CN107762548B - 一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，它解决了现有技术中矿山岩体钻孔密封效果差、采集效果不理想的问题，具有采用三重封堵方式，保证钻孔密封效果；对采集空腔周围岩体裂隙进行高压增透处理，保证岩体瓦斯采集的效果；其技术方案为：包括以下步骤：打瓦斯抽采钻孔：用钻机在巷道中向顶板或底板煤岩体中先后按设定角度钻孔至指定抽采区域的煤层；安装测试探头，利用钻机将测试探头推挤至指定抽采区域；封闭钻孔与抽采裂缝增透：测试探头到达指定区域后，连接供给操作台和钻杆，向测试探头内提供设定压力的柔性封堵介质；耐压试验；测定瓦斯参数：将测试探头与测定系统相连，测定系统中瓦斯压力表稳定后读取瓦斯压力表示数。

Description

一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法

技术领域

本发明属于矿山岩体钻孔抽采技术领域，具体涉及一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法。

背景技术

在研究矿井煤与瓦斯突出、瓦斯涌出、瓦斯抽放时，瓦斯压力和瓦斯含量是关键性的基础参数，为了研究煤层瓦斯的赋存及涌出规律，需要进行煤层瓦斯压力和瓦斯含量的测定。根据煤炭行业标准MT/T638-1996《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》的规定，测压钻场应选在邻近煤层的巷道中，一般选择在完整坚硬的煤岩中打上行钻孔。

现有技术中钻孔封堵方式采用向钻孔中充填混凝土充填材料或在钻孔中安装两块挡板，以形成密封空间，并通过单独的管道向此密封空间内灌注混凝土充填材料，上述封堵方式存在很多不足，例如：

(1)钻孔内瓦斯抽采管道与封堵管道相互独立，多根管道容易发生管道缠绕问题，封孔效率低下、操作复杂且稳定性较差；

(2)封堵介质多采用固体介质，固化后容易发生龟裂现象或者固体材料无法对相应段的钻孔壁周围岩体裂隙进行密封，密封效果差；

(3)瓦斯抽采过程中采集区域岩体裂隙不发育，导致采集速度较慢、采集效果不理想。

综上所述，现有技术中对于如何提高瓦斯抽采过程中的岩体密封效果和瓦斯采集效果的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，其具有采用三重封堵方式，保证了钻孔密封效果；对采集空腔周围岩体裂隙进行高压增透处理，保证了岩体瓦斯采集的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，包括以下步骤：

步骤1打瓦斯抽采钻孔：用钻机在巷道中向顶板或底板煤岩体中先后按设定角度钻孔至指定抽采区域的煤层；

步骤2清理钻孔中的杂物后安装测试探头，将测试探头与钻杆相连，利用钻机将测试探头推挤至指定抽采区域；

步骤3封闭钻孔与抽采裂缝增透：测试探头到达指定区域后，利用软管连接供给操作台和钻杆，向测试探头内提供设定压力的柔性封堵介质；

步骤4耐压试验：做耐压试验对封孔效果进行检验，若封孔不合格，则需重复步骤3；

步骤5测定瓦斯参数：将测试探头与测定系统相连，测定系统中瓦斯压力表稳定后读取瓦斯压力表示数。

进一步的，所述测试探头包括I型封堵单元和两个连接有侧漏阀的II型封堵单元，两个II型封堵单元之间通过采集管相连，所述I型封堵单元通过连通管与II型封堵单元相连。

进一步的，所述采集管上设有若干第三小孔，所述第三小孔中设有两个相对设置的单向密封条；两个单向密封条之间形成朝向采集管内壁的开口。

进一步的，所述I型封堵单元包括I型管状接头、第一封堵胶囊和第四开关，所述第四开关设于I型管状接头的周向一侧，所述第一封堵胶囊包覆于I型管状接头的外侧。

进一步的，所述I型管状接头的两端设有凸起部，所述凸起部之间形成凹槽，所述凹槽的一侧设有用于第四开关穿过的通孔；所述第四开关包括盖帽和第一弹簧，所述盖帽的一端通过第一弹簧与I型管状接头的内壁相连，所述盖帽的另一端设于I型管状接头的外侧；

