CN110685733A - 一种煤矿用酸扰动的带压封孔装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿用酸扰动的带压封孔装置及使用方法，封孔装置主要包括封孔器Ⅰ、封孔器Ⅱ、气胀材料体、注水站、注酸站、压力传感器、压力接收装置以及配套的抽采管、注水管、注酸管。所述封孔器Ⅰ、气胀材料体、封孔器Ⅱ均为横截面为圆形的圆柱体，它们依次套嵌在抽采管上，封孔器Ⅰ和封孔器Ⅱ内装有吸水膨胀材料，气胀材料体内装有碳酸盐颗粒材料；注水管外接注水站，上设有单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ和注水控制阀，注酸管外接注酸站，上设单向阀Ⅲ和注酸控制阀，单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ、单向阀Ⅲ依次位于封孔器Ⅰ、封孔器Ⅱ、气胀材料体内；压力接收装置一方面通过线路Ⅰ与设置在封孔器Ⅰ、封孔器Ⅱ以及气胀材料体上的压力传感器相连，另一方面通过线路Ⅱ控制注水站和注酸站进行注水和注酸。本发明利用吸水膨胀材料以及与酸反应产生气体的碳酸盐材料进行封孔，两者结合使封孔密闭性得到加强，提高了瓦斯抽采效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿用酸扰动的带压封孔装置及使用方法，属于煤矿瓦斯防治技术领域。
背景技术
目前，为了进一步提高煤炭产量，煤矿开采深度不断增加，煤层中的瓦斯含量和瓦斯压力逐渐增加，煤与瓦斯突出事故也越来越严重。针对瓦斯灾害治理问题，我国主要采用瓦斯抽采、煤层注水、水力压裂等措施，这些技术都需要向煤层内打钻孔。钻孔的密闭性将无可避免的影响瓦斯抽采的效果，如何增加钻孔密闭性成为制约封孔技术发展和完善的瓶颈。现行的瓦斯抽采孔的封孔形式主要是“两堵一注”，它是向钻孔内注入化工封孔材料和水泥砂浆，使钻孔周围的裂隙得到充填、密闭。然而，我国煤层地质赋存状况复杂，瓦斯突出区域的煤层都存在有煤质松软的特点，这导致钻孔易塌孔。此外，我国现行的封孔技术对钻孔缺少有效的支撑能力，不能抵抗煤层松软带来的钻孔变形，也缺乏对钻孔密闭性的管理，这导致了瓦斯抽采流量衰退快，瓦斯抽采效率持续下降。因此，研究新的封孔装置及技术以减少封孔成本，提高瓦斯治理效果成为煤与瓦斯突出矿井亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足之处，本发明提供了一种操作简单、效果明显的种煤矿用酸扰动的带压封孔装置，能够实现对钻孔良好支撑，封孔密闭性好，提高了瓦斯抽采效率。
1.本发明公开了一种煤矿用酸扰动的带压封孔装置及使用方法，封孔装置主要包括封孔器Ⅰ、封孔器Ⅱ、气胀材料体、注水站、注酸站、压力传感器、压力接收装置以及配套的抽采管、注水管、注酸管。所述封孔器Ⅰ、气胀材料体、封孔器Ⅱ均为横截面为圆形的圆柱体，它们依次套嵌在抽采管上，封孔器Ⅰ和封孔器Ⅱ内装有吸水膨胀材料，而气胀材料体内装有碳酸盐颗粒材料；注水管外接注水站，上设有单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ和注水控制阀，注酸管外接注酸站，上设单向阀Ⅲ和注酸控制阀，单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ、单向阀Ⅲ依次位于封孔器Ⅰ、封孔器Ⅱ、气胀材料体内；压力接收装置一方面通过线路Ⅰ与设置在封孔器Ⅰ、封孔器Ⅱ以及气胀材料体上的压力传感器相连，另一方面通过线路Ⅱ控制注水站和注酸站进行注水和注酸。
2.作为本发明再进一步的方案：吸水膨胀材料可选择高分子吸水树脂、聚氨酯-橡胶。
3.作为本发明再进一步的方案：碳酸盐颗粒材料可选择碳酸钠、碳酸钙。
4.作为本发明再进一步的方案：注酸管、注酸控制阀以及注酸站需采用防酸腐蚀材料制成。
5.本发明新型煤矿水力压裂用割缝装置的使用方法，包括以下步骤：
