CN110541726A - 用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法 - Google Patents
用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法，属于煤矿领域，所述方法包括两项内容，一是两堵两注一返水，在抽放钻孔施工完毕后，使用具有两个注浆管的封孔器进行封孔，注浆时先对前后囊袋进行注浆，完毕后使用另一个注浆管对两个囊袋间的区域进行注浆；所述封孔器还取消了原封孔器内的爆破阀，同时将原返浆管优化为阻浆滤水网，通过返水判定注浆完成，彻底解决了爆破阀早爆造成的封孔段水泥浆液填充不充实，钻孔封孔漏气的问题。二是通管直连封孔，取消原2m一根的插接式或丝扣式封孔管，采用PE封孔管将封孔器与汇总管直接连接，避免接头过多造成的钻孔漏气，采用此技术方案，保证了钻孔封孔质量，提高了抽放效果。
Description
技术领域
本发明属于煤矿领域，涉及一种矿井煤层瓦斯抽放技术，具体地，涉及用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法。
背景技术
随着煤炭开采技术的不断发展，开采深度不断增加，煤层瓦斯压力和瓦斯含量不断增大，地质构造条件越来越复杂，导致瓦斯灾害日趋严重，已严重制约了矿井安全高效发展，底抽巷瓦斯抽放技术作为瓦斯灾害治理的重要手段之一，也得到了越来越普遍的应用。目前我国底抽巷瓦斯抽放技术面临的主要问题是抽放浓度低，浓度衰减快，除了被抽采煤层透气性低、裂隙不发育等客观原因外，最主要的原因是封孔不严，封孔质量差。针对这一问题，国内外学者对煤层瓦斯抽放技术进行大量研究，按封孔方式大致分为非带压封孔、“两堵一注”带压封孔和二次封孔技术，但是封孔不严问题仍未得到很好的解决，依旧存在抽采浓度低、衰减快的现象。
发明内容
为了解决底抽巷瓦斯抽放钻孔抽放浓度低，浓度衰减快的问题，本发明的目的在于提供一种用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法，所述方法通过“两堵两注一返水”和通管直连封孔，提高了封孔质量，增强了底抽巷钻孔的抽放效果。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法，其特征在于：首先采用具有两个注浆管的封孔器进行封孔：使用一个注浆管对封孔器上的外囊袋和里囊袋进行注浆，注浆完毕后再使用另一个注浆管对外囊袋和里囊袋之间的区域进行注浆，通过设置在封孔器上的阻浆滤水网过滤注浆液，返水即判定注浆完成；其次是通管直连封孔，采用PE直连硬管将封孔器与汇总管直接连接。
作为对上述方案的进一步优化，所述方法包括以下步骤：
步骤一、清孔：在底抽巷施工抽放钻孔，钻杆退杆期间开启压风清除钻屑；
步骤二、依据钻孔参数计算封孔花管长度和封孔段位置；
步骤三、准备封孔材料，包括封孔花管、里囊袋封孔器、PE封孔实管、外囊袋、注浆泵、囊袋注浆管、充填段注浆管和阻浆滤水网；所述里囊袋封孔器包括里囊袋和阻浆滤水网；
步骤四、PE封孔实管穿过外囊袋后与里囊袋封孔器对接；将囊袋注浆管和充填段注浆管固定在PE封孔实管的外侧；其中，所述囊袋注浆管通过外囊袋延伸至里囊袋处，并在外囊袋和里囊袋处均设有逆止阀；所述充填段注浆管延伸至外囊袋和里囊袋之间；所述阻浆滤水网设置在里囊袋的下部；
对接封孔花管和里囊袋封孔器，形成封孔管，将封孔管送入孔底；
步骤五、注浆泵连接风管进行调试，设备正常运转后将注浆泵出浆口依次与囊袋注浆管和充填段注浆管联接牢固；对封孔段进行注浆，注浆包括两囊袋注浆和充填段注浆：
①两囊袋注浆：缓慢开启注浆泵，从囊袋注浆管注入配比好的水泥浆液，期间必须稳压慢注，出浆频率2-3秒/次，确保注浆液充满外囊袋和里囊袋并充分滤水，注浆压力达到1-2MPa并持续稳压2分钟，停止两囊袋注浆；
