CN105735935B - 一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺 - Google Patents
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Abstract
一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，包括以下步骤：1）钻渣磨粉制浆，收集施工钻孔后排出的钻渣，并将钻渣粉碎为颗粒状与粉状混合物，向颗粒状与粉状混合物中加入水，混合搅拌均匀至浆状，得原浆；2）制备浆料添加剂，以丙烯酸酯胶黏剂作为基体，向基体内加入硅烷偶联剂、乙醇和醋酸的外加剂，经混合均匀后得到浆料添加剂；3）制备填充料浆，将浆料添加剂加入到原浆中，混合搅拌均匀，即得填充料浆；4）注入填充料浆，将填充料浆注入钻孔中，待填充料浆凝固后，完成钻孔封孔。本发明所述工艺，将施工钻孔后排出的废弃钻渣回收利用，极大地节约了封孔成本，且整个封孔工艺简便易操作，降低了工人的劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及煤层钻孔封孔技术领域，具体为一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺。
背景技术
煤层气是生于煤层并主要以吸附状态储集在煤层中的一种非常规天然气，俗称瓦斯，主要成分是甲烷。煤层瓦斯治理的根本途径是抽采，抽采钻孔密封的质量决定着瓦斯抽放的质量，高密封性的瓦斯抽放钻孔能抽出高浓度的瓦斯，缩短瓦斯抽放时间，节约能源消耗，提高企业效益。现有的封孔方法主要有水泥浆封孔、黄泥封孔、聚氨酯封孔及传统封孔器封孔，其中，水泥浆封孔和黄泥封孔的操作十分简单，但这两种封孔方式存在三个突出的问题：一是适用范围小，主要针对上行钻孔，对下行或水平钻孔效果较差；二是水泥浆和黄泥凝固速度快，凝固体易出现裂隙，整体抗压强度低，封孔效果难以得到保障；三是水泥浆和黄泥原材料的运输需要耗费较大的人力物力，特别是在煤层井下的施工环境中，施工空间十分有限，进一步加大运输成本。聚氨酯封孔过程中，由于反应速度快，封孔深度较短，难以避开钻孔孔口附近形成的破碎区和裂隙发育区，且聚氨酯反应形成的凝固体强度低，难以对裸露的钻孔孔壁形成一定发支护作用，抽采过程中岁孔壁出现裂隙或变形而导致封孔效果急剧下降，直接影响瓦斯抽采率。传统的囊袋封孔器对孔径的大小和钻孔形状的适应性差，封孔质量更不能得到保障。
且上述的现有主要封孔方法中，在进行封孔操作之前均需要投入大量人力物力进行封孔物料的运输，同时，由钻孔施工带来的钻渣占用了较大的施工空间，在井下煤层施工空间十分有限的环境下，必须对这些钻渣在封孔施工前进行清理，而清理钻渣又需要耗费较大的人力物力进行装卸运输，十分繁琐，且成本较高，清理的钻渣也只能作为废料闲置堆积，得不到利用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，钻渣得到了再利用，节约了封孔成本，且工艺简便易操作，降低了工人的劳动强度，降低了运输成本。
本发明为了解决上述问题所采取的技术方案为：一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，包括以下步骤：
1）钻渣磨粉制浆
收集施工钻孔后排出的钻渣，并将钻渣粉碎为颗粒状与粉状混合物，然后向颗粒状与粉状混合物中加入水，混合搅拌均匀至浆状，得原浆；其中，颗粒状物料的最大粒径不大于6mm，按照重量比，颗粒状与粉状混合物与加入水的比例为1.5:1；
2）制备浆料添加剂
以丙烯酸酯胶黏剂作为基体，向基体内加入基体总量8-10%的外加剂，经混合后在30-40℃的恒温环境下匀速搅拌均匀后，置入真空环境中匀置5-8min，取出，得到浆料添加剂，其中，外加剂为硅烷偶联剂、乙醇和醋酸按重量比4：15：1混合得到；
3）制备填充料浆
按照浆料添加剂与原浆重量比2:5，取步骤2）制得的浆料添加剂加入到步骤1）得到的原浆中，混合搅拌均匀，即得填充料浆；
4）注入填充料浆
将填充料浆注入钻孔中，待10-20min填充料浆凝固后，完成钻孔封孔。
作为优选的，所述外加剂的pH值为4-5。
作为优选的，将基体与外加剂混合后在35℃的恒温环境下以80r/min的速度匀速搅拌25-30min。
作为优选的，在步骤3）所述填充料浆中掺入占其总量5-7%的硅粉。
作为优选的，所述硅烷偶联剂的链烯基为乙烯基。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明所述的一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，将施工钻孔后排出的废弃钻渣回收利用，极大地节约了封孔成本，且整个封孔工艺简便易操作，降低了工人的劳动强度，避免了用其他材料封孔时需要人工运输封孔料以及单独清理钻渣的繁琐，降低了运输成本。
