述方法能够形成坚固的封孔材料，可以保证优良的封孔性能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims (10)

1.一种煤矿低抽巷穿层钻孔返渣封孔装置，其特征在于，包括：

封孔管，位于低抽巷顶板向上的岩石穿层钻孔内；

支撑件，位于封孔管和钻孔壁之间，用于将封孔管固定在钻孔内；

前封段，位于钻孔开口端的封孔管和钻孔壁的间隙内；

固封段，位于前封段之后的封孔管和钻孔壁的间隙内，由返流岩屑固结而成。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述封孔管位于钻孔中心。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述支撑件为楔形，材质为PVC或木材。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述前封段采用防水耐磨材料。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述前封段采用矿用防水胶带。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述封孔管由多根管通过承插管件连接而成，所述支撑件放置在单根管的中间位置或者靠近承插管件的位置。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述前封段的长度为300-350mm，距钻孔口约300-350mm。

8.一种煤矿低抽巷穿层钻孔返渣封孔方法，其步骤包括：

1）对低抽巷顶板岩层进行向上穿层钻孔；

2）在钻孔内安装封孔管，通过支撑件将封孔管固定在钻孔中间位置，在最后一根封孔管的管壁上缠绕防水耐磨材料，将该封孔管送入钻孔后使该防水耐磨材料密实地充填在封孔管与钻孔壁的间隙，用以封堵后续二次钻进过程中沉淀下来的岩石碎屑；

3）在封孔管内插入配有钻头的钻杆进行二次钻进，使钻进过程中形成的返流岩屑沿钻孔内壁流动并填充在封孔管和钻孔壁的间隙内，固结后形成坚固的封孔材料。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述封孔管由多根封孔管通过承插管件连接而成，所述支撑件设置在单根管的中间位置或者靠近承插管件的位置。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：由人工将封孔管送入钻孔，或者用钻机的钻杆将封孔管顶进钻孔内。

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