②填段注浆：调节进气阀门使注浆频率加速至1秒/次，直至封孔管返水，将出浆频率再调整为2-3秒/次，当封孔管返水由大到小时注浆压力开始增大，压力达到0.5-1MPa并持续稳压2分钟后停止注浆。
作为对上述方案的进一步优化，所述封孔标准为：要求全孔段下管，当岩孔段长度小于40m时，封孔段设在煤岩结合部以外2-9m位置，当岩孔段长度大于等于40m时，封孔段设置在孔口以里18-25m处。
作为对上述方案的进一步优化，所述注浆所用浆液的水灰质量比为1:2。
作为对上述方案的进一步优化，所述封孔花管长度大于等于煤层顶板岩孔段长度和煤孔段长度的和。
作为对上述方案的进一步优化，所述囊袋注浆管由外囊袋注浆管和里囊袋预留注浆管对接形成。
有益效果：
一、本发明创造性地提出了“两堵两注一返水”封孔方法，将封孔器由原来的一根注浆管和一根返浆管调整为两根注浆管，同时采用阻浆滤水网过滤注浆液内的水，一方面保证了封孔器囊袋和充填段的注浆量，避免浆液的浪费；另一方面阻浆滤水网过滤出多余的水分，加快注浆液的凝固，同时根据过滤出的水量判定注浆液的饱和程度。
二、本发明包括两项内容，一是“两堵两注一返水”，在抽放钻孔施工完毕后，使用了具有两个注浆管的封孔器进行封孔，且该封孔器取消了原封孔器内的爆破阀，同时将原返浆管优化为阻浆滤水网，彻底解决了爆破阀早爆造成的封孔段水泥浆液填充不充实，钻孔封孔漏气的问题。注浆时先对封孔器前后囊袋进行注浆，注浆完毕后使用另一个注浆管对两个囊袋间的区域进行注浆，通过固定在封孔管上的阻浆滤水网过滤注浆液，封孔管返水判定注浆完成。二是通管直连封孔，取消原2m一根的插接式或丝扣式封孔管，采用PE封孔管将封孔器与汇总管直接连接，避免接头过多造成的钻孔漏气，通过采用此技术方案，保证了钻孔封孔质量，提高了抽放效果。
三、本发明还创建了封孔工艺流程及其判别标准和注意事项，使封孔技术规范化、流程化，有效解决了底抽巷瓦斯抽放钻孔抽放浓度低，浓度衰减快的问题，提高了封孔质量，增强了底抽巷钻孔的抽放效果，对于煤与瓦斯突出矿井的瓦斯治理工作具有重大意义。
附图说明
图1是本发明中的封孔管结构示意图；
图2是本发明中的封孔工艺操作流程及其判别标准流程图；
图3是本发明所述封孔工艺结构示意图；
其中：1、外囊袋；2、里囊袋；3、阻浆滤水网；4、逆止阀；5、快速接头；6、密封接头；7、返水口；8、充填段注浆管；9、囊袋注浆管；10、PE封孔实管；A、PE封孔实管段；B、里囊袋封孔器；C、封孔花管段；D、封孔段；11、PE直连硬管；12、φ40密封接头；13、单孔抽采参数测量口；14、φ50单孔阀门；15、φ108聚乙烯汇流管；16、汇流管参数测量口；17、6寸蝶阀；18、6寸管接抽采干管路；19、放水箱；
图4是钻孔平均抽采浓度对比曲线图。
具体实施方式
用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法，具体操作步骤如下：
步骤一、清孔：在底抽巷施工抽放钻孔，钻杆退杆期间开启压风清除钻屑；
步骤二、依据钻孔参数计算封孔花管段C长度和封孔段D位置；
步骤三、准备封孔材料，包括封孔花管、里囊袋封孔器B、PE封孔实管10、外囊袋1、注浆泵、囊袋注浆管9、充填段注浆管8；所述里囊袋封孔器B包括里囊袋2和阻浆滤水网3；
步骤四、PE封孔实管10穿过外囊袋1后与里囊袋封孔器B对接；将囊袋注浆管9和充填段注浆管8固定在PE封孔实管10的外侧，形成封孔器；其中，所述囊袋注浆管9通过外囊袋1延伸至里囊袋2处，并在外囊袋1和里囊袋2处均设有逆止阀4；所述充填段注浆管8延伸至外囊袋1和里囊袋2之间；所述阻浆滤水网3设置在里囊袋的下部；
对接封孔花管和里囊袋封孔器B，形成封孔管，将封孔管送入孔底；
