CN107060687A - 基于流体的分段填充式注浆封孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,该方法首先通过钻孔两端弹性填充腔膨胀密封抽放管与钻孔壁之间的空隙,再对弹性填充腔之间注浆空间的注入非牛顿流体膏体密封材料,在压力作用下,流体渗入煤体,从而将钻孔周围的裂隙密封,必要时还可以进行二次补浆。与现有技术相比,本发明的有益效果在于:封孔材料均为柔性材料,可随钻孔变形发生自适应变化,故密封效果好,且密封为不凝固流体,二次补浆方便、操作简单、安全可靠、适用性强等优点,避免封孔不严导致漏气漏液的现象,可以提高封孔质量,保证气密性,提高了抽采煤层瓦斯的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,适用于煤矿井下瓦斯抽放钻孔的封孔工作。
背景技术
瓦斯是煤炭开采过程中常见的伴生气体,一方面如果预防不当,煤炭开采过程中瓦斯气体涌出,就会成为威胁煤矿安全生产的自然灾害;而另一方面,如果抽采措施得当并合理利用,它便成为一种重要的能源。随着我们煤炭开采深度和强度日益增加,高瓦斯矿井越来越多,无论防治灾害还是开采这种能源,瓦斯抽采是最常用的一种技术途径,而钻孔密封是瓦斯抽采的关键技术之一,因为孔底抽采负压具有引流瓦斯和强制瓦斯解析的功效。钻孔密封的效果直接影响着瓦斯抽采的浓度和效率。
我国现在约有65%的采煤工作面预抽瓦斯浓度较低,其中主要的问题就是钻孔密封质量太差。目前,瓦斯抽采封孔最常用的方法主要是往抽放管与钻孔壁之间充填聚氨酯、膨胀水泥等具有膨胀性质的材料,依靠这些材料的膨胀与固化实现对钻孔封孔的目的,然后进行瓦斯的抽采。由于经过一定时期的瓦斯抽采,煤层会因变形、位移或者采动的影响,导致钻孔周边煤层的孔(裂)隙扩张、发育,这时外界的空气就会从裂隙通道进入抽气钻孔内,从而导致瓦斯抽放浓度明显下降,缩短了抽采钻孔的有效抽采期,降低了钻孔的利用率。
为了解决这一问题,技术人员发明了胶囊式封孔器,但是该类封孔器存在一个共同的缺点,就是封孔器膨胀起来虽然能够与钻孔壁紧密结合而将抽放管与钻孔壁之间的空隙密封,但是对于钻孔周围煤体的裂隙无法进行有效的密封,从而导致瓦斯抽擦时漏气,影响抽采浓度。技术人员还发明了水泥、膨胀材料及聚氨酯等材料密封,这些材料凝固后均为固态封孔,钻孔随应力变化后产生新裂隙后,很快发生密封失效,造成抽采效果急剧下降。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足,本发明提供一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,通过一种分段胶囊式注浆封孔装置避免封孔不严导致漏气漏液的现象,同时,封孔材料均为柔性材料,可随钻孔变形发生自适应变化,可以提高封孔质量,保证气密性,且密封为不凝固流体,当胶囊或注浆空间密封效果下降时,可进行二次补浆,具有操作简单、封孔效果好、封孔有效时间长、安全可靠、适用性强、效率高的特点。
本发明为解决上述问题,所采用的技术方案是:
一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,该方法包括如下步骤:
第一步、将两个弹性填充腔分别套接于瓦斯抽放管的两近端部,把瓦斯抽放管连同两个弹性填充腔置于钻孔内,并分别向两个弹性填充腔内填充流体,两个弹性填充腔膨胀后将抽放管与钻孔壁之间的空隙密封;
第二步、向两个弹性填充腔中间预留的注浆空间内填充流体,注浆空间灌满流体,并通过注浆压力将流体压入钻孔周围的裂隙;
第三步、当两个弹性填充腔的密封效果下降时,向两个弹性填充腔内进行二次补浆;
第四步、当注浆空间的密封效果下降时,向注浆空间内进行二次补浆。
第一、三步中,弹性填充腔内压力达到1.0-1.5MPa时,停止注浆,第二、四步中,注浆空间内压力达到0.5-1.0MPa时,停止注浆。
注浆过程采用了注浆装置,注浆装置包括料桶、注浆泵、压力表、控制阀A、控制阀B、第一注浆通道和第二注浆通道,料桶的数量与流体组分种类的数量一致,注浆泵的吸料口的数量与料桶的数量一致,压力表设于注浆泵的出料口处,注浆泵将各料桶内的组分吸入并混合均匀后经出料口分别流向第一注浆通道和第二注浆通道,第一注浆通道依次通向两个弹性填充腔,第二注浆通道通向注浆空间,且第一注浆通道上设置控制阀A,第二注浆通道上设置控制阀B。
