CN107191172A - 封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置，包括第一囊袋、第二囊袋、注浆管、水力压裂管、瓦斯抽采管和花管，第一囊袋设置在钻孔内并位于孔口附近，第二囊袋设置在钻孔内并位于孔底附近，注浆管、瓦斯抽采管均由左向右依次穿过第一囊袋和第二囊袋后伸入到孔底处，花管左端与瓦斯抽采管右端同轴向固定连接，水力压裂管的外径小于瓦斯抽采管的内径，水力压裂管同轴向设置在瓦斯抽采管和花管内部，水力压裂管右端向右伸出花管右端。本发明还公开了封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工方法，即在水力压裂工序后继续将此孔应用于瓦斯抽采；并提出新的穿层压裂‑瓦斯抽采一体化钻孔封孔工艺，保证钻孔良好的多用性，少钻孔从而降低施工成本。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置及其施工方法。
背景技术
对于透气性差的高瓦斯煤层，水力压裂技术可增加煤层裂隙，一方面使得矿山压力降低，促进瓦斯增加解析；另一方面改善煤层透气性，增加瓦斯运移通道。目前水力压裂技术已经应用于我国诸多煤矿的防突工程中。水力压裂时要求封孔憋压，瓦斯抽采时要求封孔严密后才能联网抽采，而现有封孔技术显得过于复杂、笨重，封孔效果有限，不适应水力压冲能够快速封孔、提高封孔效果、并继续进行瓦斯抽采使用的要求。因此，寻找一种方便快捷、安全高效的封孔、水力压裂、瓦斯抽采一体化的施工技术成为当务之急。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种封孔快捷、封孔效果好、水力压裂和瓦斯抽采能先后使用的封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置及其施工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置，包括第一囊袋、第二囊袋、注浆管、水力压裂管、瓦斯抽采管和花管，假定钻孔由孔口到孔底的轴向方向为由左向右的方向，第一囊袋设置在钻孔内并位于孔口附近，第二囊袋设置在钻孔内并位于孔底附近，注浆管、瓦斯抽采管均由左向右依次穿过第一囊袋和第二囊袋后伸入到孔底处，花管左端与瓦斯抽采管右端同轴向固定连接，注浆管、瓦斯抽采管的外圆均与第一囊袋和第二囊袋之间设置有构造相同的密封组件，水力压裂管的外径小于瓦斯抽采管的内径，水力压裂管同轴向设置在瓦斯抽采管和花管内部，水力压裂管右端向右伸出花管右端，水力压裂管上均匀设置有若干个与瓦斯抽采管内壁接触的支撑件，注浆管上设置有第一管接头、第二管接头和第三管接头，第一管接头位于第一囊袋内，第一管接头上设置有第一单向阀，第二管接头位于第二囊袋内，第二管接头上设置有第二单向阀，第三管接头位于第一囊袋和第二囊袋之间，第三管接头上设置有爆破阀。
注浆管与第一囊袋之间的密封组件包括均套在注浆管上的第一紧固螺母、第二紧固螺母、第一橡胶密封圈和第二橡胶密封圈，第一橡胶密封圈位于第一囊袋的袋壁的左侧，第二橡胶密封圈位于第一囊袋的袋壁的右侧，第一橡胶密封圈和第二橡胶密封圈的内圈均与注浆管外圆周密封接触，第一紧固螺母和第二紧固螺母均螺纹连接在注浆管上，第一紧固螺母向右紧压第一橡胶密封圈使第一橡胶密封圈右侧面与第一囊袋的袋壁左侧密封配合，第二紧固螺母向左紧压第二橡胶密封圈使第二橡胶密封圈左侧面与第一囊袋的袋壁右侧密封配合。
支撑件包括为同心圆的内圆环和外圆环，内圆环固定套设在水力压裂管外部，内圆环和外圆环之间沿圆周方向均匀设置有至少三根支杆，每根支杆均沿外圆环的径向方向设置，外圆环的外圆周与瓦斯抽采管的内壁接触。
注浆管在钻孔内的部分由至少三根管体组成，相邻两根管体之间通过第四管接头同轴向密封并固定连接。
封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置的施工方法，包括以下步骤，