步骤五、注浆泵连接风管进行调试，设备正常运转后将注浆泵出浆口依次与囊袋注浆管9和充填段注浆管8联接牢固；对封孔段D进行注浆，注浆包括两囊袋注浆和充填段注浆：
③两囊袋注浆：缓慢开启注浆泵，从囊袋注浆管9注入配比好的水泥浆液，期间必须稳压慢注，出浆频率2-3秒/次，确保注浆液充满外囊袋1和里囊袋2并充分滤水，注浆压力达到1-2MPa并持续稳压2分钟，停止两囊袋注浆；
④填段注浆：调节进气阀门使注浆频率加速至1秒/次，直至封孔管返水，将出浆频率再调整为2-3秒/次，当封孔管返水由大到小时注浆压力开始增大，压力达到0.5-1MPa并持续稳压2分钟后停止注浆。
作为对上述方案的进一步优化，所述封孔标准为：要求全孔段下管，当岩孔段长度小于40m时，封孔段设在煤岩结合部以外2-9m位置，当岩孔段长度大于等于40m时，封孔段设置在孔口以里18-25m处。
作为对上述方案的进一步优化，所述注浆所用浆液的水灰质量比为1:2。
作为对上述方案的进一步优化，所述封孔花管长度大于等于煤层顶板岩孔段长度和煤孔段长度的和。
作为对上述方案的进一步优化，所述囊袋注浆管9由外囊袋注浆管和里囊袋预留注浆管对接形成。
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明所述为一种新式煤矿瓦斯抽放“两堵两注一返水”通管直连封孔方法，具体操作步骤如下（工艺方法如图2所示，封孔全结构如图3所示）：
1、在底抽巷施工一个直径为113mm的抽放钻孔，钻孔穿过煤层进入煤层顶板500mm停，钻杆退杆期间开启压风清除钻屑；
2、依据钻孔施工长度，计算封孔花管C段长度和封孔段D位置，所述封孔段D位置长7m；其中，封孔标准为：要求全孔段下管，当岩孔段长度小于40m时，封孔段设在煤岩结合部以外2-9m位置，当岩孔段长度大于等于40m时，封孔段设置在孔口以里18-25m处。花管长度必须大于等于煤层顶板岩孔段长度和煤孔段长度的和；
3、根据计算的封孔材料数量备齐封孔材料；包括φ40PVC插接式花管（外径40mm、内径35mm）、3mφ40里囊袋封孔器B、PE封孔实管10（即φ40mmPE硬管）、1m封孔外囊袋1、注浆泵、囊袋注浆管9、充填段注浆管8和1m阻浆滤水网3；所述里囊袋封孔器B包括1m封孔里囊袋；
4、依次对接花管和里囊袋封孔器B，PE封孔实管10穿过外囊袋1后使用φ40密封接头与里囊袋封孔器B对接；
5、外囊袋注浆管与里囊袋预留注浆管通过快速接头对接；使用胶带将外囊袋1两端固定在PE封孔实管10上，形成封孔管（如图1所示）；然后将封孔管送入孔底。
6、注浆泵连接风管进行调试，设备正常运转后使用快速接头将注浆泵出浆口与囊袋注浆管9和充填段注浆管8联接牢固；
7、按照浆液水灰质量比1：2的比例，向搅拌桶内注入水和封孔水泥，并搅拌均匀。
8、注浆：注浆包括两囊袋注浆和充填段注浆。
①两囊袋注浆：缓慢开启注浆泵，从囊袋注浆管9注入配比好的水泥浆液，期间必须稳压慢注，出浆频率2-3秒/次，确保注浆液充满囊袋并充分滤水，注浆压力达到1-2MPa并持续稳压2分钟，停止两囊袋注浆。
②充填段注浆：调节进气阀门使注浆频率加速至1秒/次，直至封孔管从返水口7返水，将出浆频率再调整为2-3秒/次，当封孔管返水由大到小时注浆压力开始增大，压力达到0.5-1MPa并持续稳压2分钟后停止注浆。
封孔注浆成功判别标准为：
①封孔管内返水，水流由大变小，期间无浆液留出；
②注浆压力达到指定压力并持续稳压1-2分钟；
③注浆量大于等于钻孔孔径对应理论注浆量。
本发明创造性地提出通管直连封孔方法，取消原2m一根的插接式或丝扣式封孔管，以40m深度的钻孔为例，能够有效减少了抽放管接头14个，避免了接头结合不紧密存在漏气现象，保证了钻孔封孔质量，提高了抽放效果。
本发明加工了φ40mm变φ50mm密封接头和φ40mm密封接头，通过在接头内布置密封垫圈，密封挡板、锥型接口等零配件，密封效果更好，同时避免了插接式或丝扣式联接方式在封孔管移动时易出现的脱落和漏气问题，为后期钻孔修复提供了保障。
