CN112696182A - 一种钻孔封堵致裂注水一体化结构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，包括泵送钢管和煤矿巷道，所述泵送钢管依次开设有致裂注浆孔和注水孔，致裂注浆孔和注水孔的数量均为两组，泵送钢管上焊接安装有密封环，密封环的数量为两组且呈平行对应设置，密封环上开设有贯穿孔，贯穿孔的内侧壁焊接安装有注液管，密封环的外侧壁焊接安装有膨胀胶囊。该钻孔封堵致裂注水一体化结构及其使用方法，通过泵送钢管的多段式结构，配合注水泵、增压泵和致裂泵的使用，使得装置在进行使用时能够同时具有封堵、致裂、注浆、注水的效果，相对于现有技术而言具有更简单高效施工的优势，不再需要对其封堵、致裂、注浆、注水进行反复依次的操作，从而大大提高了作业效率。

Description

一种钻孔封堵致裂注水一体化结构及其使用方法

技术领域

本发明涉及钻孔封堵致裂注水技术领域，尤其涉及一种钻孔封堵致裂注水一体化结构及其使用方法。

背景技术

在煤矿巷道下工作中，由于煤层、岩层产状变化大，地质环境复杂，开采中会遇见不同的工程条件，但对于工作面而言，为了降低工作面采动期间造成的压力增大问题，通常针对于工作面顶板采取一定手段使其迅速垮落，进而充满采空区形成稳定结构。但由于某些地质条件的原因，工作面顶板存在厚而坚硬的顶板，进而造成顶板悬而未落，严重影响工作面周围压力的释放。为了使得坚硬顶板垮落，目前主要采用爆破及水力压裂手段进行致裂顶板。

运用水力致裂技术时，通常需要铺设多组设备进行操作，为了降低成本以及加快施工效率，因此，我们提出一种钻孔封堵致裂注水一体化结构及其使用方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种钻孔封堵致裂注水一体化结构及其使用方法，解决了运用水力致裂技术时，通常需要铺设多组设备进行操作，为了降低成本以及加快施工效率的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，包括泵送钢管和煤矿巷道，所述泵送钢管依次开设有致裂注浆孔和注水孔，致裂注浆孔和注水孔的数量均为两组，泵送钢管上焊接安装有密封环，密封环的数量为两组且呈平行对应设置，密封环上开设有贯穿孔，贯穿孔的内侧壁焊接安装有注液管，密封环的外侧壁焊接安装有膨胀胶囊，泵送钢管的外侧壁位于膨胀胶囊的外部开设有交换孔，交换孔的数量为两组且两组交换孔依次与致裂注浆孔和注水孔连通设置，煤矿巷道上开设有钻孔，煤矿巷道内依次设置有增压泵、注水泵和致裂泵，增压泵的输出端焊接安装有加压管，加压管的自由端与注液管固定连接设置，加压管上设置有气压阀，注水泵的出水端焊接安装有注水管，注水管的自由端与泵送钢管的注水孔固定连接设置，注水管上依次设置有水压表和第二截止阀，致裂泵的输出端焊接安装有致裂注浆管，致裂注浆管的自由端与泵送钢管的致裂注浆孔固定连接设置，致裂注浆管上依次设置有致裂压力表与第一截止阀。

优选的，所述泵送钢管呈分段式结构。

优选的，所述泵送钢管的一端外侧壁开设有外凹槽，外凹槽的外侧壁设置有外螺纹。

优选的，所述泵送钢管的另一端外侧壁开设内凹槽，内凹槽的内侧壁设置有内螺纹，外凹槽与内凹槽相匹配，外螺纹与内螺纹可啮合设置。

优选的，所述注液管与膨胀胶囊连通设置。

优选的，所述泵送钢管位于钻孔内部且依次螺纹连接设置。

优选的，所述第二截止阀位于靠近注水泵一侧。

优选的，所述第一截止阀位于靠近致裂泵一侧。

一种钻孔封堵致裂注水一体化结构的使用方法，步骤如下：

S1：在煤矿巷道下提前准备好设备，包括注水泵、致裂泵、增压泵和本发明提供的致裂注水一体化结构，铺设好管路，加压管连接增压泵，致裂注浆管和注水管分别连接到致裂泵和注水泵上；

