CN110173231A - 一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压装置，包括测压气室段、第一两堵一注封孔段、第二两堵一注封孔段、测压装置组件；所述测压装置组件包括测压管、棉纱、注浆管、阀门、压力表。本方法用于钻孔测定煤层瓦斯压力，通过分段封孔实现测压装置、封孔装置下放至预定位置定点封孔，将传统两堵一注注浆封孔转变为三堵两注注浆封孔，保证钻孔周边裂隙的密实封堵，防止瓦斯压力上升和稳定期间漏气；在分段封孔作用下避免因整段封孔漏气使测压钻孔失效，双重密封保障下使钻孔内瓦斯压力反应至测压表以准确获得煤层瓦斯压力。本发明还提供一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压方法。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下瓦斯防治工程技术领域，涉及一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压装置及方法。
背景技术
煤层瓦斯压力是瓦斯防治基础参数，是反映煤层瓦斯含量的重要标志也是评价煤层突出危险性的重要指标；准确测定煤层瓦斯压力可掌握煤层瓦斯赋存情况，更是煤层突出危险性区域预测和区域措施效果考察的关键步骤。
传统的下向钻孔测压期间普遍采用注浆封孔方式，包括一次注浆封孔方法、全孔注浆→扫孔→再注浆封孔方法以及套管封孔方法等，在一定程度上提高了封孔质量、提升了瓦斯压力测定的准确度。但传统的一次注浆封孔方式仍存在注浆封堵不严实、孔隙裂隙通道不能密封、封孔装置下放不到预定位置；成孔注浆后扫孔注浆的封孔方式很大程度上增加了工程控制难度从而难以保证准确定位，同时增加了测压工程量；套管封孔方式也可能存在套管不能安放到预定位置而难以准确获得煤层瓦斯压力测值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供长距离下向钻孔分段密实封孔测压装置及方法，用于钻孔测定煤层瓦斯压力期间。通过分段封孔实现测压装置、封孔装置下放至预定位置定点封孔，将传统两堵一注注浆封孔转变为三堵两注注浆封孔，保证钻孔周边裂隙的密实封堵，防止瓦斯压力上升和稳定期间漏气；在分段封孔作用下避免因整段封孔漏气使测压钻孔失效，双重密封保障下使钻孔内瓦斯压力反应至测压表以准确获得煤层瓦斯压力。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压装置，包括测压装置组件和机注聚氨酯组件；所述测压装置组件包括测压筛管，以及与测压筛管上端连接的测压四分管，所述测压四分管上端设有第一阀门和压力表，所述测压筛管的端头为封闭式，管壁上分布有筛孔，所述测压筛管外还设有棉纱；所述测压装置组件还包括设置在测压筛管一侧的注浆管，所述注浆管的中部设有第一封孔囊袋，以此将注浆管分为第一注浆段与第二注浆段，在第一注浆段与第二注浆段上分别设有爆破阀，在第二注浆段的孔口位置还设有第二封孔囊袋，所述第一封孔囊袋和第二封孔囊袋内的注浆管上均设有单向阀；所述机注聚氨酯组件包括一根与所述注浆管对称设置在测压筛管另一侧的机注聚氨酯筛管，以及与所述机注聚氨酯筛管上端连接的机注聚氨酯实管，还包括设置在机注聚氨酯实管上端的第二阀门，所述机注聚氨酯筛管的端头为封闭式，管壁上设置有筛孔；
所述第一封孔囊袋与其下方的聚氨酯形成两端堵头，中间形成注浆气室，以此形成第一两堵一注封孔段；所述第一封孔囊袋与第二封孔囊袋形成两端堵头，中间形成注浆气室，以此形成第二两堵一注封孔段。
进一步，所述第一两堵一注封孔段包括棉纱阻浆段、矸石阻浆段和浆液凝固段。
进一步，所述注浆管在钻孔孔口处设置有止浆阀门。
另一方面，本发明提供一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压方法，包括以下步骤：
步骤1：根据设计参数施工钻孔，钻孔穿透煤层并进入煤层底板预定位置；
步骤2：采用压风、钻杆、泵管对钻孔进行扫孔、洗孔，尽量排除钻孔内积水和沉渣；
步骤3：在筛孔管末端安装棉纱马尾，在钻孔内依次下放筛孔管、测压管，同时下放两堵一注封孔器和机注聚氨酯组件；
步骤4：确保筛孔管下放至孔内测压气室，沿钻孔拉拽测压管使棉纱马尾形成棉纱阻浆段；
步骤5：钻孔内倒入少量块状矸石或砂石，落至棉纱阻浆段上形成矸石或砂石阻浆段；
