CN106884624A - 一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置及封孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置及封孔方法，包括处于钻孔内的封孔管；在所述封孔管内穿设有抽采管；在所述封孔管的外口和内口管体圆周方向分别设置有第一封堵部和第二封堵部，封孔管处于第一封堵部和第二封堵部之间的管体圆周还设置有气密性封堵部。与现有技术相比，本发明提供的封孔装置，结构简单，气密性强，抽采效果好。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，具体来说是一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置及封孔方法。
背景技术
顺层钻孔是本煤层瓦斯治理最主要的技术手段之一，也是采前预抽最直接的技术方法，是针对高瓦斯煤层必不可少的瓦斯治理技术。长期以来，顺层钻孔施工量大、单孔浓度低、封孔难度大、抽采效果差、成本投入高，一直制约着顺层钻孔的推广应用，很大程度上影响本煤层瓦斯的预抽力度，给工作面回采期间带来瓦斯治理被动局面。究其原因，主要是因为封孔工艺不成熟，套管下不到位，有效封孔深度达不到要求，从而造成钻孔封孔漏气，单孔浓度低，整体抽采效果差，预抽率低，导致“投入大、回报率低”的负面效应。
影响顺层钻孔抽采效果的因素主要有两方面：一是管下不到位，深层次原因主要是顺层孔钻进过程中排渣困难，虽然起钻过程中全程带压风排渣，但孔内依然遗留大量煤粉；且顺层孔易垮孔，尤其是在应力集中区、破碎带附近，垮孔更为严重，极易造成下套管失败，无法有效抽采钻孔控制区域范围内的瓦斯。二是封孔有效深度不符合要求，因采用传统套管与封孔管同步封孔技术，对孔内情况不清楚，在封孔管里段包扎聚氨酯药之后向钻孔内推送过程中，多数钻孔封孔管及套管无法达到预定位置，造成钻孔封孔失效。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中套管下不到位的缺陷，提供一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置，包括处于钻孔内的封孔管；在所述封孔管内穿设有抽采管；在所述封孔管的外口和内口管体圆周方向分别设置有第一封堵部和第二封堵部，封孔管处于第一封堵部和第二封堵部之间的管体圆周还设置有气密性封堵部。
优选的，所述封孔管的外口和内口均伸出所述第一封堵部和第二封堵部。
优选的，所述抽采管有多根花管插接而成。
优选的，所述花管的直径为1寸，花眼直径为φ10mm。
优选的，每根花管上至少开设有36个花眼。
优选的，所述第一封堵部和第二封堵部均采用聚氨酯制得。
优选的，所述气密性封堵部为采用水泥砂浆制得。
本发明还提供一种应力集中区破碎带钻孔封孔方法，包括以下步骤：
步骤1.在封孔管内口管段处固定封孔袋，并向封孔袋内倒入多组混合均匀的聚氨酯药；然后快速将封孔管及封孔袋、聚氨酯药送入钻孔内并到达设定深度，待聚氨酯药在封孔袋内反应膨胀后形成第二封堵部；然后向封孔管外口管段圆周处使用多组聚氨酯药分多次使用双抗编织袋包扎混合均匀捣入形成第一封堵部；在捣入第一封堵部的同时，在第一封堵部安装注浆管和返浆管；
步骤2.待第一封堵部和第二封堵部内的聚氨酯药反应完全后，从注浆管向第一封堵部和第二封堵部之间注浆，待返浆管冒浆方可停止注浆；待所注浆液养护完成后形成气密性封堵部；
步骤3.向封孔管内送入抽采管。
优选的，所述封孔管采用1.5寸双抗实管，封孔管露出钻孔至少0.1m的管段采用金属管。
优选的，所述返浆管处于所述第一封堵部和第二封堵部之间的至少1m管体上开设有花眼。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供的封孔装置密封性好，抽采效果好。先封孔后下套管的工序改变后，不仅提高了钻孔的封孔成功率，还大大增加了下套管深度，基本可保证下到孔深80％以上。单孔浓度大大提高，单孔抽采效果显著增加。
本封孔工艺使用1.5寸双抗实管封孔，全程使用1寸花管护孔，降低了单孔封孔材料费用，做到了“封的好、封的省”。使用1寸套管替代2寸套管，相同孔径条件下，在向孔内送入1寸花管时阻力较小，套管容易下到孔底。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
实施例1
