CN105756599A - 煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置及封孔方法 - Google Patents

Abstract

煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置，包括相互平行设置的瓦斯抽采管、注气管和注水管；瓦斯抽采管上由内向外依次设有第一限位块、第一膨胀气囊、第二限位块、第三限位块、第二膨胀气囊和第四限位块，注气管的内端口与第一膨胀气囊内部连通，注气管上开设有与第二膨胀气囊内部连通的注气孔，注水管的内端口位于第二限位块和第三限位块之间。本发明还公开了一种封孔方法。本发明采用的封孔材料为价格低廉的水和空气，可以根据需要利用井下压风系统和供水系统对其进行补充，以保证良好的封孔质量，抽采工作结束后整个装置可以回收再利用，不会对煤体、地下水和井下空气造成污染，提升了矿井安全水平，有利于煤矿瓦斯治理新技术的推广。

Description

煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置及封孔方法

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯灾害防治及瓦斯利用领域，具体涉及一种煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置及封孔方法。

背景技术

高瓦斯矿井是众多煤矿发展的必然趋势。随着开采深度的增加，煤层原始瓦斯含量逐渐增高，且随采掘作业进度的加快，瓦斯涌出量也随之增大，工作面瓦斯问题依然是威胁矿井正常安全生产的首要问题。瓦斯抽采是矿井瓦斯治理的治本之策，而抽采钻孔封孔工作是煤矿瓦斯抽采最基本的工作之一，但由于井下地质条件较为复杂，同时受当前技术水平的限制，致使钻孔封孔质量差、漏气现象严重，从而导致抽采瓦斯浓度偏低、抽采效果差、抽采达标周期长等问题，不能很好的解决煤层瓦斯问题。抽采瓦斯浓度偏低，达不到瓦斯合理利用的标准，不得不将低浓度瓦斯直接排放到大气中，这不但造成清洁能源的浪费，还会对大气造成严重污染。因此，无论从瓦斯灾害防治、保护环境，还是从资源利用的角度出发，保证良好的封孔质量都具有重要意义。

为此，国内外研究开发了多种封孔方法与装备，大量实验表明：水泥砂浆等固体封孔材料由于自身固有缺陷及煤岩体的蠕变效应等因素，封孔材料固化后难以有效封堵钻孔周边的裂隙通道；聚氨酯材料等封孔装置抗压能力较差，容易导致钻孔漏气失效问题，且成本较高。鉴于当前煤炭市场的严峻形势，如何实现安全性高、成本低廉、简单高效封孔，对提高瓦斯的抽采水平、矿井安全开采以及煤矿的综合效益具有十分重要的意义。

发明内容

本发明为了解决现有封孔技术中的不足之处，提供一种封孔效果明显、安全性高、操作方便快速、封孔成本低廉、可重复使用，且可改善封孔作业环境的煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置及封孔方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置，包括相互平行设置的瓦斯抽采管、注气管和注水管；以瓦斯抽采管的一端为内端，另一端为外端；瓦斯抽采管上由内向外依次设有第一限位块、第一膨胀气囊、第二限位块、第三限位块、第二膨胀气囊和第四限位块，注气管由外向内依次穿过第四限位块、第二膨胀气囊、第三限位块和第二限位块，注气管的内端口与第一膨胀气囊内部连通，注气管上开设有与第二膨胀气囊内部连通的注气孔，注水管由外向内依次穿过第四限位块、第二膨胀气囊和第三限位块，注水管的内端口位于第二限位块和第三限位块之间；

第一限位块、第二限位块、第三限位块和第四限位块均与瓦斯抽采管外表面固定并密封连接，第三限位块和第四限位块均与注气管外表面密封连接，第三限位块和第四限位块均与注水管外表面密封连接。

