CN112228013B - 松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置及方法 - Google Patents

松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置及方法，涉及瓦斯抽采技术领域，解决了钻孔坍塌导致堵塞的问题。该装置包括注浆系统、抽采系统和固孔系统，注浆系统通过压力泵将带压密封材料注入钻孔，提高钻孔的密封效果；抽采系统的抽采管在金属挡板和固孔筛管上的通气孔中间抽采瓦斯，通气孔增强了气体的流通性；固孔系统在钻孔内定位并通过金属挡板固定，固孔筛管之间通过卡口和卡扣连接固定；将该装置安装固定在瓦斯抽采钻孔内，封孔后抽采管连接抽采泵，进行瓦斯抽采。该瓦斯抽采装置及施工方法能够防止煤质、开采深度及高应力引起的钻孔坍塌，还可以提升瓦斯抽采效率，保证瓦斯抽采过程的安全性。

Description

松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置及方法
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采技术领域，尤其是一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置及方法。
背景技术
在煤矿开采中，由于煤层赋存条件复杂多变，煤炭灾害频繁，瓦斯事故严重。煤层气是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，更是洁净、优质能源和化工原料，合理的利用矿井瓦斯，对降低矿井瓦斯事故，保护环境有着重要的意义。瓦斯抽采是解决瓦斯突出简单高效的方法，其中钻孔抽采应用最为广泛。但由于部分煤矿突出煤层和构造煤较软，开采深度大，高应力释放、转移及强载荷作用引起煤岩体破碎，以及大范围开采对煤岩体形成反复扰动，使煤岩体经历多次变形和破坏，在掘进巷道围岩应力场、瓦斯压力和煤体原生裂隙的影响下，钻孔的孔壁结构受到剪切破坏和张性破坏失稳，瓦斯抽放钻孔易塌孔，尤其是在工作面前方、巷道两帮应力集中段和局部构造应力集中段钻孔易在短时间垮塌堵死，导致钻孔瓦斯抽采钻孔的有效抽放时间大大减少，严重影响钻孔瓦斯抽采效率，为此需要对现有的瓦斯抽采装置及抽采方法做进一步的改进。
发明内容
为了防止煤质松软、开采深度及高应力引起的钻孔坍塌，提升瓦斯抽采效率，保证瓦斯抽采的安全性，本发明提供了一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置及方法，具体技术方案如下。
一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置，包括抽采管、密封堵头、注浆压力泵、注浆管和出浆管，以及多个固孔筛管和多个金属挡板；所述固孔筛管通过金属挡板与瓦斯抽采钻孔的孔壁固定，多个固孔筛管依次首尾连接固定；所述密封堵头设置在瓦斯抽采钻孔的孔口段，两个密封堵头之间形成密封空间；所述注浆压力泵和注浆管相连，注浆管伸入密封空间内，出浆管和密封空间相通；所述抽采管穿过密封空间以及固孔筛管和金属挡板。
优选的是，固孔筛管的一端设置有卡口，另一端设置有卡扣；所述卡口与卡扣相互配合。
优选的是，金属挡板和固孔筛管上均匀的布置有多个通气孔；金属挡板的中央和密封堵头的中央均设置有抽采口，抽采管的管径等于抽采口的孔径。
优选的是，固孔筛管的两端设置有密封圈。
优选的是，密封空间内充填有带压密封材料，带压密封材料的组成为：硅酸盐水泥，纳米二氧化硅，硅酸钠，苯丙乳液和水。
一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的瓦斯抽采方法，利用上述的一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置，步骤包括：
A.连接固定抽采管和金属挡板，置于瓦斯抽采钻孔内；
B.将固孔筛管沿抽采管放入瓦斯抽采钻孔，金属挡板与固孔筛管配合固定；
C.依次连接金属挡板和固孔筛管；
D.固孔筛管安装完成后，在瓦斯抽采钻孔的孔口段内侧接入密封堵头，密封堵头和金属挡板贴紧；
E.在瓦斯抽采钻孔的孔口位置设置密封堵头，两个密封堵头之间形成密封空间；
F.连接注浆管和注浆压力泵，注浆压力泵通过注浆管将带压密封材料注入密封空间内；当出浆管出浆后停止注浆；