S2：根据不同地质条件，提前打好煤层钻孔，钻孔角度和深度根据现场条件确定；

S3：将泵送钢管送入钻孔内，通过注水管注入清水，清洗钻孔直至钻孔内无碎石，防止碎石阻碍封孔；

S4：同时将加压管与其注液管进行连接，通过增压泵、加压管与注液管将高压水送入膨胀胶囊内，膨胀胶囊随着水压不断升高会变大、膨胀，直至膨胀后的膨胀胶囊与孔壁接触，实现封孔效果；

S5：致裂注浆管与致裂注浆孔连接，闭合注水管上的第二截止阀，通过致裂泵向致裂注浆管内不断泵送高压水进入封堵空间，同时观察致裂压力表；高压水在封堵空间内压力会缓慢升高，在大于临界致裂压力时开始致裂坚硬煤体，此时致裂压力表会出现突然的压力降现象，说明致裂成功，裂缝出现；

S6：闭合致裂注浆管上的第一截止阀，打开注水管上的第二截止阀，先让钻孔内的高压水泄压、流出，然后通过注水泵向注水管内不断泵送5MPa压力的水，水通过封堵空间进入裂缝内，在水作用下坚硬煤层会逐渐降低内聚力而出现松散软化现象。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该钻孔封堵致裂注水一体化结构及其使用方法，通过泵送钢管的多段式结构，配合注水泵、增压泵和致裂泵的使用，使得装置在进行使用时能够同时具有封堵、致裂、注浆、注水的效果，相对于现有技术而言具有更简单高效施工的优势，不再需要对其封堵、致裂、注浆、注水进行反复依次的操作，从而大大提高了作业效率。

2、该钻孔封堵致裂注水一体化结构及其使用方法，通过将泵送钢管设计为分段式结构，配合外螺纹与内螺纹的使用，使得装置在使用时，不必与现有的传统装置一样需要铺设过多的设备管路来进行使用，一定程度上降低了成本，同时也提高了施工效率，大大提高了装置的实用性。

3、该钻孔封堵致裂注水一体化结构及其使用方法，通过将封堵、致裂、注浆、注水集成于单组泵送钢管上进行作业，致使装置在使用时，更加便于操作，同时也使得装置更加便于携带，采用集成结构，使得工作人员位于煤矿巷道下的活动空间更加开阔，大大提高了装置的实用性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的泵送钢管结构示意图；

图3为本发明的致裂注浆孔位置结构示意图。

图中：1钻孔、2煤矿巷道、3气压阀、4加压管、5致裂注浆管、6第一截止阀、7致裂泵、8增压泵、9注水管、10致裂压力表、11第二截止阀、12水压表、13注水泵、14外螺纹、15密封环、16膨胀胶囊、17泵送钢管、18注液管、19交换孔、20贯穿孔、21致裂注浆孔、22注水孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通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。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，参照图1-3，包括泵送钢管17和煤矿巷道2，泵送钢管17呈分段式结构，泵送钢管17依次开设有致裂注浆孔21和注水孔22，致裂注浆孔21和注水孔22的数量均为两组，泵送钢管17的一端外侧壁开设有外凹槽，外凹槽的外侧壁设置有外螺纹14，泵送钢管17的另一端外侧壁开设内凹槽，内凹槽的内侧壁设置有内螺纹，外凹槽与内凹槽相匹配，外螺纹14与内螺纹可啮合设置，泵送钢管17上焊接安装有密封环15，密封环15的数量为两组且呈平行对应设置，密封环15上开设有贯穿孔20，贯穿孔20的内侧壁焊接安装有注液管18，密封环15的外侧壁焊接安装有膨胀胶囊16，注液管18与膨胀胶囊16连通设置，泵送钢管17的外侧壁位于膨胀胶囊16的外部开设有交换孔19，交换孔19的数量为两组且两组交换孔19依次与致裂注浆孔21和注水孔22连通设置，煤矿巷道2上开设有钻孔1，泵送钢管17位于钻孔1内部且依次螺纹连接设置，煤矿巷道2内依次设置有增压泵8、注水泵13和致裂泵7，增压泵8的输出端焊接安装有加压管4，加压管4的自由端与注液管18固定连接设置，加压管4上设置有气压阀3，注水泵13的出水端焊接安装有注水管9，注水管9的自由端与泵送钢管17的注水孔22固定连接设置，注水管9上依次设置有水压表12和第二截止阀11，第二截止阀11位于靠近注水泵13一侧，致裂泵7的输出端焊接安装有致裂注浆管5，致裂注浆管5的自由端与泵送钢管17的致裂注浆孔21固定连接设置，致裂注浆管5上依次设置有致裂压力表10与第一截止阀6，第一截止阀6位于靠近致裂泵7一侧。