用于填充的流体为非牛顿流体。
非牛顿流体的组分包括聚丙烯酰胺和交联剂。
聚丙烯酰胺与交联剂混合反应之后生成的具有流动性的胶状物,随着反应时间的增加,该胶状物随着时间的增加粘稠度不断提高,2小时后成为流动性较差的膏体,一周后粘度达到最大值,之后粘度不再变化,最终以高粘度可流动胶体的状态存在于煤层裂隙间。
弹性填充腔内停止注浆后,聚丙烯酰胺和交联剂的混合反应物仍持续膨胀并挤压钻孔壁。
注浆空间内停止注浆后,聚丙烯酰胺和交联剂的混合反应物仍持续膨胀,在膨胀压力的作用下,流体向钻孔煤壁的裂隙继续渗透,实现密封。
弹性填充腔为橡胶胶囊,采用两端膨胀的橡胶胶囊封堵两者之间的注浆空间内的流体,流体渗透煤层中的裂隙,对瓦斯气体和空气形成真空密封。
与现有技术相比,本发明具有如下技术效果:
(1)本发明通过抽放管两端弹性填充腔内持续膨胀密封抽放管与钻孔壁之间的空隙,最后注浆封孔,从而确保钻孔的密封效果。
(2)本发明克服了因充填物挡浆效果不好导致密封材料渗入孔底而影响抽放效果的问题,密封保障性好,封孔成功率高,瓦斯抽放效果提升显著。
(3)该方法因其密封效果显著,能够有效地对瓦斯抽放钻孔进行封孔,保证了瓦斯抽采的正常进行,适宜在煤矿推广使用。
(4)采用柔性封孔的封堵方式,可以根据高应力钻孔的变形发生自适应变化,防止瓦斯气体和空气泄露,提高抽采负压。
附图说明
图1为本发明的注浆装置及密封装置的结构示意图。
其中,1、A料桶;2、B料桶;3、注浆泵、4、控制阀A;5、控制阀B;6、煤体;7、钻孔;8、第一注浆通道;9、第二注浆通道。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
图中包括以下结构:A料桶1、B料桶2、注浆泵3、控制阀A4、控制阀B5、煤体6、钻孔7、第一注浆通道8和第二注浆通道9。
密封装置包括两个弹性填充腔。
如图1所示,一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,该方法包括如下步骤:
第一步、将两个弹性填充腔分别套接于瓦斯抽放管的两近端部,把瓦斯抽放管连同两个弹性填充腔置于钻孔内,并分别向两个弹性填充腔内填充流体,两个弹性填充腔膨胀后将抽放管与钻孔壁之间的空隙密封;钻孔两端采用弹性填充腔膨胀的方法密封抽放管与钻孔壁之间的空隙,
第二步、向两个弹性填充腔中间预留的注浆空间内填充流体,注浆空间灌满流体,并通过注浆压力将流体压入钻孔周围的裂隙;注浆空间注入非牛顿流体在压力作用下,流体渗入煤体,从而将钻孔周围的裂隙密封,
第三步、当两个弹性填充腔的密封效果下降时,向两个弹性填充腔内进行二次补浆;
第四步、当注浆空间的密封效果下降时,向注浆空间内进行二次补浆。
第一、三步中,弹性填充腔内压力达到1.0-1.5MPa时,停止注浆,第二、四步中,注浆空间内压力达到0.5-1.0MPa时,停止注浆。
注浆过程采用了注浆装置,注浆装置包括料桶、注浆泵、压力表、控制阀A、控制阀B、第一注浆通道和第二注浆通道,料桶的数量与流体组分种类的数量一致,注浆泵的吸料口的数量与料桶的数量一致,压力表设于注浆泵的出料口处,注浆泵将各料桶内的组分吸入并混合均匀后经出料口分别流向第一注浆通道和第二注浆通道,第一注浆通道依次通向两个弹性填充腔,第二注浆通道通向注浆空间,且第一注浆通道上设置控制阀A,第二注浆通道上设置控制阀B。
用于填充的流体为非牛顿流体。
非牛顿流体的组分包括聚丙烯酰胺和交联剂。
聚丙烯酰胺与交联剂混合反应之后生成的具有流动性的胶状物,随着反应时间的增加,该胶状物随着时间的增加粘稠度不断提高,2小时后成为流动性较差的膏体,一周后粘度达到最大值,之后粘度不再变化,最终以高粘度可流动胶体的状态存在于煤层裂隙间。
弹性填充腔内停止注浆后,聚丙烯酰胺和交联剂的混合反应物仍持续膨胀并挤压钻孔壁。有效的封堵两个弹性填充腔之间的空间。
注浆空间内停止注浆后,聚丙烯酰胺和交联剂的混合反应物仍持续膨胀,在膨胀压力的作用下,流体向钻孔煤壁的裂隙继续渗透,实现密封。
弹性填充腔为橡胶胶囊,采用两端膨胀的橡胶胶囊封堵两者之间的注浆空间内的流体,流体渗透煤层中的裂隙,对瓦斯气体和空气形成真空密封。采用柔性封孔的封堵方式,可以根据高应力钻孔的变形发生自适应变化,防止瓦斯气体和空气泄露,提高抽采负压。