a、首先向煤层内打抽采孔，然后根据其尺寸要求，选择合适宽度的瓦斯抽采孔酸扰动带压封孔装置，将压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ和线路Ⅰ依次粘连在封孔器Ⅰ、气胀材料体、封孔器Ⅱ上；
b、将封孔器Ⅰ、气胀材料体、封孔器Ⅱ以相隔20cm的距离依次套嵌在抽采管上，然后一起放入抽采孔内，封孔器Ⅱ靠近孔口的一面需距孔口30cm；
c、启动注水站，打开注水控制阀，通过注水管向封孔器Ⅰ和封孔器Ⅱ内持续注水，封孔器内的吸水膨胀材料吸水后向孔四周膨胀，封堵孔内空间；
d、待压力接收装置示数均达到6Pa时，关闭注水站和注水控制阀，停止注水；
e、启动注酸站，打开注酸控制阀，通过注酸管向气胀材料体内持续注酸，气胀材料体内部的碳酸盐颗粒材料与酸液反应产生大量气体导致气胀材料体膨胀并压紧孔壁，进一步提高钻孔密闭性；
f、待压力接收装置示数达到6Pa时，关闭注酸站和注酸控制阀，停止注酸；
g、实现了一种煤矿用酸扰动的带压封孔，通过抽采管按照常规方法进行瓦斯抽采；
h、通过压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ实时监测装置的封孔压力，观察压力接收装置的示数变化，当压力接收装置示数低于4Pa时，重复步骤c、d、e、f，进行补充注水或注酸。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本新型矿用酸扰动的带压封孔装置结构设计合理，使用方法简单，实现了对钻孔的良好支撑，封孔密闭性好，封孔效果明显。同时，本发明合理的贯彻了“两堵一注”封孔形式的精髓，巧妙的利用酸溶液的化学反应实现对钻孔的带压封孔，影响时间较长，后续的瓦斯抽采效果更好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图中：1-煤体，2-封孔器Ⅰ，3-封孔器Ⅱ，4-气胀材料体，5-单向阀Ⅰ，6-单向阀Ⅱ，7-单向阀Ⅲ，8-抽采管，9-注水管，10-注酸管，11-1-压力传感器Ⅰ，11-2-压力传感器Ⅱ，11-3-压力传感器Ⅲ，12-压力接收装置，13-注水站，14-注酸站，15-注水控制阀，16-注酸控制阀，17-1-线路Ⅰ，17-2-线路Ⅱ。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，为实现发明目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矿用酸扰动的带压封孔装置，主要包括封孔器Ⅰ、封孔器Ⅱ、气胀材料体、注水站、注酸站、压力传感器、压力接收装置以及配套的抽采管、注水管、注酸管。所述封孔器Ⅰ、气胀材料体、封孔器Ⅱ均为横截面为圆形的圆柱体，它们依次套嵌在抽采管上，封孔器Ⅰ和封孔器Ⅱ内装有吸水膨胀材料，而气胀材料体内装有碳酸盐颗粒材料；注水管外接注水站，上设有单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ和注水控制阀，注酸管外接注酸站，上设单向阀Ⅲ和注酸控制阀，单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ、单向阀Ⅲ依次位于封孔器Ⅰ、封孔器Ⅱ、气胀材料体内；压力接收装置一方面通过线路Ⅰ与设置在封孔器Ⅰ、封孔器Ⅱ上以及气胀材料体上的压力传感器相连，另一方面通过线路Ⅱ控制注水站和注酸站进行注水和注酸。
本发明新型煤矿水力压裂用割缝装置的使用方法，包括以下步骤：首先向煤层内打抽采孔，然后根据其尺寸要求，选择合适宽度的瓦斯抽采孔酸扰动带压封孔装置，将压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ和线路Ⅰ依次粘连在封孔器Ⅰ、气胀材料体、封孔器Ⅱ上；将封孔器Ⅰ、气胀材料体、封孔器Ⅱ以相隔20cm的距离依次套嵌在抽采管上，然后一起放入抽采孔内，封孔器Ⅱ靠近孔口的一面需距孔口30cm；启动注水站，打开注水控制阀，通过注水管向封孔器Ⅰ和封孔器Ⅱ内持续注水，封孔器内的吸水膨胀材料吸水后向孔四周膨胀，封堵孔内空间；待压力接收装置示数均达到6Pa时，依次关闭注水站和注水控制，阀停止注水