如图1所示，一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置，包括处于钻孔内的封孔管1。封孔管1为1.5寸双抗实管，同时采用大小头直接插接咬合，连接时快捷方便，降低封孔管1孔壁之间的阻力，且减少封孔管1送入孔内时间，方便封孔管1及套管推送的同时，确保里段封堵包扎的聚氨酯药在充分反应前顺利推送至预定位置。封孔管1最外口使用1根2寸铁管(两头加工有公丝扣)，便于孔口上闸阀管理，其余封孔段使用1.5寸双抗实管，封孔管1每根长2m。铁管与双抗管间使用变头连接。
在封孔管1的外口和内口管体圆周方向分别设置有第一封堵部2和第二封堵部3，本实施例提供的第一封堵部2和第二封堵部3均采用聚氨酯制得。
封孔管1的外口和内口均伸出第一封堵部2和第二封堵部3。封孔管1处于第一封堵部2和第二封堵部3之间的管体圆周还设置有气密性封堵部4。气密性封堵部4同通过注浆管5向第一封堵部2和第二封堵部3之间注水泥砂浆制得。注浆管5穿过第一封堵部2。为了了解注浆情况，还在第一封堵部2上穿设有返浆管6。
在封孔管1内穿设有抽采管7；本实施例提供的抽采管7有多根花管插接而成。花管的直径为1寸，单根套管花眼个数至少在36个及以上，确保套管过流断面与花眼面积吻合，保证钻孔深部煤层瓦斯抽采负压、流量需要。
实施例2
一种应力集中区破碎带钻孔封孔方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1.在封孔管1内口管段处固定封孔袋，并向封孔袋内倒入多组混合均匀的聚氨酯药；然后快速将封孔管1及封孔袋、聚氨酯药送入钻孔内并到达设定深度，待聚氨酯药在封孔袋内反应膨胀后形成第二封堵部3；然后向封孔管1外口管段圆周处使用多组聚氨酯药分多次使用双抗编织袋包扎混合均匀捣入形成第一封堵部2；在捣入第一封堵部2的同时，在第一封堵部2安装注浆管5和返浆管6；注浆管5、返浆管6使用4分铁管，其中，返浆管末端(里口)1m必须使用花管，防止煤粉堵塞造成注浆时无法排除封孔充填段内空气，影响注浆效果。
步骤2.待第一封堵部2和第二封堵部3内的聚氨酯药反应完全后，从注浆管向第一封堵部2和第二封堵部3之间注浆，待返浆管冒浆方可停止注浆；待所注浆液养护完成后形成气密性封堵部4；
步骤3.向封孔管1内送入抽采管7。
实施例3
根据实施例1和2，通过对某顺层长钻孔封孔工艺进行改良，某顺层钻孔封孔工艺示意图，该某顺层长钻孔封孔技术参数及操作要求具体如下：
1、封孔管1：全长22m，共计12根，使用1根2寸铁管和10根1.5寸双抗实管组成，孔口铁管外露0.1m，便于安装孔口控制阀门合茬抽采。铁管与双抗管之间的连接使用专用变头。里口包扎聚氨酯药末端余留2根4m长双抗实管，防止聚氨酯药膨胀挤破筒状封孔袋堵塞封孔管1末端。
2、返浆管：全长约8m，共计4根，使用4分铁管，布置于封孔管1上方，用于注浆时排放封孔充填段内空气，末端(里口)1m必须加工花眼，防止煤粉堵塞造成注浆时无法排除封孔充填段内空气，造成注浆时封孔充填段内形成空气柱，从而影响注浆质量。
3、注浆管，全长约4m，共2根，使用4分铁管，布置于封孔管1下方，用于向封孔充填段内注入水泥砂浆。切不可认为使用2m即可，因为注浆孔口需余留至少100mm以上用于连接注浆管路，钻孔外口封孔段有效封孔深度在1m以上，使用2m极易造成因聚氨酯药膨胀堵塞注浆管。
4、聚氨酯药：里口使用8-10组聚氨酯药混合均匀后一次倒入包扎在封孔管1上的筒状封孔袋内推送进入孔内，筒状封孔袋长度控制在1m左右。过长易造成里段聚氨酯药膨胀后不能将封孔管1与孔壁堵实，导致里段封孔失效，注浆时无法憋压；过短因聚氨酯药反应膨胀造成封孔管1推送困难，导致里段封孔深度不够。一般里口包扎聚氨酯药末端余留2根4m长双抗实管，防止聚氨酯药膨胀挤破筒状封孔袋堵塞封孔管1末端。
外口使用8-10组聚氨酯药分多次使用双抗编制袋包扎混匀捣入，有效封堵段长度保证在1m以上，确保孔封堵严实。
5、孔内套管：长度根据孔深或其他技术要求而定，使用1寸双抗花管，从1.5寸封孔管1内依次连接送入，末端配套使用尖锥，防止煤粉进入套管内造成套管堵塞，影响钻孔深部瓦斯抽采。
6、水泥砂浆：使用矿用普通标号水泥，无需添加膨胀剂和速凝剂，水灰比为0.7:1，使用高压注浆泵通过注浆管向封孔充填段内进行注浆，按理论值注入水泥砂浆后，再使用返浆管补注0.5袋水泥砂浆(即可达到二次注浆憋压的要求)。
为便于现场量化操作，要求现场必须有带刻度水桶，用于准确计量水量，严禁先倒水泥，再用水管加水直接稀释搅拌水泥的目测法，此法浆液浓度得不到保障。常用水桶可盛水25Kg，一袋水泥为50Kg，比照1.4桶水与1袋水泥充分搅拌均匀即可。
五、抽采效果