G.完成封孔，连接抽采管和瓦斯抽采系统，进行瓦斯抽采作业。
还优选的是，注浆管的管口伸入密封空间内侧，出浆管的管口伸至密封空间的外侧。
进一步优选的是，带压密封材料中水和硅酸盐水泥的质量比为0.4，纳米二氧化硅的添加量是硅酸盐水泥质量的4％，硅酸钠的添加量是硅酸盐水泥质量的0.5％，苯丙乳液的添加量是硅酸盐水泥质量的2％。
进一步优选的是，带压密封材料在制作时，先将纳米二氧化硅、硅酸钠、苯丙乳液与水混合，搅拌3分钟后加入硅酸盐水泥，继续搅拌直到材料混合均匀。
本发明提供一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置及方法有益效果是，该装置通过固孔筛管和金属挡板支撑钻孔内的空间，从而保证抽采管内气体的流动性，利用密封堵头在钻孔孔口段形成密封空间，充入带压密封材料从而提高钻孔的密封效果；利用该装置完成瓦斯抽采钻孔布置的方法具有，施工方便，护孔效果好，抽采效率高等优点。
附图说明
图1是松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置结构示意图；
图2是固孔筛管结构示意图；
图3是金属挡板的结构示意图；
图中：1-抽采管，2-密封堵头，3-注浆压力泵，4-注浆管，5-出浆管，6-固孔筛管，7-金属挡板，8-密封圈，9-卡口，10-卡扣，11-通气孔，12-瓦斯抽采钻孔，13-密封空间；14-抽采口。
具体实施方式
结合图1至图3所示，对本发明提供的一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置及方法具体实施方式进行说明。
一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置，该装置包括注浆系统、抽采系统和固孔系统，注浆系统通过压力泵将带压密封材料注入钻孔，提高钻孔的密封效果；抽采系统的抽采管在金属挡板和固孔筛管上的通气孔中间抽采瓦斯，增强了气体的流通性；固孔系统在钻孔内定位并通过金属挡板固定，固孔筛管之间通过卡口和卡扣连接固定；将该装置安装固定在瓦斯抽采钻孔内，封孔后抽采管连接抽采泵，进行瓦斯抽采。
其结构具体包括抽采管1、密封堵头2、注浆压力泵3、注浆管4和出浆管5，以及多个固孔筛管6和多个金属挡板7。其中注浆压力泵3布置在瓦斯抽采钻孔12的孔外，密封堵头2与注浆管4和出浆管5配合注浆封堵钻孔，抽采管1通过固孔筛管6和金属挡板7固定在瓦斯抽采钻孔内进行瓦斯抽采。
固孔筛管6通过金属挡板与瓦斯抽采钻孔12的孔壁固定，多个固孔筛管6依次首尾连接固定，固孔筛管6和瓦斯抽采钻孔12的孔径相近，并且略小于瓦斯抽采钻孔的孔径；金属挡板7设置在多个固孔筛管的连接处和端部。密封堵头2设置在瓦斯抽采钻孔的孔口段，两个密封堵头2之间形成密封空间13，密封空间3内充填带压密封材料，完成封孔。注浆压力泵3和注浆管相连，注浆管4伸入密封空间内，出浆管5和密封空间相通；通过注浆管4向密封空间内注入带压密封材料，出浆管5用于判断带压密封材料是否充满密封空间。抽采管1穿过密封空间以及固孔筛管和金属挡板，抽采管1可以沿注浆钻孔的轴线位置固定，从而更加方便瓦斯的抽采。
固孔筛管6的一端设置有卡口，另一端设置有卡扣，卡口与卡扣相互配合，从而方便固孔筛管的连接。金属挡板7和固孔筛管6上均匀的布置有多个通气孔11，方便气体流通，从而提升瓦斯抽采效率，金属挡板7的中央和密封堵头的中央均设置有抽采口14，抽采管1的管径等于抽采口14的孔径，从而方便固定抽采管。固孔筛管6的两端设置有橡胶密封圈，从而保证连接位置的密封性能。
其中密封空间13内充填有带压密封材料，带压密封材料的组成为：硅酸盐水泥，纳米二氧化硅，硅酸钠，苯丙乳液和水。密封材料应具有良好的流动性、致密性、粘结性以及力学强度，以便于在抽采过程中堵塞钻孔裂隙，消除或者减弱来自钻孔周围的应力，避免自身发生变形，产生破碎。
一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的瓦斯抽采方法，利用上述的一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置，步骤包括：
A.连接固定抽采管和金属挡板，置于瓦斯抽采钻孔内。其中抽采管的长度根据瓦斯抽采钻孔的长度确定，瓦斯抽采管的管径一般小于瓦斯抽采钻孔的孔径。