；启动注酸站，打开注酸控制阀，通过注酸管向气胀材料体内持续注酸，气胀材料体内部的碳酸盐颗粒材料与酸液反应产生大量气体导致气胀材料体膨胀并压紧孔壁，进一步提高钻孔密闭性；待压力接收装置示数均达到6Pa时，依次关闭注酸站和注酸控制阀，停止注酸；实现了一种煤矿用酸扰动的带压封孔，通过抽采管按照常规方法进行瓦斯抽采；通过压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ实时监测装置的封孔压力，观察压力接收装置的示数变化，当压力接收装置示数低于4Pa时，重复步骤c、d、e、f，进行补充注水或注酸。
本发明结构设计合理，使用方法简单，实现了对钻孔的良好支撑，封孔密闭性好，封孔效果明显。同时，本发明巧妙的利用相关化学反应实现了对钻孔的带压封孔，影响时间较长，后续的瓦斯抽采效果更好。
Claims (2)
1.本发明公开了一种煤矿用酸扰动的带压封孔装置及使用方法，其特征在于：包括封孔器Ⅰ(2)、封孔器Ⅱ(3)、气胀材料体(4)、注水站(13)、注酸站(14)、压力传感器Ⅰ(11-1)、压力传感器Ⅱ(11-2)、压力传感器Ⅲ(11-3)、压力接收装置(12)以及配套的抽采管(8)、注水管(9)、注酸管(10)。所述封孔器Ⅰ(2)、封孔器Ⅱ(3)、气胀材料体(4)均为横截面为圆形的圆柱体，它们依次套嵌在抽采管(8)上，封孔器Ⅰ(2)和封孔器Ⅱ(3)内装有吸水膨胀材料，而气胀材料体(4)内装有碳酸盐颗粒材料；注水管(9)外接注水站(13)，上设有单向阀Ⅰ(5)、单向阀Ⅱ(6)和注水控制阀(15)，注酸管(10)外接注酸站(14)，上设单向阀Ⅲ(7)和注酸控制阀(16)，单向阀Ⅰ(5)、单向阀Ⅱ(6)、单向阀Ⅲ(7)依次位于封孔器Ⅰ(2)、封孔器Ⅱ(3)、气胀材料体内(4)；压力接收装置(12)一方面通过线路Ⅰ(17-1)与设置在封孔器Ⅰ(2)、封孔器Ⅱ(3)和气胀材料体(4)上的压力传感器Ⅰ(11-1)、压力传感器Ⅱ(11-2)、压力传感器Ⅲ(11-3)相连，另一方面通过线路Ⅱ(17-2)与注水站(13)和注酸站(14)相连，控制其进行注水或注酸。
2.根据权利要求1所述装置的一种煤矿用酸扰动带压封孔方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、首先向煤层(1)内打抽采孔，然后根据其尺寸要求，选择合适宽度的瓦斯抽采孔酸扰动带压封孔装置，将压力传感器Ⅰ(11-1)、压力传感器Ⅱ(11-2)、压力传感器Ⅲ(11-3)和线路Ⅰ(17-1)依次粘连在封孔器Ⅰ(2)、气胀材料体(4)、封孔器Ⅱ(3)上；
b、将封孔器Ⅰ(2)、气胀材料体(4)、封孔器Ⅱ(3)以相隔20cm的距离依次套嵌在抽采管(8)上，然后一起放入抽采孔内，并使封孔器Ⅱ(3)靠近距孔口30cm处；
c、启动注水站(13)，打开注水控制阀(15)，通过注水管(9)向封孔器Ⅰ(2)和封孔器Ⅱ(3)内持续注水，封孔器内的吸水膨胀材料吸水后向孔四周膨胀，封堵孔内空间；
d、待压力接收装置(12)示数均达到6Pa时，关闭注水站(13)和注水控制阀(15)，停止注水；
e、启动注酸站(14)，打开注酸控制阀(16)，通过注酸管(10)向气胀材料体(4)内持续注酸，气胀材料体(4)内部的碳酸盐颗粒材料与酸液反应产生大量气体导致气胀材料体(4)膨胀并压紧孔壁，进一步提高钻孔密闭性；
f、待压力接收装置(12)示数均达到6Pa时，关闭注酸站(14)和注酸控制阀(16)，停止注酸；
g、实现了一种煤矿用酸扰动的带压封孔，通过抽采管(8)按照常规方法进行瓦斯抽采；
h、通过压力传感器Ⅰ(11-1)、压力传感器Ⅱ(11-2)、压力传感器Ⅲ(11-3)实时监测装置的封孔压力，观察压力接收装置(12)的示数变化，当压力接收装置(12)示数低于4Pa时，重复步骤c、d、e、f，进行补充注水或注酸。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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