（1）、实施水力压裂及瓦斯抽采一体化的钻孔作业；
（2）、将安装连接好的封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置由钻孔的孔口放入到钻孔内；
（3）、将注浆泵与注浆管的左端连接，启动注浆泵，注浆泵的进浆管通过连接PD复合材料浆料容器，PD复合材料浆料由注浆管通过第一管接头和第一单向阀向第一囊袋中，同时PD复合材料浆料由注浆管通过第二管接头和第二单向阀向第二囊袋中，第一囊袋和第二囊袋被PD复合材料浆撑开与钻孔的内壁紧密压接，直到达到爆破阀设定压力后爆破阀打开，停止注入PD复合材料浆料；
（4）、将注浆泵的进浆管与PD复合材料浆料容器分开，马上连接水泥砂浆容器，注浆泵将水泥砂浆通过注浆管和打开的爆破阀注入到第一囊袋与第二囊袋之间封孔段的钻孔内进行封孔作业，水泥砂浆被压入到钻孔内壁周围的岩体裂隙内，达到设定压力后并保持一段时间后停止注入水泥砂浆；
（5）、封孔完成后，水力压裂管左端连接高压水泵，高压水泵抽水通过水力压裂管对钻孔底部周围煤体实施缝网改造作业；
（6）、水力压裂作业完成后，瓦斯抽采管联网进行瓦斯抽采作业，或者将水力压裂管从瓦斯抽采管抽出后再将瓦斯抽采管联网进行瓦斯抽采作业。
采用上述技术方案，本发明中的支撑件起到确保瓦斯抽采管与水力压裂管之间保持同轴度，支撑件采用同心圆的内圆环和外圆环以及径向设置支杆，这样可使尽量不减少瓦斯抽采管通道的截面积。支撑件与水力压裂管固定连接，这样可以在水力压裂作业完成后将水力压裂管抽出以提高瓦斯抽采的效率，当然也可以不抽出。花管位于瓦斯抽采管右端（最末端），花管的管壁上均匀布置圆孔，以便于在负压作用下抽取钻孔内的瓦斯。瓦斯抽采管、水力压裂管、注浆管皆穿过第一囊袋和第二囊袋的内部，其中瓦斯抽采管和注浆管外圆均设置有与第一囊袋和第二囊袋的袋壁密封连接的密封组件，密封组件采用第一橡胶密封圈和第二橡胶密封圈的内圈与瓦斯抽采管、注浆管的外壁密封连接，并通过第一紧固螺母和第二紧固螺母压紧第一橡胶密封圈和第二橡胶密封圈，使第一橡胶密封圈和第二橡胶密封圈的侧面与囊袋的袋壁密封配合。这种密封结构便于安装，密封效果好。
水力压裂管同轴向置于瓦斯抽采管内，优点为：（1）节省安装空间，便于安装第一囊袋和第二囊袋；（2）水力压裂与瓦斯抽采互不影响，实现钻孔后水力压裂作业和瓦斯抽采作业两用，降低了钻孔作业的数量，降低施工成本。
综上所述， 为降低吨煤瓦斯治理成本，提高钻孔利用率，本发明提出的穿层压裂-瓦斯抽采一体化钻孔封孔的施工装置和施工方法，即在水力压裂工序后继续将此孔应用于瓦斯抽采；并提出新的穿层压裂-瓦斯抽采一体化钻孔封孔工艺，保证钻孔良好的多用性，少钻孔从而降低施工成本。
附图说明
图1是本发明的施工装置的结构示意图；
图2是图1中水力压裂管、支撑件和瓦斯抽采管的立体结构示意图；
图3是注浆管与第一囊袋之间的密封组件的结构示意图；
图4是本发明的施工方法的流程图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置，包括第一囊袋1、第二囊袋2、注浆管3、水力压裂管4、瓦斯抽采管5和花管6，假定钻孔7由孔口到孔底的轴向方向为由左向右的方向，第一囊袋1设置在钻孔7内并位于孔口附近，第二囊袋2设置在钻孔7内并位于孔底附近，注浆管3、瓦斯抽采管5均由左向右依次穿过第一囊袋1和第二囊袋2后伸入到孔底处，花管6左端与瓦斯抽采管5右端同轴向固定连接，注浆管3、瓦斯抽采管5的外圆均与第一囊袋1和第二囊袋2之间设置有构造相同的密封组件8，水力压裂管4的外径小于瓦斯抽采管5的内径，水力压裂管4同轴向设置在瓦斯抽采管5和花管6内部，水力压裂管4右端向右伸出花管6右端，水力压裂管4上均匀设置有若干个与瓦斯抽采管5内壁接触的支撑件9，注浆管3上设置有第一管接头10、第二管接头11和第三管接头12，第一管接头10位于第一囊袋1内，第一管接头10上设置有第一单向阀13，第二管接头11位于第二囊袋2内，第二管接头11上设置有第二单向阀14，第三管接头12位于第一囊袋1和第二囊袋2之间，第三管接头12上设置有爆破阀15。