B.将固孔筛管沿抽采管放入瓦斯抽采钻孔，金属挡板与固孔筛管配合固定。固孔筛管的长度也根据瓦斯抽采钻孔的长度确定，一般每个固定孔筛管长度为1-3m，固孔筛管上均匀布置的通气孔，能够增强气体在瓦斯抽采钻孔内的流通。
C.依次连接金属挡板和固孔筛管，直至布置全部的固孔筛管，每个固孔筛管之间都通过金属挡板连接固定。
D.固孔筛管安装完成后，在瓦斯抽采钻孔的孔口段内侧接入密封堵头，密封堵头和金属挡板贴紧。其中先安装的密封堵头和钻孔最外侧的金属挡板贴紧，从而保证钻孔内结构的稳定性，钻孔的孔口位置为外侧方向，由孔口向孔底的位置为钻孔的内侧方向。
E.在瓦斯抽采钻孔的孔口位置设置密封堵头，两个密封堵头之间形成密封空间，通过设置两个密封堵头限制带压密封材料的流动，形成瓦斯抽采钻孔的封孔结构。其中注浆管的管口伸入密封空间内侧，从而方便浆液优选到达钻孔内侧，出浆管的管口伸至密封空间的外侧，保证及时判断是否注满。
F.连接注浆管和注浆压力泵，注浆压力泵通过注浆管将带压密封材料注入密封空间内；当出浆管出浆后停止注浆。其中带压密封材料中水和硅酸盐水泥的质量比为0.4，纳米二氧化硅的添加量是硅酸盐水泥质量的4％，硅酸钠的添加量是硅酸盐水泥质量的0.5％，苯丙乳液的添加量是硅酸盐水泥质量的2％。带压密封材料在制作时，先将纳米二氧化硅、硅酸钠、苯丙乳液与水混合，搅拌3分钟后加入硅酸盐水泥，继续搅拌直到材料混合均匀。带压密封材料在保留水泥基材料抗压、抗剪、强度大等优点的基础上，解决其失水收缩、裂隙丰富、密封效果差的问题。苯丙乳液、二氧化硅、硅酸钠协同作用能显著提高材料致密性与强度，减少材料中的裂隙与孔隙，苯丙乳液提高了材料弹性模量，增强了材料抵抗外界负面因素的能力。
G.完成封孔，连接抽采管和瓦斯抽采系统，进行瓦斯抽采作业。
该方法不仅解决了因煤质、开采深度以及应力作用等因素影响造成钻孔塌陷问题，还提高了瓦斯抽采效率，降低了瓦斯事故发生概率。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的瓦斯抽采方法，利用一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的装置，包括抽采管、密封堵头、注浆压力泵、注浆管和出浆管，以及多个固孔筛管和多个金属挡板；所述固孔筛管通过金属挡板与瓦斯抽采钻孔的孔壁固定，多个固孔筛管依次首尾连接固定；所述密封堵头设置在瓦斯抽采钻孔的孔口段，两个密封堵头之间形成密封空间；所述注浆压力泵和注浆管相连，注浆管伸入密封空间内，出浆管和密封空间相通；所述抽采管穿过密封空间以及固孔筛管和金属挡板；所述金属挡板和固孔筛管上均匀的布置有多个通气孔；金属挡板的中央和密封堵头的中央均设置有抽采口，抽采管的管径等于抽采口的孔径；所述密封空间内充填有带压密封材料，带压密封材料的组成为：硅酸盐水泥，纳米二氧化硅，硅酸钠，苯丙乳液和水；所述固孔筛管的一端设置有卡口，另一端设置有卡扣；所述卡口与卡扣相互配合；所述固孔筛管的两端设置有密封圈；
其特征在于，步骤包括：
A.连接固定抽采管和金属挡板，置于瓦斯抽采钻孔内；
B.将固孔筛管沿抽采管放入瓦斯抽采钻孔，金属挡板与固孔筛管配合固定；
C.依次连接金属挡板和固孔筛管；固孔筛管的长度根据瓦斯抽采钻孔的长度确定，每个固定孔筛管长度为1-3m，固孔筛管上均匀布置通气孔；
D.固孔筛管安装完成后，在瓦斯抽采钻孔的孔口段内侧接入密封堵头，密封堵头和金属挡板贴紧；先安装的密封堵头和钻孔最外侧的金属挡板贴紧，保证钻孔内结构的稳定性，钻孔的孔口位置为外侧方向，由孔口向孔底的位置为钻孔的内侧方向；
E.在瓦斯抽采钻孔的孔口位置设置密封堵头，两个密封堵头之间形成密封空间；
F.连接注浆管和注浆压力泵，注浆压力泵通过注浆管将带压密封材料注入密封空间内；当出浆管出浆后停止注浆；所述带压密封材料中水和硅酸盐水泥的质量比为0.4，纳米二氧化硅的添加量是硅酸盐水泥质量的4％，硅酸钠的添加量是硅酸盐水泥质量的0.5％，苯丙乳液的添加量是硅酸盐水泥质量的2％，所述带压密封材料在制作时，先将纳米二氧化硅、硅酸钠、苯丙乳液与水混合，搅拌3分钟后加入硅酸盐水泥，继续搅拌直到材料混合均匀；
G.完成封孔，连接抽采管和瓦斯抽采系统，进行瓦斯抽采作业。
2.根据权利要求1所述的一种松软煤层内全长筛管护孔并具有带压封孔的瓦斯抽采方法，其特征在于，所述注浆管的管口伸入密封空间内侧，出浆管的管口伸至密封空间的外侧。
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