CN108457693A - 一种割缝注浆封孔定点增压扩渗方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种割缝注浆封孔定点增压扩渗方法及结构，即针对采用割缝注浆封孔方式的瓦斯抽采钻孔，在封孔准备工作阶段，将增压膨胀气囊固定在抽采管上指定位置，然后送其至孔内缝槽位置，进行注浆封孔。通过调节气囊压力，使其增压膨胀，为孔内浆液流动提供径向推力，促使浆液填满缝槽空间，增大浆液扩散渗透范围。在封堵空间内实现定点增压扩渗，封堵钻孔周边裂隙。此外，这种方式还有助于压实孔内封孔浆液，减少封孔材料内部存在的裂隙。此发明能够有效提高注浆液体的扩散渗透范围，改善割缝注浆封孔密封质量，提升瓦斯抽采浓度及抽采率，具有较高的现场推广应用价值。

Description

一种割缝注浆封孔定点增压扩渗方法及结构

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术领域，具体涉及一种割缝注浆封孔定点增压扩渗方法及结构，尤其适用于顺层瓦斯抽采钻孔封孔。

背景技术

我国是最大的煤炭资源生产国及消费国，另外，我国工业能源结构决定在未来的一段时间内煤炭资源开发与利用仍将在推动工业经济发展进程中发挥基础主导作用。但是，由于我国煤炭资源赋存地质环境条件复杂等特点，在煤炭开采过程中易发生煤矿安全事故，特别是煤与瓦斯突出事故发生次数居世界之首。随着开采深度的增加，瓦斯事故发生的几率增大，严重威胁安全生产及人员生命安全。对预采煤层打钻孔进行瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理与利用的根本措施和主要途径，其钻孔密封质量直接影响着瓦斯的抽采效果和钻孔的有效抽采半径。

目前，我国瓦斯抽采钻孔封孔效果不佳，其瓦斯抽采浓度及抽采率偏低。现今常用的封孔工艺为充填式注浆封孔、机械式封孔、“两堵一注”带压注浆封孔。由于“两堵一注”封孔工艺及相关改进工艺，能够提高注浆压力、扩大浆液渗透范围，在现场取得较好封孔效果。两端堵头与注浆成为影响封孔效果的决定性因素，两端堵头与钻孔壁贴合不紧密或封堵距离较短、注浆浆液流动性差、注浆压力不足、浆液扩散范围小，都将导致封孔失效。

在“两堵一注”封孔工艺基础上所改进的割缝注浆封孔工艺大大改善了封孔质量，但增加了注浆难度。由于在封孔段切割煤体形成缝槽，其缝槽与孔壁存在拐角影响浆液流动，不能充实孔内封堵空间，特别是钻孔上部的缝槽空间难以填满。另外，其缝槽内的注浆压力不能得到有效保证，浆液扩散渗透范围小，不能完全封堵钻孔周边裂隙，从而导致抽采钻孔封孔失效。

因此，要确保割缝注浆封孔确保封孔工艺满足要求，就需要增大孔内浆液的压力及扩散渗透范围，封堵钻孔周边裂隙，达到改善封孔质量、提高瓦斯抽采效果的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明为解决采用割缝注浆封孔方式的瓦斯抽采钻孔封堵空间内注浆不严实的问题，提供一种割缝注浆封孔定点增压扩渗方法及结构，提高浆液的流动性，增大注浆时孔内浆液的压力及扩散渗透范围，以求完全充实缝槽空间，并封堵钻孔周边裂隙，达到改善封孔质量，提高瓦斯抽采效果的目的。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种割缝注浆封孔定点增压扩渗方法，包括以下步骤：

步骤1：依据割缝注浆封孔设计参数对预采煤层进行瓦斯抽采钻孔施工，在钻孔封孔段设计位置使用超高压水力割缝设备切割至少一条径向环形缝槽，清洗孔内煤渣浮渣并加长清洗时间；

步骤2：根据设计的环形缝槽数量及位置，将对应数量的增压膨胀气囊分别安装固定在抽采管与环形缝槽对应位置上，增压膨胀气囊连接胶管，拉延至孔口，并在抽采管上布置后端堵头；