注浆管3与第一囊袋1之间的密封组件8包括均套在注浆管3上的第一紧固螺母16、第二紧固螺母17、第一橡胶密封圈18和第二橡胶密封圈19，第一橡胶密封圈18位于第一囊袋1的袋壁的左侧，第二橡胶密封圈19位于第一囊袋1的袋壁的右侧，第一橡胶密封圈18和第二橡胶密封圈19的内圈均与注浆管3外圆周密封接触，第一紧固螺母16和第二紧固螺母17均螺纹连接在注浆管3上，第一紧固螺母16向右紧压第一橡胶密封圈18使第一橡胶密封圈18右侧面与第一囊袋1的袋壁左侧密封配合，第二紧固螺母17向左紧压第二橡胶密封圈19使第二橡胶密封圈19左侧面与第一囊袋1的袋壁右侧密封配合。
支撑件9包括为同心圆的内圆环20和外圆环21，内圆环20固定套设在水力压裂管4外部，内圆环20和外圆环21之间沿圆周方向均匀设置有至少三根支杆22，每根支杆22均沿外圆环21的径向方向设置，外圆环21的外圆周与瓦斯抽采管5的内壁接触。
注浆管3在钻孔7内的部分由至少三根管体组成，相邻两根管体之间通过第四管接头23同轴向密封并固定连接。
如图4所示，封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置的施工方法，包括以下步骤，
（1）、实施水力压裂及瓦斯抽采一体化的钻孔7作业；
（2）、将安装连接好的封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置由钻孔7的孔口放入到钻孔7内；
（3）、将注浆泵与注浆管3的左端连接，启动注浆泵，注浆泵的进浆管通过连接PD复合材料浆料容器，PD复合材料浆料由注浆管3通过第一管接头10和第一单向阀13向第一囊袋1中，同时PD复合材料浆料由注浆管3通过第二管接头11和第二单向阀14向第二囊袋2中，第一囊袋1和第二囊袋2被PD复合材料浆撑开与钻孔7的内壁紧密压接，直到达到爆破阀15设定压力后爆破阀15打开，停止注入PD复合材料浆料；
（4）、将注浆泵的进浆管与PD复合材料浆料容器分开，马上连接水泥砂浆容器，注浆泵将水泥砂浆通过注浆管3和打开的爆破阀15注入到第一囊袋1与第二囊袋2之间封孔段的钻孔7内进行封孔作业，水泥砂浆被压入到钻孔7内壁周围的岩体裂隙内，达到设定压力后并保持一段时间后停止注入水泥砂浆；
（5）、封孔完成后，水力压裂管4左端连接高压水泵，高压水泵抽水通过水力压裂管4对钻孔7底部周围煤体实施缝网改造作业；
（6）、水力压裂作业完成后，瓦斯抽采管5联网进行瓦斯抽采作业，或者将水力压裂管4从瓦斯抽采管5抽出后再将瓦斯抽采管5联网进行瓦斯抽采作业。
本发明中的支撑件9起到确保瓦斯抽采管5与水力压裂管4之间保持同轴度，支撑件9采用同心圆的内圆环20和外圆环21以及径向设置支杆22，这样可使尽量不减少瓦斯抽采管5通道的截面积。支撑件9与水力压裂管4固定连接，这样可以在水力压裂作业完成后将水力压裂管4抽出以提高瓦斯抽采的效率，当然也可以不抽出。花管6位于瓦斯抽采管5右端（最末端），花管6的管壁上均匀布置圆孔，以便于在负压作用下抽取钻孔7内的瓦斯。瓦斯抽采管5、水力压裂管4、注浆管3皆穿过第一囊袋1和第二囊袋2的内部，其中瓦斯抽采管5和注浆管3外圆均设置有与第一囊袋1和第二囊袋2的袋壁密封连接的密封组件8，密封组件8采用第一橡胶密封圈18和第二橡胶密封圈19的内圈与瓦斯抽采管5、注浆管3的外壁密封连接，并通过第一紧固螺母16和第二紧固螺母17压紧第一橡胶密封圈18和第二橡胶密封圈19，使第一橡胶密封圈18和第二橡胶密封圈19的侧面与囊袋的袋壁密封配合。这种密封结构便于安装，密封效果好。