步骤6：通过机注聚氨酯组件注入聚氨酯，待聚氨酯发泡膨胀形成聚氨酯封堵段；
步骤7：通过注浆管向钻孔内注浆至预定压力；
步骤8：待注浆凝固后安装阀门和压力表观测并记录钻孔瓦斯压力测值。
进一步，步骤1中，除特厚煤层外穿透煤层全厚并且进入煤层底板至少2m，对于特厚煤层进入煤层1.50-3m。
进一步，步骤3中，第一封孔囊袋、第二封孔囊袋之间的注浆气室长度不小于15m。
进一步，步骤8中，压力变化在3d内小于0.015MPa时结束测压工作，否则延长测压时间；测定的煤层瓦斯压力值P为测定压力表读数值P1与测定地点大气压力值P0之和。
本发明的有益效果在于：通过分段封孔实现测压装置、封孔装置下放至预定位置定点封孔，实现钻孔成孔后依次分段同时封孔到位；将传统注浆封孔两堵一注注浆封孔转变为三堵两注注浆封孔，保证钻孔周边裂隙的密实封堵，防止瓦斯压力上升和稳定期间漏气；在分段封孔作用下避免因整段封孔漏气使测压钻孔失效，双重密封保障下使钻孔内瓦斯压力反应至测压表以准确获得煤层瓦斯压力。相比于传统注浆封孔测压方式，防止注浆封堵不严实造成漏气；很大程度上避免测压期间人力、物力、财力的投入，实现测压钻孔分段密实封堵且经济高效。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为所述一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压装置结构示意图。
附图标记：测压筛管1、棉纱2、机注聚氨酯筛管3、机注聚氨酯实管4、测压四分管5、爆破阀6、注浆管7、第一封孔囊袋8、单向阀9、第二封孔囊袋10、阀门11。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压装置，包括测压气室段、第一两堵一注封孔段、第二两堵一注封孔段、机注聚氨酯组件、测压装置组件；采用测压筛管1、棉纱2、注浆管7、阀门11构成测压装置组件；在测压筛管1、测压四分管5上分别安装棉纱2、机注聚氨酯筛管3、机注聚氨酯实管4、爆破阀6、注浆管7、第一封孔囊袋8、单向阀9、第二封孔囊袋10并下放至测压钻孔内；采用棉纱2、机注聚氨酯筛管3、机注聚氨酯实管4注入聚氨酯形成聚氨酯封堵段；采用聚氨酯封堵段、机注聚氨酯筛管3、机注聚氨酯实管4、测压四分管5、爆破阀6、注浆管7、第一封孔囊袋8、单向阀9形成第一注浆段；采用爆破阀6、单向阀9、第二封孔囊袋10形成第二注浆段。
本装置中包括测压筛管1，所述测压筛管1内径15mm，外径20mm，长度2m/根，在管壁上每间隔100mm垂直对称布置直径5mm筛孔，一端采取封闭形式，另一端加工15mm外螺纹，用于测压筛管1与测压四分管5之间的相互连接。
本装置中包括棉纱2，所述棉纱2长度800mm，采用铁丝穿透测压筛管1上直径5mm筛孔后对称绑扎在测压筛管1上，两侧长度400mm，测压筛管1与两侧棉纱尺寸之和控制在测压钻孔直径2/3以内。
本装置中包括测压四分管5，所述测压四分管5内径15mm，外径20mm，长度2m/根，两端分别加工15mm外螺纹，用于测压四分管5与测压筛管1以及测压四分管5之间的相互连接。
本装置中包括爆破阀6、注浆管7、第一封孔囊袋8、单向阀9、第二封孔囊袋10共同构成两堵一注封孔装置。
所述爆破阀6设置2个，分别位于第一注浆段和第二注浆段内；
所述第一封孔囊袋8位于第一注浆段与第二注浆段之间；
所述第二封孔囊袋10位于第二注浆段孔口位置；
所述第一封孔囊袋8和第二封孔囊袋10由具有阻燃、抗静电特性的滤布加工而成，长度300mm，采用直径30mm环形卡扣固定在注浆管7上。
所述单向阀9设置2个，分别位于第一封孔囊袋8、第二封孔囊袋10内；
所述注浆管7依次穿透第一封孔囊袋8和第二封孔囊袋10，并依次连接爆破阀6；
所述爆破阀6的爆破压力要求大于单向阀9的爆破压力。
本装置中包括机注聚氨酯筛管3、机注聚氨酯实管4共同构成聚氨酯封堵段的注入管。
所述机注聚氨酯筛管3内径15mm，外径20mm，长度2m/根，在管壁上每间隔100mm垂直对称布置直径5mm筛孔，一端采取封闭形式，另一端加工15mm外螺纹，用于机注聚氨酯筛管3与机注聚氨酯实管4之间的相互连接。
所述机注聚氨酯实管4内径15mm，外径20mm，长度2m/根，两端分别加工15mm外螺纹，用于机注聚氨酯实管4与机注聚氨酯筛管3以及机注聚氨酯实管4之间的相互连接。