通过对某顺层使用新封孔工艺技术抽采数据统计，与使用新工艺前抽采数据进行对比，结合表1、表2及表3，现对新封孔工艺技术抽采效果总结分析如下：
表1某顺层老封孔工艺单孔抽采效果考察一览表
表2某顺层新封孔工艺单孔抽采效果考察一览表
表3某顺层新封孔工艺干管抽采效果考察一览表
(1)抽采浓度：干管汇总浓度达到20％以上，抽采浓度得到很大程度提高，一改以往某顺层钻孔抽采浓度低的局面，提高了某顺层钻孔抽采效果。
(2)抽采纯流量：14136轨顺某顺层孔百孔平均纯流量为1.23m3/min。
六、取得的成果及经济效益
综上所述，应力集中区破碎带某顺层钻孔新封孔工艺技术的成功应用，取得了非常好的效果，一改以往某顺层钻孔抽采浓度低、抽采效果差的局面，为工作面回采期间高产、高效和安全打下坚实基础，并充分体现了经济技术一体化的目标，总结如下：
(1)抽采效果好。先封孔后下套管的工序改变后，不仅提高了钻孔的封孔成功率，还大大增加了下套管深度，基本可保证下到孔深80％以上。单孔浓度大大提高，单孔抽采效果显著增加。单元干管浓度达到20％以上，单孔浓度达40％以上，百孔纯流量达到1.23m3/min，使瓦斯预抽效果得到保障。
(2)降低了单孔封孔材料费用，做到了“封的好、封的省”。根据2015年矿井北区抽采钻孔施工作业计划，下半年某顺层钻孔施工量达11.62万m，施工孔数1000个，平均孔深100m，现对某顺层钻孔封孔工艺改良前后单孔主要封孔材料及费用进行对比可知，改良前单孔使用2寸双抗实管封孔费用为340元，2寸花管1360元，改良后使用1.5寸双抗实管封孔费用为250元，1寸花管550元，单孔节省封孔材料费900元，全年可节约封孔材料费90万元。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置，其特征在于：包括处于钻孔内的封孔管；在所述封孔管内穿设有抽采管；在所述封孔管的外口和内口管体圆周方向分别设置有第一封堵部和第二封堵部，封孔管处于第一封堵部和第二封堵部之间的管体圆周还设置有气密性封堵部。
2.根据权利要求1所述的一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置，其特征在于：所述封孔管的外口和内口均伸出所述第一封堵部和第二封堵部。
3.根据权利要求1所述的一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置，其特征在于：所述抽采管有多根花管插接而成。
4.根据权利要求3所述的一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置，其特征在于：所述花管的直径为1寸，花眼直径为φ10mm。
5.根据权利要求3所述的一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置，其特征在于：每根花管上至少开设有36个花眼。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置，其特征在于：所述第一封堵部和第二封堵部均采用聚氨酯制得。
7.根据权利要求1-5任一所述的一种应力集中区破碎带钻孔封孔装置，其特征在于：所述气密性封堵部为采用水泥砂浆制得。
8.一种应用上述权利要求1-7任一所述的应力集中区破碎带钻孔封孔装置的封孔方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在封孔管内口管段处固定封孔袋，并向封孔袋内倒入多组混合均匀的聚氨酯药；然后快速将封孔管及封孔袋、聚氨酯药送入钻孔内并到达设定深度，待聚氨酯药在封孔袋内反应膨胀后形成第二封堵部；然后向封孔管外口管段圆周处使用多组聚氨酯药分多次使用双抗编织袋包扎混合均匀捣入形成第一封堵部；在捣入第一封堵部的同时，在第一封堵部安装注浆管和返浆管；
2)待第一封堵部和第二封堵部内的聚氨酯药反应完全后，从注浆管向第一封堵部和第二封堵部之间注浆，待返浆管冒浆方可停止注浆；待所注浆液养护完成后形成气密性封堵部；
3)向封孔管内送入抽采管。
9.根据权利要求8所述的一种应力集中区破碎带钻孔封孔方法，其特征在于：所述封孔管采用1.5寸双抗实管，露出钻孔至少0.1m的管段采用金属管。
10.根据权利要求8所述的一种应力集中区破碎带钻孔封孔方法，其特征在于：所述返浆管处于所述第一封堵部和第二封堵部之间的至少1m管体上开设有花眼。
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