步骤3：将安装好增压膨胀气囊、后端堵头的抽采管送至钻孔内设计位置，布置前端堵头，使胶管穿过前端堵头，通过布设在钻孔内的注浆管连接孔外注浆设备，对钻孔进行注浆封孔；

步骤4：在钻孔内注浆压力达到2MPa时，通过胶管将增压膨胀气囊与压气动力设备连接，按照由孔内至孔口的顺序，依次向增压膨胀气囊充气，使增压膨胀气囊处于膨胀状态，完成注浆封孔。

优选的，在钻孔封孔段切割的环形缝槽数量不超过三条，加长排渣时间为1～3min。

优选的，所述增压膨胀气囊安装在抽采管上送至钻孔内后，保证环形缝槽处于增压膨胀气囊膨胀后轴向中间位置。

优选的，所述增压膨胀气囊轴向长度D与环形缝槽宽度d的比值为5～10：1，D为1～2m。

优选的，所述增压膨胀气囊安装位置与前端堵头、后端堵头间距分别不小于1m；多个增压膨胀气囊之间距离不小于3m。

优选的，步骤4中向增压膨胀气囊内充气至其压力达到3MPa，维持膨胀状态。

一种利用上述的割缝注浆封孔定点增压扩渗方法的割缝注浆封孔定点增压扩渗结构，包括抽采管；所述抽采管上套设有前端堵头、增压膨胀气囊和后端堵头；所述对前端堵头和后端堵头之间包括封孔空间及缝槽空间设有封堵体；所述封堵体包括封堵体主体及与其一体成型沿钻孔径向设置的封堵墙；将增压膨胀气囊膨胀设置于封堵墙位置。

优选的，所述环形缝槽及增压膨胀气囊数量为一至三个。

优选的，所述封堵体由注浆液填充凝固而成；所述封堵墙的注浆液填充空间为沿钻孔径向切割煤体形成的环形缝槽。

优选的，所述封堵主体及封堵墙内的注浆液，通过调节增压膨胀气囊膨胀后，增加其内部浆液压力，从而达到增压扩渗的目的。

本发明的有益效果在于：本发明通过在环形缝槽处设置增压膨胀气囊，增压膨胀气囊膨胀后，可使注浆时钻孔内压力增大，尤其是膨胀气囊与钻孔间隙处，在逼仄的空间里浆液因挤压产生更大的压力与迸射力，有利于浆液向缝槽及两侧周边位置扩散渗透，因此浆液的扩散渗透范围会更广，更有利于封堵钻孔周边裂隙。同时浆液在环形缝槽与钻孔壁的拐角处，由于增压膨胀气囊的导向作用，即浆液需求从增压膨胀气囊一侧运动到另一侧，必须经过该间隙，而该间隙就位于环形缝槽内侧，因此浆液也将更好的完全填充入环形缝槽内部空间，形成更完整的封堵墙，进而更好的改善封孔质量，提高瓦斯抽采效果。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为实施例一双环形缝槽施工结构示意图；

图2为实施例二单环形缝槽施工结构示意图。

附图中标记如下：1-钻孔、2-抽采管、3-后端堵头、4-环形缝槽、5-胶管、6-注浆管、7-前端堵头、8-增压膨胀气囊、9-注浆设备、10-压气动力设备、11-封堵体主体、12-封堵墙、13-预采煤层。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例一

如图1所示，一种割缝注浆封孔定点增压扩渗方法，包括以下步骤：

步骤1：依据割缝注浆封孔设计参数使用超高压水力割缝设备对预采煤层13进行瓦斯抽采钻孔施工，钻孔1直径113mm，封孔长度20m，分别在距离孔口位置15m、8m处切割共两条环形缝槽4，清洗孔内煤渣浮渣并加长清洗时间2min；

步骤2：根据设计的环形缝槽4数量及位置，将对应数量的增压膨胀气囊8分别安装固定在抽采管2与环形缝槽4对应位置上，增压膨胀气囊8连接胶管5，拉延至孔口，并在抽采管2上布置后端堵头3；