注气管上由外向内依次设有第一单向阀、第一压力表和手自一体泄压阀，手自一体泄压阀位于第四限位块外侧。

注水管上由外向内依次设有第二单向阀和第二压力表，第二压力表位于第四限位块外侧。

煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置的封孔方法，包括以下步骤：

（1）、将待封钻孔清理干净，并将孔内的浮煤和岩屑吹出；

（2）、在钻孔外安装封孔装置：根据瓦斯抽采工作对封孔长度、始封深度相关参数的要求，确定第一膨胀气囊、第二膨胀气囊植入钻孔内的合适位置以及注气管、注水管的长度，将第一限位块、第一膨胀气囊、第二限位块、第三限位块、第二膨胀气囊和第四限位块固定在瓦斯抽采管的相应位置，然后一起送入到钻孔指定位置，同时装配上注气管和注水管，注气管上安装上第一单向阀、第一压力表和手自一体泄压阀，在注水管上安装上第二单向阀和第二压力表；

（3）、将安装好的封孔装置由外向内放入到钻孔内，直到第四限位块也放置到钻孔内即可；

（4）、将注气管与井下压风系统相连接，且要保证密封性良好，打开第一单向阀和手自一体泄压阀利用压风系统向第一膨胀气囊和第二膨胀气囊内注气，当第一压力表显示≥0.5MPa后停止注气，并关闭第一单向阀和手自一体泄压阀，第一膨胀气囊和第二膨胀气囊膨胀后与钻孔的内壁接触并密封，实现“两头气堵”；

（5）、将注水管与井下供水系统相连接，且要保证密封性良好，然后打开第二单向阀，利用井下供水系统向第一膨胀气囊和第二膨胀气囊之间的空间注水，水在注水压力作用下进入钻孔裂隙，起到封堵钻孔形成初期漏气通道的作用，当第二压力表显示≥1MPa后停止向钻孔内注水，并关闭第二单向阀，实现“中间水封”；

（6）、封孔完成后，按照封孔作业规程的要求连接瓦斯抽采管，进行瓦斯联抽工作；

（7）、在日常生产过程中定期查看第一压力表和第二压力表的示数，当压力示数低于设定值时，利用井下压风系统和供水系统对其进行补充空气或水，以保持钻孔的良好密封性；

（8）、当钻孔完成抽采工作后，通过手自一体卸载阀对第一膨胀气囊和第二膨胀气囊进行卸压，位于第一膨胀气囊和第二膨胀气囊之间的水自动流出钻孔，然后将封孔装置回收，以备下次使用。

采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

一、成本低廉，易操作，工艺、工序简单，安全性高，且能实现高质量封孔；

二、随着时间和空间的延续，由于周期来压、钻孔周边煤岩体的蠕变效应等的影响，地应力对穿层孔的压力可能发生变化，致使钻孔发生变形，此时第一膨胀气囊和第二膨胀气囊能随着钻孔变形而变形，当压力超过设定最高压力后可通过，手自一体卸载阀自动卸压，保证封孔装置的完好性，当压力低于设定最低值时，手自一体卸载阀自动关闭，仍能保证钻孔的密封性；

三、注气管和注水管分别安置有第一压力表和第二压力表，可显示出钻孔内封孔的气压和水压，当压力示数低于设定值时，利用井下压风系统或者供水系统对其进行补充空气或水，以保持钻孔良好密封性；

四、该封孔装置只需井下的压风系统和供水系统对其静压注水和注气即可，不需购置注水泵和充气泵，降低了封孔设备费用。

五、当钻孔完成瓦斯抽采工作后，可通过手动卸载气囊内的空气，水自动流出钻孔，以实现装置的回收再利用，降低封孔成本；

六、封孔介质为洁净的水和空气，材料价格低廉，不会对煤体、地下水和井下空气造成污染；

七、水体可在压力作用下进入钻孔周边的微小孔隙中，可有效封堵孔周裂隙；注水管、注气管、抽采管均为抗静电、阻燃的硬质PVC管子，保证在后续的采煤、掘进工作中切割这些管子的时间不会产生电火花等安全隐患，确保矿井安全生产；

