CN111561291B - 一种瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置及封孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置及封孔方法，包括胶囊、注胀式管子、两根注水管、一根注浆管和三个压力计；封孔方法为通过胶囊固有形状配合膨胀剂充填，向膨胀剂中注水，使其膨胀，形成支撑密封；通过注浆管向环形空腔上部注入非凝固浆体，注浆管上压力计达到设定值后停止注浆；然后再向注胀式管子内注入高压水使其膨胀，通过管子的膨胀压力使非凝固浆体渗入煤体裂缝空隙，与煤体形成液封固，瓦斯抽采中瓦斯浓度下降到一定浓度可以通过向环形空腔上部注浆进行多次封孔，大大延长了钻孔的使用寿命，提高了瓦斯抽采的效率。

Description

一种瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置及封孔方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下区域瓦斯治理技术及装备技术领域，具体涉及一种瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置及封孔方法。

背景技术

瓦斯安全事故的频繁发生不仅给矿山安全生产带来了巨大威胁，同时也对我国国民经济和社会稳定发展造成了巨大的不利影响。瓦斯抽采是我国煤矿防治瓦斯事故的根本性措施，在瓦斯灾害防治方面起到了较好的防突和综合治理瓦斯的作用。但瓦斯抽采实践表明，我国约有65%的回采工作面钻孔的预抽瓦斯浓度低于30%，工作面瓦斯预抽率不达标。目前抽采方法的浆液很容易从煤壁裂隙进入深孔很容易，造成封堵失败，瓦斯抽采效率降低。因此，迫切需要一种一种可靠性强、成本适当、实用性强的煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔装置及方法。

发明内容

本发明针对上述技术问题，旨在提供一种瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置及封孔方法。该装置大大延长了钻孔的使用寿命，提高了瓦斯抽采效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置，包括注浆管、高压注水管、注胀式管子、前部胶囊、后部胶囊、注浆管压力计、高压注水管压力计、胶囊注水管、胶囊注水管压力计，所述注胀式管子分为两部分，中间部分为瓦斯抽采管，外围为包裹所述瓦斯抽采管的膨胀胶囊，所述前部胶囊和所述后部胶囊套装在所述注胀式管子的头部和尾部，所述前部胶囊和所述后部胶囊内充填膨胀剂，所述前部胶囊、所述后部胶囊和所述注胀式管子之间形成所述环形空腔，所述胶囊注水管同时连接所述前部胶囊和所述后部胶囊，用于和所述前部胶囊和所述后部胶囊内的所述膨胀剂发生作用，使其膨胀，所述注浆管用于向所述环形空腔中注射非凝固浆体，所述高压注水管用于向所述注胀式管子的膨胀胶囊内注水，使其膨胀，所述注胀式管子利用所述膨胀胶囊的膨胀力使得所述环形空腔内的所述非凝固浆体受到压力进入煤壁的裂缝空隙中，所述注浆管压力计、所述高压注水管压力计、所述胶囊注水管压力计分别用于观测所述注浆管中浆体、所述高压注水管中水的压力和所述胶囊注水管中的压力；

进一步地，所述包裹在所述瓦斯抽采管外围的膨胀胶囊为通过胶带包裹在所述瓦斯抽采管外围的可膨胀保护袋。

进一步地，所述注胀式管子和所述前部胶囊、所述后部胶囊连接处通过防水胶条进行密封。

进一步地，所述瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置主要适用于100mm-300mm的钻孔，具体可根据钻孔情况成比例调整。

一种瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置提供的封孔方法，包括以下步骤：

步骤一，将所述前部胶囊和所述后部胶囊套装在所述注胀式管子的头部和尾部，在胶囊内充填膨胀剂，所述胶囊注水管同时连接所述前部胶囊、所述后部胶囊，将所述瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置送入钻孔内，然后通过所述胶囊注水管注水到设定压力使其膨胀，达到支撑密封预封的作用，且在所述前部胶囊、所述后部胶囊和所述注胀式管子之间形成所述环形空腔；