步骤3：将安装好增压膨胀气囊8、后端堵头3的抽采管2送至钻孔1内设计位置，布置前端堵头7，使胶管5穿过前端堵头7，通过布设在钻孔1内的注浆管6连接孔外注浆设备9，对钻孔1进行注浆封孔；

本实施例中，先在抽采管2上布置后端堵头3，后端堵头3轴向长度1m，然后在抽采管2上距孔口14-16m、7-9m处安装固定增压膨胀气囊8，分别通过胶管5连接至孔外，再将注浆管6放到钻孔内，然后布置前端堵头7，前端堵头7轴向长度1m；最后，将胶管5与孔外的压气动力设备10连接，注浆管6与注浆设备9连接；

步骤4：在钻孔1内注浆压力达到2MPa时，通过胶管将增压膨胀气囊8与压气动力设备10连接，按照由孔内至孔口的顺序，依次向增压膨胀气囊8充气，使增压膨胀气囊处于膨胀状态，完成注浆封孔。

本实施例通过在环形缝槽4处设置增压膨胀气囊8，增压膨胀气囊8膨胀后，可使注浆时钻孔1内浆液压力增大，尤其是膨胀气囊8与钻孔1间隙处，在逼仄的空间里浆液因挤压产生更大的压力与迸射力，有利于浆液向缝槽及两侧周边位置扩散渗透，因此浆液的扩散渗透范围会更广，更有利于封堵钻孔周边裂隙。同时浆液在环形缝槽4与钻孔壁的拐角处，由于增压膨胀气囊8的导向作用，即浆液需求从增压膨胀气囊一侧运动到另一侧，必须经过该间隙，而该间隙就位于环形缝槽4内侧，因此浆液也将更好的完全填充入环形缝槽4内部空间，形成更完整的封堵墙，进而更好的改善封孔质量，提高瓦斯抽采效果。

进一步的，本实施例中，钻孔封孔段切割的环形缝槽4数量不超过三条，以保证增压膨胀气囊的安装间隔，避免影响孔内浆液流动性，确保注浆效果。增加清洗时间可避免煤渣过多影响注浆效果。

进一步的，本实施例中，增压膨胀气囊8膨胀后轴向宽度D为2m，环形缝槽4轴向宽度d为20cm；增压膨胀气囊8安装在抽采管2上送至钻孔1内后，环形缝槽4位于增压膨胀气囊8膨胀后轴向中间位置，使增压膨胀气囊8在轴向上能够完全覆盖环形缝槽4开切后的破坏影响区域。

进一步的，本实施例中，增压膨胀气囊8安装位置与前端堵头7、后端堵头3间距分别不小于1m；多个增压膨胀气囊8之间距离不小于3m，其能够有效的避免增压膨胀气囊8间距太小，膨胀过程中造成挤压而导致装置破坏，也确保了孔内浆液的流动性。

进一步的，本实施例中，前端堵头7、后端堵头3的材料聚氨酯材料，且因封堵距离不小于1m，能确保堵头能承受孔内较高浆液压力，避免气囊膨胀后孔内浆液沿钻孔轴向漏浆。

进一步的，本实施例中，孔内浆液达到2Mpa时，则可以确保封堵空间基本填满，持续注浆，然后按照由孔内至孔口顺序调节增压膨胀气囊，可以确保压实封堵材料，继续填充封堵空间。

进一步的，本实施例中，将增压膨胀气囊内的压力控制在3MPa，略高于孔内注浆压力，有助于浆液增压扩渗，避免压力过高，导致跑浆、漏浆情况发生。

一种利用上述的割缝注浆封孔定点增压扩渗方法的割缝注浆封孔定点增压扩渗结构，包括抽采管2；所述抽采管2上套设有前端堵头7、增压膨胀气囊8和后端堵头3；所述对前端堵头7和后端堵头3之间包括封孔空间及缝槽空间设有封堵体；所述封堵体包括封堵体主体11及与其一体成型沿钻孔径向设置的封堵墙12；将增压膨胀气囊膨胀8设置于封堵墙位置。