综上所述，本发明在封孔过程中，采用的封孔材料为价格低廉的水和空气，可以根据需要利用井下压风系统和供水系统对其进行补充，以保证良好的封孔质量，抽采工作结束后整个装置可以回收再利用，实现了安全性高、操作方便快速、成本低廉且封孔效果明显的封孔目的，不会对煤体、地下水和井下空气造成污染，改善了封孔环境，提升了矿井安全水平，有利于煤矿瓦斯治理新技术的推广。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置，包括相互平行设置的瓦斯抽采管1、注气管2和注水管3；以瓦斯抽采管1的一端为内端，另一端为外端；瓦斯抽采管1上由内向外依次设有第一限位块4、第一膨胀气囊5、第二限位块6、第三限位块7、第二膨胀气囊8和第四限位块9，注气管2由外向内依次穿过第四限位块9、第二膨胀气囊8、第三限位块7和第二限位块6，注气管2的内端口与第一膨胀气囊5内部连通，注气管2上开设有与第二膨胀气囊8内部连通的注气孔10，注水管3由外向内依次穿过第四限位块9、第二膨胀气囊8和第三限位块7，注水管3的内端口位于第二限位块6和第三限位块7之间；

第一限位块4、第二限位块6、第三限位块7和第四限位块9均与瓦斯抽采管1外表面固定并密封连接，第三限位块7和第四限位块9均与注气管2外表面密封连接，第三限位块7和第四限位块9均与注水管3外表面密封连接。

注气管2上由外向内依次设有第一单向阀11、第一压力表12和手自一体泄压阀13，手自一体泄压阀13位于第四限位块9外侧。

注水管3上由外向内依次设有第二单向阀14和第二压力表15，第二压力表15位于第四限位块9外侧。

煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置的封孔方法，包括以下步骤：

（1）、将待封钻孔16清理干净，并将孔内的浮煤和岩屑吹出；

（2）、在钻孔16外安装封孔装置：根据瓦斯抽采工作对封孔长度、始封深度相关参数的要求，确定第一膨胀气囊5、第二膨胀气囊8植入钻孔16内的合适位置以及注气管2、注水管3的长度，将第一限位块4、第一膨胀气囊5、第二限位块6、第三限位块7、第二膨胀气囊8和第四限位块9固定在瓦斯抽采管1的相应位置，然后一起送入到钻孔16指定位置，同时装配上注气管2和注水管3，注气管2上安装上第一单向阀11、第一压力表12和手自一体泄压阀13，在注水管3上安装上第二单向阀14和第二压力表15；

（3）、将安装好的封孔装置由外向内放入到钻孔16内，直到第四限位块9也放置到钻孔16内即可；

（4）、将注气管2与井下压风系统相连接，且要保证密封性良好，打开第一单向阀11和手自一体泄压阀13利用压风系统向第一膨胀气囊5和第二膨胀气囊8内注气，当第一压力表12显示≥0.5MPa后停止注气，并关闭第一单向阀11和手自一体泄压阀13，第一膨胀气囊5和第二膨胀气囊8膨胀后与钻孔16的内壁接触并密封，实现“两头气堵”；

（5）、将注水管3与井下供水系统相连接，且要保证密封性良好，然后打开第二单向阀14，利用井下供水系统向第一膨胀气囊5和第二膨胀气囊8之间的空间注水，水在注水压力作用下进入钻孔16裂隙，起到封堵钻孔16形成初期漏气通道的作用，当第二压力表15显示≥1MPa后停止向钻孔16内注水，并关闭第二单向阀14，实现“中间水封”；

（6）、封孔完成后，按照封孔作业规程的要求连接瓦斯抽采管1，进行瓦斯联抽工作；

（7）、在日常生产过程中定期查看第一压力表12和第二压力表15的示数，当压力示数低于设定值时，利用井下压风系统和供水系统对其进行补充空气或水，以保持钻孔16的良好密封性；