水力压裂管4同轴向置于瓦斯抽采管5内，优点为：（1）节省安装空间，便于安装第一囊袋1和第二囊袋2；（2）水力压裂与瓦斯抽采互不影响，实现钻孔7后水力压裂作业和瓦斯抽采作业两用，降低了钻孔7作业的数量，降低施工成本。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是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，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置，其特征在于：包括第一囊袋、第二囊袋、注浆管、水力压裂管、瓦斯抽采管和花管，假定钻孔由孔口到孔底的轴向方向为由左向右的方向，第一囊袋设置在钻孔内并位于孔口附近，第二囊袋设置在钻孔内并位于孔底附近，注浆管、瓦斯抽采管均由左向右依次穿过第一囊袋和第二囊袋后伸入到孔底处，花管左端与瓦斯抽采管右端同轴向固定连接，注浆管、瓦斯抽采管的外圆均与第一囊袋和第二囊袋之间设置有构造相同的密封组件，水力压裂管的外径小于瓦斯抽采管的内径，水力压裂管同轴向设置在瓦斯抽采管和花管内部，水力压裂管右端向右伸出花管右端，水力压裂管上均匀设置有若干个与瓦斯抽采管内壁接触的支撑件，注浆管上设置有第一管接头、第二管接头和第三管接头，第一管接头位于第一囊袋内，第一管接头上设置有第一单向阀，第二管接头位于第二囊袋内，第二管接头上设置有第二单向阀，第三管接头位于第一囊袋和第二囊袋之间，第三管接头上设置有爆破阀。
2.根据权利要求1所述的封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置，其特征在于：注浆管与第一囊袋之间的密封组件包括均套在注浆管上的第一紧固螺母、第二紧固螺母、第一橡胶密封圈和第二橡胶密封圈，第一橡胶密封圈位于第一囊袋的袋壁的左侧，第二橡胶密封圈位于第一囊袋的袋壁的右侧，第一橡胶密封圈和第二橡胶密封圈的内圈均与注浆管外圆周密封接触，第一紧固螺母和第二紧固螺母均螺纹连接在注浆管上，第一紧固螺母向右紧压第一橡胶密封圈使第一橡胶密封圈右侧面与第一囊袋的袋壁左侧密封配合，第二紧固螺母向左紧压第二橡胶密封圈使第二橡胶密封圈左侧面与第一囊袋的袋壁右侧密封配合。
3.根据权利要求2所述的封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置，其特征在于：支撑件包括为同心圆的内圆环和外圆环，内圆环固定套设在水力压裂管外部，内圆环和外圆环之间沿圆周方向均匀设置有至少三根支杆，每根支杆均沿外圆环的径向方向设置，外圆环的外圆周与瓦斯抽采管的内壁接触。
4.根据权利要求3所述的封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置，其特征在于：注浆管在钻孔内的部分由至少三根管体组成，相邻两根管体之间通过第四管接头同轴向密封并固定连接。
5.采用如权利要求4所述的封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）、实施水力压裂及瓦斯抽采一体化的钻孔作业；
（2）、将安装连接好的封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置由钻孔的孔口放入到钻孔内；
（3）、将注浆泵与注浆管的左端连接，启动注浆泵，注浆泵的进浆管通过连接PD复合材料浆料容器，PD复合材料浆料由注浆管通过第一管接头和第一单向阀向第一囊袋中，同时PD复合材料浆料由注浆管通过第二管接头和第二单向阀向第二囊袋中，第一囊袋和第二囊袋被PD复合材料浆撑开与钻孔的内壁紧密压接，直到达到爆破阀设定压力后爆破阀打开，停止注入PD复合材料浆料；
（4）、将注浆泵的进浆管与PD复合材料浆料容器分开，马上连接水泥砂浆容器，注浆泵将水泥砂浆通过注浆管和打开的爆破阀注入到第一囊袋与第二囊袋之间封孔段的钻孔内进行封孔作业，水泥砂浆被压入到钻孔内壁周围的岩体裂隙内，达到设定压力后并保持一段时间后停止注入水泥砂浆；
（5）、封孔完成后，水力压裂管左端连接高压水泵，高压水泵抽水通过水力压裂管对钻孔底部周围煤体实施缝网改造作业；
（6）、水力压裂作业完成后，瓦斯抽采管联网进行瓦斯抽采作业，或者将水力压裂管从瓦斯抽采管抽出后再将瓦斯抽采管联网进行瓦斯抽采作业。
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