另一方面，本发明提供一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压方法，包括如下步骤：
步骤1：根据设计参数施工钻孔，钻孔穿透煤层并进入煤层底板预定位置；
步骤2：采用压风、钻杆、泵管对钻孔进行扫孔、洗孔，尽量排除钻孔内积水和沉渣；
步骤3：在筛孔管末端安装棉纱马尾，在钻孔内依次下放筛孔管、测压管，同时下放两堵一注封孔器和机注聚氨酯组件；
步骤4：确保筛孔管下放至孔内测压气室，沿钻孔拉拽测压管使棉纱马尾形成棉纱阻浆段；
步骤5：钻孔内倒入少量块状矸石或砂石，落至棉纱阻浆段上形成矸石或砂石阻浆段；
步骤6：通过机注聚氨酯组件注入聚氨酯，待聚氨酯发泡膨胀形成聚氨酯封堵段；
步骤7：通过注浆管向钻孔内注浆至预定压力；
步骤8：待注浆凝固后安装阀门和压力表观测并记录钻孔瓦斯压力测值。
可选地，步骤1中，除特厚煤层外应穿透煤层全厚并且进入煤层底板至少2m，对于特厚煤层应进入煤层1.50-3m；
步骤3中，第一封孔囊袋、第二封孔囊袋之间的注浆气室长度不小于15m；
步骤8中，压力变化在3d内小于0.015MPa时可结束测压工作，否则应延长测压时间；测定的煤层瓦斯压力值P为测定压力表读数值P1与测定地点大气压力值P0之和。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压装置，其特征在于：包括测压装置组件和机注聚氨酯组件；所述测压装置组件包括测压筛管，以及与测压筛管上端连接的测压四分管，所述测压四分管上端设有第一阀门和压力表，所述测压筛管的端头为封闭式，管壁上分布有筛孔，所述测压筛管外还设有棉纱；所述测压装置组件还包括设置在测压筛管一侧的注浆管，所述注浆管的中部设有第一封孔囊袋，以此将注浆管分为第一注浆段与第二注浆段，在第一注浆段与第二注浆段上分别设有爆破阀，在第二注浆段的孔口位置设有第二封孔囊袋，所述第一封孔囊袋和第二封孔囊袋内的注浆管上均设有单向阀；所述机注聚氨酯组件包括一根与所述注浆管对称设置在测压筛管另一侧的机注聚氨酯筛管，以及与所述机注聚氨酯筛管上端连接的机注聚氨酯实管，还包括设置在机注聚氨酯实管上端的第二阀门，所述机注聚氨酯筛管的端头为封闭式，管壁上设置有筛孔；
所述第一封孔囊袋与其下方的聚氨酯形成两端堵头，中间形成注浆气室，以此形成第一两堵一注封孔段；所述第一封孔囊袋与第二封孔囊袋形成两端堵头，中间形成注浆气室，以此形成第二两堵一注封孔段。
2.根据权利要求1所述的长距离下向钻孔分段密实封孔测压装置，其特征在于：所述第一两堵一注封孔段包括棉纱阻浆段、矸石阻浆段和浆液凝固段。
3.根据权利要求1所述的长距离下向钻孔分段密实封孔测压装置，其特征在于：所述注浆管在钻孔孔口处设置有止浆阀门。
4.一种长距离下向钻孔分段密实封孔测压方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据设计参数施工钻孔，钻孔穿透煤层并进入煤层底板预定位置；
步骤2：采用压风、钻杆、泵管对钻孔进行扫孔、洗孔，尽量排除钻孔内积水和沉渣；
步骤3：在筛孔管末端安装棉纱马尾，在钻孔内依次下放筛孔管、测压管，同时下放两堵一注封孔器和机注聚氨酯组件；
步骤4：确保筛孔管下放至孔内测压气室，沿钻孔拉拽测压管使棉纱马尾形成棉纱阻浆段；
步骤5：钻孔内倒入少量块状矸石或砂石，落至棉纱阻浆段上形成矸石或砂石阻浆段；
步骤6：通过机注聚氨酯组件注入聚氨酯，待聚氨酯发泡膨胀形成聚氨酯封堵段；
步骤7：通过注浆管向钻孔内注浆至预定压力；
步骤8：待注浆凝固后安装阀门和压力表观测并记录钻孔瓦斯压力测值。
5.根据权利要求4所述的长距离下向钻孔分段密实封孔测压方法，其特征在于：步骤1中，除特厚煤层外穿透煤层全厚并且进入煤层底板至少2m，对于特厚煤层进入煤层1.50-3m。
6.根据权利要求4所述的长距离下向钻孔分段密实封孔测压方法，其特征在于：步骤3中，第一封孔囊袋、第二封孔囊袋之间的注浆气室长度不小于15m。
7.根据权利要求4所述的长距离下向钻孔分段密实封孔测压方法，其特征在于：步骤8中，压力变化在3d内小于0.015MPa时结束测压工作，否则延长测压时间；测定的煤层瓦斯压力值P为测定压力表读数值P1与测定地点大气压力值P0之和。
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