所述盖帽呈丁字形结构，所述盖帽的内侧设有盖帽套件，盖帽套件的两侧设有第一小孔；

第一弹簧在自由状态下，所述盖帽将第一小孔封堵；第一弹簧在压缩状态下，盖帽弹起，I型管状接头通过第一小孔与第一封堵胶囊与I型管状接头之间的空腔连通。

进一步的，所述II型管状接头的一端设有凹陷部，另一端设有凸起部，所述凹陷部与凸起部之间形成凹槽，所述凹槽的一侧设有通孔；

所述II型封堵单元包括II型管状接头、第二封堵胶囊和第五开关，所述第五开关设于II型管状接头的周向一侧，所述第二封堵胶囊包覆于II型管状接头的外侧。

进一步的，所述侧漏阀包括基体管、橡胶球、第二弹簧和调节螺母，所述基体管内部后侧沿轴线对称设有第二小孔，所述第二小孔中设有橡胶球，所述橡胶球的后侧与第二弹簧的一端接触，所述第二弹簧的另一端与调节螺母接触。

进一步的，所述步骤3中，首先打开供给操作台上的第一开关，柔性封堵介质进入I型封堵单元和II型封堵单元内，使I型封堵单元和II型封堵单元起胀，分别形成密封空腔和采集空腔；

继续增加柔性封堵介质的压力，侧漏阀开启，柔性封堵介质进入密封空腔内，对密封空腔进行填充；同时柔性封堵介质通过侧漏阀进入采集空腔，对采集空腔岩体裂缝进行加压扩张；待供给操作台上的流量表示数稳定后，关闭第一开关，打开供给操作台上的第二开关，使采集空腔内柔性封堵介质先经由采集管上的第三小孔进入采集管，后经连通管流出，使管道内部保持通畅。

进一步的，所述测定系统包括通过管路依次相连的收集罐、电子压力表和瓦斯压力表；所述收集罐与电子压力表之间的管路上设有单向截止阀，所述瓦斯压力表与测试探头连接的管路上设有第三开关。

进一步的，所述步骤5中，测试探头与测定系统连接后，打开第三开关，瓦斯压力表稳定后读取瓦斯压力表示数并与电子压力表读数对比，取瓦斯压力表与电子压力表读数的平均值作为采集空腔内瓦斯压力值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将封堵和抽采过程经由同一管路，减少了传统钻孔内同时存在的封堵和抽采管道的数量，解决了钻孔内管道绕线问题，简化了系统结构和封堵过程，提高了封堵效率；

2、本发明采用I型封堵单元、II型封堵单元和密封空腔三重封堵方式，配合柔性封堵介质，不仅强化了钻孔密封效果，而且能够对密封段钻孔周围岩体裂隙起到密封作用，可进一步提高效果；

3、本发明采用封闭钻孔与抽采裂缝增透，利用柔性封堵介质对采集空腔周围岩体裂隙进行加压增透，后经采集管上的第三小孔流出，增加了待抽采岩体裂隙渗透性，提高了抽采效果，加快了抽采速率；且第三小孔中设有只向采集管内壁开启的单向密封条，能够使钻孔中的瓦斯通过单向密封条之间的开口进入采集管内，同时起胀I型封堵单元、II型封堵单元，可阻止柔性封堵介质直接通过第三小孔进入钻孔中；

4、本发明的I型封堵单元和II型封堵单元中均设有开关，开关在弹簧常态时保持关闭，只有当I型封堵单元和II型封堵单元中充入封堵材料时，由于封堵材料对弹簧施加压力使开关弹起，封堵材料由对应的小孔流至钻孔中；增加设备的密封性及充填效果；

5、本发明的II型封堵单元的尾部连接侧漏阀，通过旋转侧漏阀中的调节螺母可调节弹簧的预紧力，以调节橡胶球的开启压力；侧漏阀具有一定的初始开启压力，封堵胶囊起胀与钻孔形成密封空腔和采集空腔后，柔性封堵介质经侧漏阀进入密封空腔内，有利于增强密封空腔对钻孔的密封效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的推进供给系统结构示意图；