第二，本发明所述的一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，突破性地将胶黏剂跨领域应用到煤层钻孔封孔施工中，并充分结合煤层钻孔的施工环境特点，对与钻渣相结合的胶黏剂进行粘结强度、韧性、抗压硬度上的工艺处理，使胶黏剂能在发挥粘结性能的同时，能充分适应煤层钻孔内的复杂地质条件，以提高封孔效果。
第三，本发明所述的一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，在封孔施工前对胶黏剂的工艺处理中，作为外加剂的硅烷偶联剂、乙醇和醋酸混合溶液的加入对浆料添加剂整体而言，实质上是组成了浆料添加剂的溶质，而丙烯酸酯胶黏剂作为基体实质上则组成了浆料添加剂的溶剂，乙醇的加入能极大提高硅烷偶联剂的物理扩散能力，在恒温环境下的匀速搅拌过程中，硅烷偶联剂可充分扩散至丙烯酸酯胶黏剂中，并充分结合硅烷偶联剂的分子中同时具有能和无机质材料以及有机质材料化学结合的反应基团这一特点，增加了浆料添加剂的粘结强度；
另外，硅烷偶联剂作为含硅有机物，其实质为乙烯基的有机硅化合物，利用乙烯基的活性与丙烯酸酯单体共聚，可对丙烯酸酯进行化学改性，使有机硅分子以化学键的形式结合到丙烯酸酯大分子上，从结构上完成对丙烯酸酯的分子级改性，极大提高丙烯酸酯胶黏剂的粘接强度和抗压硬度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
实施例1
一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，包括以下步骤：
1）钻渣磨粉制浆
收集施工钻孔后排出的钻渣，钻渣主要为煤芯粉和岩石粉，并将钻渣用粉碎机粉碎为颗粒状与粉状混合物，置入混合搅拌机中，然后向颗粒状与粉状混合物中加入水，混合搅拌均匀至浆状，得原浆；其中，颗粒状物料的最大粒径不大于6mm，按照重量比，颗粒状与粉状混合物与加入水的比例为1.5:1；
2）制备浆料添加剂
以丙烯酸酯胶黏剂作为基体，向基体内加入基体总量8%的外加剂，经混合后在30℃的恒温环境下匀速搅拌均匀后，置入真空环境中匀置5min，取出，得到浆料添加剂，其中，外加剂为硅烷偶联剂、乙醇和醋酸按重量比4：15：1混合得到；
3）制备填充料浆
按照浆料添加剂与原浆重量比2:5，取步骤2）制得的浆料添加剂加入到步骤1）得到的原浆中，混合搅拌均匀，即得填充料浆；
4）注入填充料浆
将填充料浆注入钻孔中，待10-20min填充料浆凝固后，完成钻孔封孔。
以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上作进一步的改进、优化或限定。
进一步的，所述外加剂的pH值为4。
进一步的，将基体与外加剂混合后在35℃的恒温环境下以80r/min的速度匀速搅拌25min。
进一步的，在步骤3）所述填充料浆中掺入占其总量5%的硅粉。
进一步的，所述硅烷偶联剂的链烯基为乙烯基。
实施例2
一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，包括以下步骤：
1）钻渣磨粉制浆
收集施工钻孔后排出的钻渣，钻渣主要为煤芯粉和岩石粉，并将钻渣用粉碎机粉碎为颗粒状与粉状混合物，置入混合搅拌机中，然后向颗粒状与粉状混合物中加入水，混合搅拌均匀至浆状，得原浆；其中，颗粒状物料的最大粒径不大于6mm，按照重量比，颗粒状与粉状混合物与加入水的比例为1.5:1；
2）制备浆料添加剂
以丙烯酸酯胶黏剂作为基体，向基体内加入基体总量10%的外加剂，经混合后在40℃的恒温环境下匀速搅拌均匀后，置入真空环境中匀置8min，取出，得到浆料添加剂，其中，外加剂为硅烷偶联剂、乙醇和醋酸按重量比4：15：1混合得到；
3）制备填充料浆
按照浆料添加剂与原浆重量比2:5，取步骤2）制得的浆料添加剂加入到步骤1）得到的原浆中，混合搅拌均匀，即得填充料浆；
4）注入填充料浆
将填充料浆注入钻孔中，待10-20min填充料浆凝固后，完成钻孔封孔。
以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上作进一步的改进、优化或限定。
进一步的，所述外加剂的pH值为5。
进一步的，将基体与外加剂混合后在35℃的恒温环境下以80r/min的速度匀速搅拌30min。
进一步的，在步骤3）所述填充料浆中掺入占其总量7%的硅粉。
进一步的，所述硅烷偶联剂的链烯基为乙烯基。
实施例3
一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，包括以下步骤：
1）钻渣磨粉制浆