步骤二，通过所述注浆管向所述环形空腔注入非凝固浆体，当所述注浆管上的压力计显示设定值且稳定10min后停止注浆；

步骤三，通过所述高压注水管向所述注胀式管子的所述膨胀胶囊内注4MPa压力的水，使其膨胀，膨胀产生的径向压力使所述非凝固浆体向两侧煤壁渗透并填充煤壁周围的裂缝孔隙,形成液封固彻底封堵空气泄入通道；

步骤四，将所述注胀式管子的瓦斯抽采管的端口连接瓦斯抽放系统，进行抽采瓦斯作业，当漏气或瓦斯浓度衰减降低到开始抽放浓度的50%时，通过所述高压注水管将所述注胀式管子的所述膨胀胶囊内的水放掉，向所述注浆管内注入更大压力的非凝固浆体，再向高压注水管内注4MPa压力的水，使其膨胀，进行二次封孔，使钻孔裂缝孔隙再次被封堵，瓦斯浓度提升到开始抽放浓度的80%以上；当瓦斯浓度再次降低到开始抽放浓度的50%时，通过所述高压注水管将所述注胀式管子的所述膨胀胶囊内的水放掉，向所述注浆管内注入比之前封孔更大压力的非凝固浆体，再向高压注水管内注4MPa压力的水，使其膨胀，进行三次封孔，使钻孔裂缝孔隙再次被封堵，瓦斯浓度提升到了开始抽放浓度的80%以上，通过上述方法可以进行多次封孔，且煤壁周围出现新发育的裂隙时浆体可以主动渗透，且不会形成空腔。

本发明可以大大提高瓦斯抽采钻孔封孔工作的成功率，瓦斯抽采浓度高，达到可利用程度，钻孔的使用效率提高一倍以上，每次封孔完，瓦斯浓度都能达到开始抽采时的80%以上，封孔效果良好，瓦斯浓度衰减到不可抽采浓度的时间提高了两倍；创新的利用了注胀式管子的膨胀压力挤压非凝固浆体渗透煤层，封堵煤体孔隙裂缝，密封性能极佳；煤壁出现新发育的裂隙时，浆体会由于自身和注胀式管子的压力主动渗透，封堵裂隙，而且不会形成空腔，导致封堵不严；还可以通过高压注水管先抽水，然后向非凝固浆体注浆管注浆，最后向高压注水管注水进行多次封孔，其方法简单，操作容易，实用性强，可靠性高，可在煤矿井下瓦斯抽采钻孔中推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置的结构示意图；

图2为本发明的瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置的俯视结构示意图；

图3为本发明的瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置的剖面结构示意图；

图中：1，7-煤壁；2-注浆管；3-高压注水管；4-注胀式管子；5-前部胶囊；6-后部胶囊；8-环形空腔；9-注浆管压力计；10-高压注水管压力计；11-胶囊注水管；12-胶囊注水管压力计。

具体实施方式

下面通过对各实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置，包括注浆管2、高压注水管3、注胀式管子4、前部胶囊5、后部胶囊6、注浆管压力计9、高压注水管压力计10、胶囊注水管11、胶囊注水管压力计12，所述注胀式管子分为两部分，中间部分为瓦斯抽采管，外围为包裹所述瓦斯抽采管的膨胀胶囊，所述前部胶囊5和所述后部胶囊6套装在所述注胀式管子4头部和尾部，所述前部胶囊和所述后部胶囊内充填膨胀剂，所述前部胶囊5、所述后部胶囊6和所述注胀式管子4之间形成所述环形空腔8，所述胶囊注水管11同时连接所述前部胶囊5和所述后部胶囊6，用于和所述前部胶囊5和所述后部胶囊6内的所述膨胀剂发生作用，使其膨胀，所述注浆管2用于向所述环形空腔8中注射非凝固浆体，所述高压注水管3用于向所述注胀式管子4的膨胀胶囊内注水，使其膨胀，所述注胀式管子4利用所述膨胀胶囊的膨胀力使得所述环形空腔内的所述非凝固浆体受到压力进入煤壁的裂缝空隙中，所述注浆管压力计9、所述高压注水管压力计10、所述胶囊注水管压力计12分别用于观测所述注浆管中浆体、所述高压注水管中水的压力和所述胶囊注水管中的压力。