图2为本发明的瓦斯抽采状态示意图；

图3为本发明的测试探头结构示意图；

图4为本发明的锥头结构示意图；

图5为本发明的I型封堵单元结构示意图；

图6为本发明的第四开关结构示意图；

图7为本发明的采集管结构示意图；

图8本发明的采集管局部放大图；

图9为本发明的连通管结构示意图；

图10为本发明的II型封堵单元结构示意图；

图11为本发明的侧漏阀结构示意图；

图12为本发明的侧漏阀剖面图；

其中，1、煤岩体，2、钻孔，3、锥头，4、I型封堵单元，5、II型封堵单元，6、密封空腔，7、采集空腔，8、连通管，9、采集管，10、钻杆，11、软管，12、钻机，13、供给操作台，14、第一开关，15、压力表，16、流量表，17、第二开关，18、收集操作台，19、第三开关，20、瓦斯压力表，21、电子压力表，22、收集罐，23、单向截止阀，24、柔性封堵介质，25、侧漏阀，26、II型管状接头，27、第二封堵胶囊，28、盖帽，29、第一弹簧，30、第一小孔，31、第三小孔，32、单向密封条，33、基体管，34、橡胶球，35、第二弹簧，36、第二小孔，37、调节螺母，38、第四开关，39、I型管状接头，40、第一封堵胶囊，41、第五开关。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在矿山岩体钻孔密封效果差、采集效果不理想的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，其采用矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采设备，此设备包括测试探头、推进系统、供给系统和测定系统。

如图3-图12所示，所述测试探头包括锥头3、I型封堵单元4和两个II型封堵单元5，II型封堵单元5的尾部与侧漏阀25螺纹连接，两个II型封堵单元5之间通过采集管9相连，首部的II型封堵单元5连接有锥头3，中部的II型封堵单元5尾部的侧漏阀25通过连通管8与I型封堵单元4相连。

中部的II型封堵单元5与尾部的I型封堵单元4及钻孔2内壁形成密封空腔6，与头部的II型封堵单元5及钻孔2形成采集空腔7。

如图4所示，所述锥头3设于测试探头的头部，与首部的II型封堵单元5为螺纹连接，起到导向作用。

如图7和图8所示，所述采集管9位于两个II型封堵单元5之间，其一端通过侧漏阀25与测试探头头部的II型封堵单元5呈螺纹连接，另一端与测试探头中部的II型封堵单元5螺纹连接。

所述采集管9上贯通有第三小孔31数个，所述第三小孔31中安装有两根单向密封条32，所述单向密封条32与采集管9的管壁呈一定夹角，两根单向密封条32之间形成的开口只向采集管9内壁开启，能够使钻孔2中的瓦斯通过单向密封条32之间的开口进入采集管9内，同时起胀I型封堵单元4、II型封堵单元5，可阻止柔性封堵介质24直接通过第三小孔31进入钻孔2中。

如图5和图6所示，所述I型封堵单元4位于测试探头的尾部，包括I型管状接头39、第一封堵胶囊40和第四开关38，所述I型管状接头39呈两端凸起中间凹陷的管状结构，所述第一封堵胶囊40包绕并固定在I型管状接头39中间凹陷部分，I型管状接头39的内部设有通道；所述第四开关38固定于I型管状接头39的外侧管壁中部，且设于第一封堵胶囊40的内部。

所述第四开关38包括盖帽28、第一弹簧29和盖帽套件，所述盖帽28呈丁字形结构，盖帽28的顶部两侧设有竖板，盖帽28的底部穿过I型管状接头39至其内部，盖帽28底部两侧设有连接板，所述连接板通过第一弹簧29与I型管状接头39的内壁相连。

所述盖帽套件固定于I型管状接头39的外侧与盖帽28相配合，盖帽套件的内部为空腔，两侧设有第一小孔30；常态时，盖帽28在第一弹簧29的作用下处于关闭状态，竖板恰巧密封住第一小孔30；充填封堵材料时，一定压力的封堵材料将盖帽28向上顶起，I型管状接头39的内部与第一小孔30形成通路，此时封堵材料经第一小孔30进入I型管状接头39和第一封堵胶囊40的空腔内，第一封堵胶囊40起胀。

所述封堵材料为柔性封堵介质24，呈流体状。

所述II型封堵单元5为两个，如图10所示，每个II型封堵单元5包括第二封堵胶囊27、II型管状接头26和第五开关41，所述第五开关41的结构及设置方式与第四开关38相同，此处不再赘述。

所述II型管状接头26的一端设有凹陷部，另一端设有凸起部，所述凹陷部与凸起部之间形成凹槽，所述凹槽的一侧设有通孔；所述II型管状接头26的内部设有用于容纳封堵材料的通道。