收集施工钻孔后排出的钻渣，钻渣主要为煤芯粉和岩石粉，并将钻渣用粉碎机粉碎为颗粒状与粉状混合物，置入混合搅拌机中，然后向颗粒状与粉状混合物中加入水，混合搅拌均匀至浆状，得原浆；其中，颗粒状物料的最大粒径不大于6mm，按照重量比，颗粒状与粉状混合物与加入水的比例为1.5:1；
2）制备浆料添加剂
以丙烯酸酯胶黏剂作为基体，向基体内加入基体总量9%的外加剂，经混合后在35℃的恒温环境下匀速搅拌均匀后，置入真空环境中匀置7min，取出，得到浆料添加剂，其中，外加剂为硅烷偶联剂、乙醇和醋酸按重量比4：15：1混合得到；
3）制备填充料浆
按照浆料添加剂与原浆重量比2:5，取步骤2）制得的浆料添加剂加入到步骤1）得到的原浆中，混合搅拌均匀，即得填充料浆；
4）注入填充料浆
将填充料浆注入钻孔中，待10-20min填充料浆凝固后，完成钻孔封孔。
以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上作进一步的改进、优化或限定。
进一步的，所述外加剂的pH值为5。
进一步的，将基体与外加剂混合后在35℃的恒温环境下以80r/min的速度匀速搅拌28min。
进一步的，在步骤3）所述填充料浆中掺入占其总量6%的硅粉。
进一步的，所述硅烷偶联剂的链烯基为乙烯基。
本发明所述的封孔工艺中，将钻渣粉碎为颗粒状与粉状混合物主要是为了简化粉碎操作，只要能够保证钻渣中不含有粒径大于10mm的颗粒便可符合粉碎操作的要求，而经过多次的现场重复实验，最终确定当粉碎后钻渣中的颗粒粒径在6mm以下时，所制备的原浆用作钻孔填充物效果最佳；另外，原浆中的颗粒状物料还可以起到填充骨架的作用，将原浆填充入钻孔中后，颗粒状的物料作为骨架，能在钻孔内起到一定的支撑作用，且颗粒状物料之间必然存在一定的间隙，方便后续原浆与浆料添加剂后，浆料添加剂的充分扩散与均匀分布，进一步保证填充浆料的强度；
本发明中，在浆料添加剂的制备过程中，向丙烯酸酯胶黏剂基体中加入外加剂搅拌后之所以需要在真空环境中匀置，主要是为了使外加剂中的硅烷偶联剂能与机体中的丙烯酸酯在真空环境下进行充分化合共聚反应，使硅烷偶联剂中的有机硅分子以化学键的形式结合到丙烯酸酯大分子上，从结构上完成对丙烯酸酯的分子级改性，提高丙烯酸酯胶黏剂的粘接强度和抗压硬度；
而外加剂中醋酸主要是作为pH调节剂存在于外加剂中，使外加剂的pH值呈现酸性，在酸性环境下更有利于外加剂对丙烯酸酯胶黏剂的化学改性；
另外，本发明中，还可以在步骤3）所述填充料浆中掺入固定量的硅粉，且硅粉为80目硅粉与120目硅粉按1:1的比例混合所得，硅粉是一种质硬但易碎的物料，其掺入不能高于10%，不同目数的硅粉混合，能更有益于其与填充料浆充分混合，且在提高填充浆料强硬度效果上也比单一目数硅粉的掺入更好，在实际生产中，经过多次重复性试验，最终确定在填充料浆中掺入占其总量6%的硅粉为最佳掺入比例，但由于填充钻孔所需要使用的填充浆料量较大，且硅粉的成本较高，为了成本的考虑，硅粉仅作为选择性添加物料使用，仅当钻孔所处的煤层环境疏松易坍塌的情况下才掺入使用固定量的硅粉。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容作出的些许更动或修饰均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）钻渣磨粉制浆
收集施工钻孔后排出的钻渣，并将钻渣粉碎为颗粒状与粉状混合物，然后向颗粒状与粉状混合物中加入水，混合搅拌均匀至浆状，得原浆；其中，颗粒状物料的最大粒径不大于6mm，按照重量比，颗粒状与粉状混合物与加入水的比例为1.5:1；
2）制备浆料添加剂
以丙烯酸酯胶黏剂作为基体，向基体内加入基体总量8-10%的外加剂，经混合后在30-40℃的恒温环境下匀速搅拌均匀后，置入真空环境中匀置5-8min，取出，得到浆料添加剂，其中，外加剂为硅烷偶联剂、乙醇和醋酸按重量比4：15：1混合得到，外加剂的pH值为4-5；
3）制备填充料浆
按照浆料添加剂与原浆重量比2:5，取步骤2）制得的浆料添加剂加入到步骤1）得到的原浆中，混合搅拌均匀，即得填充料浆；
4）注入填充料浆
将填充料浆注入钻孔中，待10-20min填充料浆凝固后，完成钻孔封孔。
2.如权利要求1所述的一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，其特征在于：将基体与外加剂混合后在35℃的恒温环境下以80r/min的速度匀速搅拌25-30min。
3.如权利要求1所述的一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，其特征在于：在步骤3）所述填充料浆中掺入占其总量5-7%的硅粉。
4.如权利要求1所述的一种瓦斯抽放钻孔封孔工艺，其特征在于：所述硅烷偶联剂的链烯基为乙烯基。
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