（8）、当钻孔16完成抽采工作后，通过手自一体卸载阀对第一膨胀气囊5和第二膨胀气囊8进行卸压，位于第一膨胀气囊5和第二膨胀气囊8之间的水自动流出钻孔16，然后将封孔装置回收，以备下次使用。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置，其特征在于：包括相互平行设置的瓦斯抽采管、注气管和注水管；以瓦斯抽采管的一端为内端，另一端为外端；瓦斯抽采管上由内向外依次设有第一限位块、第一膨胀气囊、第二限位块、第三限位块、第二膨胀气囊和第四限位块，注气管由外向内依次穿过第四限位块、第二膨胀气囊、第三限位块和第二限位块，注气管的内端口与第一膨胀气囊内部连通，注气管上开设有与第二膨胀气囊内部连通的注气孔，注水管由外向内依次穿过第四限位块、第二膨胀气囊和第三限位块，注水管的内端口位于第二限位块和第三限位块之间；

第一限位块、第二限位块、第三限位块和第四限位块均与瓦斯抽采管外表面固定并密封连接，第三限位块和第四限位块均与注气管外表面密封连接，第三限位块和第四限位块均与注水管外表面密封连接。

2.根据权利要求1所述的煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置，其特征在于：注气管上由外向内依次设有第一单向阀、第一压力表和手自一体泄压阀，手自一体泄压阀位于第四限位块外侧。

3.根据权利要求2所述的煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置，其特征在于：注水管上由外向内依次设有第二单向阀和第二压力表，第二压力表位于第四限位块外侧。

4.根据权利要求3所述的煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置的封孔方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、将待封钻孔清理干净，并将孔内的浮煤和岩屑吹出；

（2）、在钻孔外安装封孔装置：根据瓦斯抽采工作对封孔长度、始封深度相关参数的要求，确定第一膨胀气囊、第二膨胀气囊植入钻孔内的合适位置以及注气管、注水管的长度，将第一限位块、第一膨胀气囊、第二限位块、第三限位块、第二膨胀气囊和第四限位块固定在瓦斯抽采管的相应位置，然后一起送入到钻孔指定位置，同时装配上注气管和注水管，注气管上安装上第一单向阀、第一压力表和手自一体泄压阀，在注水管上安装上第二单向阀和第二压力表；

（3）、将安装好的封孔装置由外向内放入到钻孔内，直到第四限位块也放置到钻孔内即可；

（4）、将注气管与井下压风系统相连接，且要保证密封性良好，打开第一单向阀和手自一体泄压阀利用压风系统向第一膨胀气囊和第二膨胀气囊内注气，当第一压力表显示≥0.5MPa后停止注气，并关闭第一单向阀和手自一体泄压阀，第一膨胀气囊和第二膨胀气囊膨胀后与钻孔的内壁接触并密封，实现“两头气堵”；

（5）、将注水管与井下供水系统相连接，且要保证密封性良好，然后打开第二单向阀，利用井下供水系统向第一膨胀气囊和第二膨胀气囊之间的空间注水，水在注水压力作用下进入钻孔裂隙，起到封堵钻孔形成初期漏气通道的作用，当第二压力表显示≥1MPa后停止向钻孔内注水，并关闭第二单向阀，实现“中间水封”；

（6）、封孔完成后，按照封孔作业规程的要求连接瓦斯抽采管，进行瓦斯联抽工作；

（7）、在日常生产过程中定期查看第一压力表和第二压力表的示数，当压力示数低于设定值时，利用井下压风系统和供水系统对其进行补充空气或水，以保持钻孔的良好密封性；

（8）、当钻孔完成抽采工作后，通过手自一体卸载阀对第一膨胀气囊和第二膨胀气囊进行卸压，位于第一膨胀气囊和第二膨胀气囊之间的水自动流出钻孔，然后将封孔装置回收，以备下次使用。