进一步地，所述包裹在所述瓦斯抽采管外围的膨胀胶囊为通过胶带包裹在所述瓦斯抽采管外围的可膨胀保护袋，已达到后期回收利用瓦斯抽采管。

进一步地，所述注胀式管子4和所述前部胶囊5、所述后部胶囊6连接处通过防水胶条进行密封。

进一步地，所述瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置主要适用于100mm-300mm的钻孔，具体可根据钻孔情况成比例调整。

一种瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置提供的封孔方法，包括以下步骤：

步骤一，将所述前部胶囊5和所述后部胶囊6套装在所述注胀式管子4的头部和尾部，在胶囊内充填膨胀剂，所述胶囊注水管11同时连接所述前部胶囊5、所述后部胶囊6，将所述瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置送入钻孔内，然后通过所述胶囊注水管11注水到设定压力使其膨胀，达到支撑密封预封的作用，且在所述前部胶囊5、所述后部胶囊6和所述注胀式管子4之间形成所述环形空腔8；

步骤二，通过所述注浆管2向所述环形空腔8注入非凝固浆体，当所述注浆管上的压力计9显示设定值且稳定10min后停止注浆；

步骤三，通过所述高压注水管3向所述注胀式管子4的所述膨胀胶囊内注4MPa压力的水，使其膨胀，膨胀产生的径向压力使所述非凝固浆体向两侧煤壁渗透并填充煤壁周围的裂缝孔隙,形成液封固彻底封堵空气泄入通道；

步骤四，将所述注胀式管子的瓦斯抽采管的端口连接瓦斯抽放系统，进行抽采瓦斯作业，当漏气或瓦斯浓度衰减降低到开始抽放浓度的50%时，通过所述高压注水管3将所述注胀式管子的所述膨胀胶囊内的水放掉，向所述注浆管2内注入更大压力的非凝固浆体，再向高压注水管3内注4MPa压力的水，使其膨胀，进行二次封孔，使钻孔裂缝孔隙再次被封堵，瓦斯浓度提升到开始抽放浓度的80%以上；当瓦斯浓度再次降低到开始抽放浓度的50%时，通过所述高压注水管3将所述注胀式管子的所述膨胀胶囊内的水放掉，向所述注浆管2内注入比之前封孔更大压力的非凝固浆体，再向高压注水管3内注4MPa压力的水，使其膨胀，进行三次封孔，使钻孔裂缝孔隙再次被封堵，瓦斯浓度提升到了开始抽放浓度的80%以上，通过上述方法可以进行多次封孔，且煤壁周围出现新发育的裂隙时浆体可以主动渗透，且不会形成空腔。

本发明的瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置及封孔方法，尤其适用于高瓦斯矿井瓦斯抽采钻孔的封孔，主要包括一套钻孔封孔装置和与之配套的封孔方法，所述钻孔封孔装置包括胶囊、注胀式管子、两根注水管、一根注浆管和三个压力计；所述双层挤压式封孔方法为通过胶囊固有形状配合膨胀剂充填，向膨胀剂中注水，使其膨胀，形成支撑密封；通过注浆管向环形空腔上部注入非凝固浆体，注浆管上压力计达到设定值且稳定10min后停止注浆；然后再向注胀式管子内注入高压水使其膨胀，通过管子的膨胀压力使非凝固浆体渗入煤体裂缝空隙，与煤体形成液封固，在瓦斯抽采中瓦斯浓度下降到一定浓度可以通过向环形空腔上部注浆进行多次封孔，大大延长了钻孔的使用寿命，提高了瓦斯抽采的效率。