进一步的，本实施例中，环形缝槽4及增压膨胀气囊8数量为两个。

进一步的，本实施例中，封堵体由注浆液填充凝固而成；所述封堵墙12的注浆液填充空间为沿钻孔1径向切割煤体形成的环形缝槽4。

进一步的，本实施例中，封堵主体及封堵墙内的注浆液，通过调节增压膨胀气囊膨胀后，增加其内部浆液压力，从而达到增压扩渗的目的。

实施例二

如图2，与实施例一的区别在于，本实施例中，环形缝槽4及配套使用的增压膨胀气囊8数量为一，当然，在其他实施例中，数量也可以为三，只要能保证钻孔内浆液的流动性，以及能保证注浆时孔内浆液的压力及扩散渗透范围即可。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种割缝注浆封孔定点增压扩渗方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：依据割缝注浆封孔设计参数对预采煤层进行瓦斯抽采钻孔施工，在钻孔封孔段设计位置使用超高压水力割缝设备切割至少一条径向环形缝槽，清洗孔内煤渣浮渣并加长清洗时间；

步骤2：根据设计的环形缝槽数量及位置，将对应数量的增压膨胀气囊分别安装固定在抽采管与环形缝槽对应位置上，增压膨胀气囊连接胶管，拉延至孔口，并在抽采管上布置后端堵头；

步骤3：将安装好增压膨胀气囊、后端堵头的抽采管送至钻孔内设计位置，布置前端堵头，使胶管穿过前端堵头，通过布设在钻孔内的注浆管连接孔外注浆设备，对钻孔进行注浆封孔；

步骤4：在钻孔内注浆压力达到2MPa时，通过胶管将增压膨胀气囊与压气动力设备连接，按照由孔内至孔口的顺序，依次向增压膨胀气囊充气，使增压膨胀气囊处于膨胀状态，完成注浆封孔。

2.根据权利要求1所述的割缝注浆封孔定点增压扩渗方法，其特征在于：在钻孔封孔段切割的环形缝槽数量不超过三条，加长排渣时间为1～3min。

3.根据权利要求1或2所述的割缝注浆封孔定点增压扩渗方法，其特征在于：所述增压膨胀气囊安装在抽采管上送至钻孔内后，保证环形缝槽处于增压膨胀气囊膨胀后轴向中间位置。

4.根据权利要求3所述的割缝注浆封孔定点增压扩渗方法，其特征在于：所述增压膨胀气囊轴向长度D与环形缝槽宽度d的比值为5～10：1，D为1～2m。

5.根据权利要求1所述的割缝注浆封孔定点增压扩渗方法，其特征在于：所述增压膨胀气囊安装位置与前端堵头、后端堵头间距分别不小于1m；多个增压膨胀气囊之间距离不小于3m。

6.根据权利要求1所述的割缝注浆封孔定点增压扩渗方法，其特征在于：步骤4中向增压膨胀气囊内充气至其压力达到3MPa，维持膨胀状态。

7.一种利用权利要求1～6任一所述的割缝注浆封孔定点增压扩渗方法的割缝注浆封孔定点增压扩渗结构，其特征在于：包括抽采管；所述抽采管上套设有前端堵头、增压膨胀气囊和后端堵头；所述对前端堵头和后端堵头之间包括封孔空间及缝槽空间设有封堵体；所述封堵体包括封堵体主体及与其一体成型沿钻孔径向设置的封堵墙；将增压膨胀气囊膨胀设置于封堵墙位置。

8.根据权利要求7所述的割缝注浆封孔定点增压扩渗结构，其特征在于：所述环形缝槽及增压膨胀气囊数量为一至三个。

9.根据权利要求8所述的割缝注浆封孔定点增压扩渗结构，其特征在于：所述封堵体由注浆液填充凝固而成；所述封堵墙的注浆液填充空间为沿钻孔径向切割煤体形成的环形缝槽。

10.根据权利要求9所述的割缝注浆封孔定点增压扩渗结构，其特征在于：所述封堵主体及封堵墙内的注浆液，通过调节增压膨胀气囊膨胀后，增加其内部浆液压力，从而达到增压扩渗的目的。