自实施“两堵两注一返水”通管直连封孔方法以来，抽放钻孔瓦斯抽采浓度及抽采浓度衰减情况较传统封孔工艺取得较大进步。根据对采用此方法进行封孔钻孔瓦斯浓度进行统计，与传统封孔连管钻孔相比，平均初始浓度由41.4%提升至77.8%，提升了近2倍；抽采2天后，抽采浓度由36.8%提升至68.8%；抽采30天后，抽采浓度由5.3%提升至48.5%；抽采40天后，抽采浓度由4.2%提升至40.6%；抽采50天后，抽采浓度由2.6%提升至36.8%。钻孔浓度对比情况如下表1所示，对比曲线图4所示。
表1：采用“两堵两注一返水”通管直连封孔方法与传统封孔方法钻孔浓度对比情况表。
需要说明的是，以上所述的实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法，其特征在于：首先采用具有两个注浆管的封孔器进行封孔：使用一个注浆管对封孔器上的两个囊袋进行注浆，注浆完毕后再使用另一个注浆管对两个囊袋之间的区域进行注浆，通过设置在封孔器上的阻浆滤水网过滤注浆液，返水即判定注浆完成；其次是通管直连封孔，采用PE封孔管将封孔器与汇总管直接连接。
2.根据权利要求1所述用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、清孔：在底抽巷施工抽放钻孔，钻杆退杆期间开启压风清除钻屑；
步骤二、依据钻孔参数计算封孔花管长度和封孔段位置；
步骤三、准备封孔材料，包括封孔花管、里囊袋封孔器、PE封孔实管、外囊袋、注浆泵、囊袋注浆管和充填段注浆管；所述里囊袋封孔器包括里囊袋和阻浆滤水网；
步骤四、PE封孔实管穿过外囊袋后与里囊袋封孔器对接；将囊袋注浆管和充填段注浆管固定在PE封孔实管的外侧；其中，所述囊袋注浆管通过外囊袋延伸至里囊袋处，并在外囊袋和里囊袋处均设有逆止阀；所述充填段注浆管延伸至外囊袋和里囊袋之间；所述阻浆滤水网设置在里囊袋的下部；
对接封孔花管和里囊袋封孔器，形成封孔管，将封孔管送入孔底；
步骤五、注浆泵连接风管进行调试，设备正常运转后将注浆泵出浆口依次与囊袋注浆管和充填段注浆管联接牢固；对封孔段进行注浆，注浆包括两囊袋注浆和充填段注浆：
两囊袋注浆：缓慢开启注浆泵，从囊袋注浆管注入配比好的水泥浆液，期间必须稳压慢注，出浆频率2-3秒/次，确保注浆液充满外囊袋和里囊袋并充分滤水，注浆压力达到1-2MPa并持续稳压2分钟，停止两囊袋注浆；
填段注浆：调节进气阀门使注浆频率加速至1秒/次，直至封孔管返水，将出浆频率再调整为2-3秒/次，当封孔管返水由大到小时注浆压力开始增大，压力达到0.5-1MPa并持续稳压2分钟后停止注浆。
3.根据权利要求1所述用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法，其特征在于：所述封孔标准为：要求全孔段下管，当岩孔段长度小于40m时，封孔段设在煤岩结合部以外2-9m位置，当岩孔段长度大于等于40m时，封孔段设置在孔口以里18-25m处。
4.根据权利要求1所述用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法，其特征在于：所述注浆所用浆液的水灰质量比为1:2。
5.根据权利要求1所述用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法，其特征在于：所述封孔花管长度大于等于煤层顶板岩孔段长度和煤孔段长度的和。
6.根据权利要求1所述用于煤矿瓦斯抽放的两堵两注一返水式通管直连封孔方法，其特征在于：所述囊袋注浆管由外囊袋注浆管和里囊袋预留注浆管对接形成。
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