所述II型管状接头26尾部的凹陷部与侧漏阀25呈螺纹连接。

如图11和图12所示，所述侧漏阀包括基体管33、两个第二弹簧35、两个橡胶球34、两个第二小孔36和两个调节螺母37组成。所述基体管33为圆柱管结构，其一端的内部设有阶梯状通道，阶梯状通道与II型封堵单元5尾部的凹陷部为螺纹连接，所述凹陷部设于阶梯状通道的内部。

所述阶梯状通道的后侧设有内径小于阶梯状通道的圆柱形通道，所述圆柱形通道的两侧对称设有第二小孔36，第二小孔36为台阶孔，其一端与阶梯状通道连通，另一端与钻孔2连通；在所述第二小孔36的台阶处设有橡胶球34，所述橡胶球34的后侧设有第二弹簧35和调节螺母37，通过旋转调节螺母37可调节第二弹簧35的预紧力，以调节橡胶球34的开启压力。

柔性封堵介质24可通过侧漏阀25进入密封空腔6内，不仅可密封钻孔2，而且对钻孔2周围岩体裂隙起到进一步密封作用。

同时柔性封堵介质24也可通过侧漏阀25进入采集空腔7内，利用其高压作用沿采集空腔7周围岩体裂隙进一步破坏，增加裂隙渗透性，之后柔性封堵介质24通过采集管9上的第三小孔31和单向密封条32进入采集管9并排出。

所述推进系统包括钻杆10和钻机12，所述钻杆10连接测试探头的尾部，起到接长与推进双重作用，所述钻机12通过钻杆10推进测试探头到钻孔指定位置。

所述供给系统上设有供给操作台13，所述供给操作台13上设有依次相连的第一开关14、压力表15、流量表16、第二开关17，第二开关17通过软管11与钻杆10相连。

所述供给操作台13通过软管11、钻杆10向测试探头内提供一定压力的柔性封堵介质24。

所述压力表15用以观测供给操作台13所提供的柔性封堵介质24的压力，所述流量表16用以读取柔性封堵介质24通过的流量。

所述测定系统包括收集系统和测试探头，所述收集系统的主体为收集操作台18，包括收集罐22、电子压力表21和瓦斯压力表20，所述收集罐22、电子压力表21和瓦斯压力表20通过管路依次相连，所述瓦斯压力表20通过管路与I型封堵单元4相连。

所述收集罐22与电子压力表21之间的管路上设有单向截止阀23，所述瓦斯压力表20与I型封堵单元4的管路上设有第三开关19。

所述收集操作台18用以收集采集空腔7内的瓦斯气体，所述瓦斯压力表20用以读取瓦斯压力示数，所述电子压力表21与瓦斯压力表20相互校正，保证瓦斯压力参数的准确性。单向截止阀23保证瓦斯气体只能单向流动至收集罐22中。

矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，具体操作步骤为：

(1)打瓦斯抽采钻孔2：用钻机12在巷道中向顶板或底板煤岩体1中先后施工规定角度的钻孔2至到达指定抽采区域的煤层。

(2)安装测试探头：清理钻孔2中的杂物，依次连接锥头3、II型封堵单元5、采集管9、II型封堵单元5、连通管8、I型封堵单元4，并将测试探头底部的I型封堵单元4与钻杆10相连接，利用钻机12将安装完毕的测试探头推挤至指定抽采区域。

(3)封闭钻孔2与抽采裂缝增透：待测试探头到达指定区域后，利用软管11连接供给操作台13和钻杆10，向测试探头内提供一定压力的柔性封堵介质24。

首先，打开供给操作台13的第一开关14，柔性封堵介质24通过连通管8和采集管9，经由对应的第四开关38、第五开关41进入I型封堵单元4和II型封堵单元5内，起胀第一封堵胶囊40、第二封堵胶囊27，分别形成密封空腔6和采集空腔7。

继续增加柔性封堵介质24的压力，侧漏阀25开启，柔性封堵介质24经由第二小孔36进入密封空腔6内，对密封空腔6进行填充，并进一步填充密封空腔6周围岩体裂隙，此时，测试探头下部的I型封堵单元4、II型封堵单元5和密封空腔6形成三重钻孔密封，同时，柔性封堵介质24通过侧漏阀25进入采集空腔7，对采集空腔7岩体裂缝进行加压扩张。

待供给操作台13上的流量表16示数稳定后，关闭第一开关14，打开第二开关17，使采集空腔7内柔性封堵介质24先经由采集管9上的第三小孔31进入采集管9，后经连通管8流出，使管道内部保持通畅。