实施例
一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,注浆装置及密封装置的结构示意图如图1所示,该方法包括如下步骤:
第一步、将两个橡胶胶囊分别套接于瓦斯抽放管的两近端部,把瓦斯抽放管连同两个橡胶胶囊置于钻孔内,启动注浆泵,使A料桶和B料桶中的聚丙烯酰胺和交联剂吸入注浆泵并在其中充分混合,打开第一注浆通道上的控制阀A,注浆泵中混合后的胶状物通过第一注浆通道向钻孔两端的胶囊注浆,注浆泵上出料口压力达到1.0-1.5MPa时关闭控制阀A,两个弹性填充腔膨胀后将抽放管与钻孔壁之间的空隙密封,停止注浆后,聚丙烯酰胺和交联剂的混合反应物仍持续膨胀并挤压钻孔壁;
第二步、打开第二注浆通道上的控制阀B;通过第二注浆通道向两个橡胶胶囊中间预留的注浆空间内注浆,待压力达到0.5-1.0MPa时,关闭控制阀B并停止注浆泵,使充满注浆空间的流体在压力作用下向钻孔周围的裂隙渗透,将钻孔密封,
第三步、当两个橡胶胶囊的密封效果下降时,向两个弹性填充腔内进行二次补浆;
第四步、当注浆空间的密封效果下降时,向注浆空间内进行二次补浆。
Claims (7)
1.一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,其特征在于:该方法包括如下步骤:
第一步、将两个弹性填充腔分别套接于瓦斯抽放管的两近端部,把瓦斯抽放管连同两个弹性填充腔置于钻孔内,并分别向两个弹性填充腔内填充流体,两个弹性填充腔膨胀后将抽放管与钻孔壁之间的空隙密封;
第二步、向两个弹性填充腔中间预留的注浆空间内填充流体,注浆空间灌满流体,并通过注浆压力将流体压入钻孔周围的裂隙;
第三步、当两个弹性填充腔的密封效果下降时,向两个弹性填充腔内进行二次补浆;
第四步、当注浆空间的密封效果下降时,向注浆空间内进行二次补浆。
2.根据权利要求1所述的一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,其特征在于:第一、三步中,弹性填充腔内压力达到1.0-1.5Mpa时,停止注浆,第二、四步中,注浆空间内压力达到0.5-1.0MPa时,停止注浆。
3.根据权利要求1所述的一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,其特征在于:注浆过程采用了注浆装置,注浆装置包括料桶、注浆泵、压力表、控制阀A、控制阀B、第一注浆通道和第二注浆通道,料桶的数量与流体组分种类的数量一致,注浆泵的吸料口的数量与料桶的数量一致,压力表设于注浆泵的出料口处,注浆泵将各料桶内的组分吸入并混合均匀后经出料口分别流向第一注浆通道和第二注浆通道,第一注浆通道依次通向两个弹性填充腔,第二注浆通道通向注浆空间,且第一注浆通道上设置控制阀A,第二注浆通道上设置控制阀B。
4.根据权利要求1所述的一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,其特征在于:用于填充的流体为非牛顿流体,其组分包括聚丙烯酰胺和交联剂,聚丙烯酰胺与交联剂混合反应之后生成的具有流动性的胶状物,随着反应时间的增加,该胶状物随着时间的增加粘稠度不断提高,2小时后成为流动性较差的膏体,一周后粘度达到最大值,之后粘度不再变化,最终以高粘度可流动胶体的状态存在于煤层裂隙间。
5.根据权利要求5所述的一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,其特征在于:弹性填充腔内停止注浆后,聚丙烯酰胺和交联剂的混合反应物仍持续膨胀并挤压钻孔壁。
6.根据权利要求5所述的一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,其特征在于:注浆空间内停止注浆后,聚丙烯酰胺和交联剂的混合反应物仍持续膨胀,在膨胀压力的作用下,流体向钻孔煤壁的裂隙继续渗透,实现密封。
7.根据权利要求1所述的一种基于流体的分段填充式注浆封孔方法,其特征在于:弹性填充腔为橡胶胶囊,采用两端膨胀的橡胶胶囊封堵两者之间的注浆空间内的流体,流体渗透煤层中的裂隙,对瓦斯气体和空气形成真空密封。
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