最后需要说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动即可对本发明在形式和细节上做出各种各样的改变。总之，凡本技术领域的技术人员对本发明在形式和细节上做出各种改变，皆应在权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔方法，基于瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置，其特征在于，所述封孔装置包括注浆管、高压注水管、注胀式管子、前部胶囊、后部胶囊、注浆管压力计、高压注水管压力计、胶囊注水管、胶囊注水管压力计，所述注胀式管子分为两部分，中间部分为瓦斯抽采管，外围为包裹所述瓦斯抽采管的膨胀胶囊，所述前部胶囊和所述后部胶囊套装在所述注胀式管子的头部和尾部，所述前部胶囊和所述后部胶囊内充填膨胀剂，所述前部胶囊、所述后部胶囊和所述注胀式管子之间形成所述环形空腔，所述胶囊注水管同时连接所述前部胶囊和所述后部胶囊，用于和所述前部胶囊和所述后部胶囊内的所述膨胀剂发生作用，使其膨胀，所述注浆管用于向所述环形空腔中注射非凝固浆体，所述高压注水管用于向所述注胀式管子的膨胀胶囊内注水，使其膨胀，所述注胀式管子利用所述膨胀胶囊的膨胀力使得所述环形空腔内的所述非凝固浆体受到压力进入煤壁的裂缝空隙中，所述注浆管压力计、所述高压注水管压力计、所述胶囊注水管压力计分别用于观测所述注浆管中浆体、所述高压注水管中水的压力和所述胶囊注水管中的压力；瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔方法包括以下步骤：

步骤一，将所述前部胶囊和所述后部胶囊套装在所述注胀式管子的头部和尾部，在胶囊内充填膨胀剂，所述胶囊注水管同时连接所述前部胶囊、所述后部胶囊，将所述瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置送入钻孔内，然后通过所述胶囊注水管注水到设定压力使其膨胀，达到支撑密封预封的作用，且在所述前部胶囊、所述后部胶囊和所述注胀式管子之间形成环形空腔；

步骤二，通过所述注浆管向所述环形空腔注入非凝固浆体，当所述注浆管上的压力计显示设定值且稳定10min后停止注浆；

步骤三，通过所述高压注水管向所述注胀式管子的所述膨胀胶囊内注4MPa压力的水，使其膨胀，膨胀产生的径向压力使所述非凝固浆体向两侧煤壁渗透并填充煤壁周围的裂缝孔隙,形成液封固彻底封堵空气泄入通道；

步骤四，将所述注胀式管子的瓦斯抽采管的端口连接瓦斯抽放系统，进行抽采瓦斯作业，当漏气或瓦斯浓度衰减降低到开始抽放浓度的50%时，通过所述高压注水管将所述注胀式管子的所述膨胀胶囊内的水放掉，向所述注浆管内注入更大压力的非凝固浆体，再向高压注水管内注4MPa压力的水，使其膨胀，进行二次封孔，使钻孔裂缝孔隙再次被封堵，瓦斯浓度提升到开始抽放浓度的80%以上；当瓦斯浓度再次降低到开始抽放浓度的50%时，通过所述高压注水管将所述注胀式管子的所述膨胀胶囊内的水放掉，向所述注浆管内注入比之前封孔更大压力的非凝固浆体，再向高压注水管内注4MPa压力的水，使其膨胀，进行三次封孔，使钻孔裂缝孔隙再次被封堵，瓦斯浓度提升到了开始抽放浓度的80%以上，通过上述方法能够进行多次封孔，且煤壁周围出现新发育的裂隙时浆体能够主动渗透，且不会形成空腔。

2.根据权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔方法，其特征在于，所述包裹在所述瓦斯抽采管外围的膨胀胶囊为通过胶带包裹在所述瓦斯抽采管外围的可膨胀保护袋。

3.根据权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔方法，其特征在于，所述注胀式管子和所述前部胶囊、所述后部胶囊连接处通过防水胶条进行密封。

4.根据权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔方法，其特征在于，所述瓦斯抽采钻孔双层挤压式封孔装置主要适用于100mm-300mm的钻孔，具体根据钻孔情况成比例调整。

Images