(4)耐压试验：封闭钻孔2完毕后，做耐压试验对封孔效果进行检验，若封孔不合格，则需重新封孔。

(5)测定瓦斯参数：耐压试验完毕后，进行瓦斯参数测定，即连接收集操作台18，打开第三开关19，瓦斯气体通过采集管9的第三小孔31进入采集管9内，经连通管8等进入收集操作台18；

待瓦斯压力表20稳定后，读取瓦斯压力表20示数，并与电子压力表21读数相比较，在二者数值大致相当的情况下，取二者数值的平均值，即为显示采集空腔7内瓦斯压力的数值，最后将收集至收集罐22中的瓦斯气体进行成分和含量分析。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1打瓦斯抽采钻孔：用钻机在巷道中向顶板或底板煤岩体中先后按设定角度钻孔至指定抽采区域的煤层；

步骤2安装测试探头，将测试探头与钻杆相连，利用钻机将测试探头推挤至指定抽采区域；

所述测试探头包括I型封堵单元和两个连接有侧漏阀的II型封堵单元，两个II型封堵单元之间通过采集管相连，所述I型封堵单元通过连通管与II型封堵单元相连；

所述I型封堵单元包括I型管状接头、第一封堵胶囊和第四开关，所述第四开关设于I型管状接头的周向一侧，所述第一封堵胶囊包覆于I型管状接头的外侧；

所述第四开关包括盖帽和第一弹簧，所述盖帽的一端通过第一弹簧与I型管状接头的内壁相连，所述盖帽的另一端设于I型管状接头的外侧；

所述盖帽的内侧设有盖帽套件，盖帽套件的两侧设有第一小孔；

第一弹簧在自由状态下，所述盖帽将第一小孔封堵；第一弹簧在压缩状态下，盖帽弹起，I型管状接头通过第一小孔与第一封堵胶囊与I型管状接头之间的空腔连通；

步骤3封闭钻孔与抽采裂缝增透：测试探头到达指定区域后，利用软管连接供给操作台和钻杆，向测试探头内提供设定压力的柔性封堵介质；

步骤4耐压试验：做耐压试验对封孔效果进行检验，若封孔不合格，则需重复步骤3；

步骤5测定瓦斯参数：将测试探头与测定系统相连，测定系统中瓦斯压力表稳定后读取瓦斯压力表示数。

2.根据权利要求1所述的一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，其特征在于，所述采集管上设有若干第三小孔，所述第三小孔中设有两个相对设置的单向密封条；两个单向密封条之间形成朝向采集管内壁的开口。

3.根据权利要求1所述的一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，其特征在于，所述II型封堵单元包括II型管状接头、第二封堵胶囊和第五开关，所述第五开关设于II型管状接头的周向一侧，所述第二封堵胶囊包覆于II型管状接头的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，其特征在于，所述侧漏阀包括基体管、橡胶球、第二弹簧和调节螺母，所述基体管内部后侧沿轴线对称设有第二小孔，所述第二小孔中设有橡胶球，所述橡胶球的后侧与第二弹簧的一端接触，所述第二弹簧的另一端与调节螺母接触。

5.根据权利要求1所述的一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，其特征在于，所述步骤3中，首先打开供给操作台上的第一开关，柔性封堵介质进入I型封堵单元和II型封堵单元内，使I型封堵单元和II型封堵单元起胀，分别形成密封空腔和采集空腔；

继续增加柔性封堵介质的压力，侧漏阀开启，柔性封堵介质进入密封空腔内，对密封空腔进行填充；同时柔性封堵介质通过侧漏阀进入采集空腔，对采集空腔岩体裂缝进行加压扩张；待供给操作台上的流量表示数稳定后，关闭第一开关，打开供给操作台上的第二开关，采集空腔中的柔性封堵介质进入采集管后经连通管流出。

6.根据权利要求1所述的一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，其特征在于，所述测定系统包括通过管路依次相连的收集罐、电子压力表和瓦斯压力表；所述收集罐与电子压力表之间的管路上设有单向截止阀，所述瓦斯压力表与测试探头连接的管路上设有第三开关。

7.根据权利要求6所述的一种矿山岩体钻孔增透型瓦斯封堵抽采方法，其特征在于，所述步骤5中，测试探头与测定系统连接后，打开第三开关，瓦斯压力表稳定后读取瓦斯压力表示数并与电子压力表读数对比，取瓦斯压力表与电子压力表读数的平均值作为采集空腔内瓦斯压力值。