一种钻孔封堵致裂注水一体化结构的使用方法，步骤如下：

S1：在煤矿巷道2下提前准备好设备，包括注水泵13、致裂泵7、增压泵8和本发明提供的致裂注水一体化结构，铺设好管路，加压管4连接增压泵8，致裂注浆管5和注水管9分别连接到致裂泵7和注水泵13上；

S2：根据不同地质条件，提前打好煤层钻孔1，钻孔1角度和深度根据现场条件确定；

S3：将泵送钢管17送入钻孔1内，通过注水管9注入清水，清洗钻孔1直至钻孔1内无碎石，防止碎石阻碍封孔；

S4：同时将加压管4与其注液管18进行连接，通过增压泵8、加压管4与注液管18将高压水送入膨胀胶囊16内，膨胀胶囊16随着水压不断升高会变大、膨胀，直至膨胀后的膨胀胶囊16与孔壁接触，实现封孔效果；

S5：致裂注浆管5与致裂注浆孔21连接，闭合注水管9上的第二截止阀11，通过致裂泵7向致裂注浆管5内不断泵送高压水进入封堵空间，同时观察致裂压力表10；高压水在封堵空间内压力会缓慢升高，在大于临界致裂压力时开始致裂坚硬煤体，此时致裂压力表10会出现突然的压力降现象，说明致裂成功，裂缝出现；

S6：闭合致裂注浆管5上的第一截止阀6，打开注水管9上的第二截止阀11，先让钻孔1内的高压水泄压、流出，然后通过注水泵13向注水管9内不断泵送5MPa压力的水，水通过封堵空间进入裂缝内，在水作用下坚硬煤层会逐渐降低内聚力而出现松散软化现象。

在使用时：在煤矿巷道2下提前准备好设备，包括注水泵13、致裂泵7、增压泵8和本发明提供的致裂注水一体化结构，铺设好管路，加压管4连接增压泵8，致裂注浆管5和注水管9分别连接到致裂泵7和注水泵13上，根据不同地质条件，提前打好煤层钻孔1，钻孔1角度和深度根据现场条件确定，将泵送钢管17送入钻孔1内，通过注水管9注入清水，清洗钻孔1直至钻孔1内无碎石，防止碎石阻碍封孔，同时将加压管4与其注液管18进行连接，通过增压泵8、加压管4与注液管18将高压水送入膨胀胶囊16内，膨胀胶囊16随着水压不断升高会变大、膨胀，直至膨胀后的膨胀胶囊16与孔壁接触，实现封孔效果，致裂注浆管5与致裂注浆孔21连接，闭合注水管9上的第二截止阀11，通过致裂泵7向致裂注浆管5内不断泵送高压水进入封堵空间，同时观察致裂压力表10；高压水在封堵空间内压力会缓慢升高，在大于临界致裂压力时开始致裂坚硬煤体，此时致裂压力表10会出现突然的压力降现象，说明致裂成功，裂缝出现，闭合致裂注浆管5上的第一截止阀6，打开注水管9上的第二截止阀11，先让钻孔1内的高压水泄压、流出，然后通过注水泵13向注水管9内不断泵送5MPa压力的水，水通过封堵空间进入裂缝内，在水作用下坚硬煤层会逐渐降低内聚力而出现松散软化现象。

综上所述，该钻孔封堵致裂注水一体化结构及其使用方法，通过泵送钢管17的多段式结构，配合注水泵13、增压泵8和致裂泵7的使用，使得装置在进行使用时能够同时具有封堵、致裂、注浆、注水的效果，相对于现有技术而言具有更简单高效施工的优势，不再需要对其封堵、致裂、注浆、注水进行反复依次的操作，从而大大提高了作业效率，同时通过将泵送钢管17设计为分段式结构，配合外螺纹14与内螺纹的使用，使得装置在使用时，不必与现有的传统装置一样需要铺设过多的设备管路来进行使用，一定程度上降低了成本，同时也提高了施工效率，大大提高了装置的实用性，且通过将封堵、致裂、注浆、注水集成于单组泵送钢管17上进行作业，致使装置在使用时，更加便于操作，同时也使得装置更加便于携带，采用集成结构，使得工作人员位于煤矿巷道2下的活动空间更加开阔，大大提高了装置的实用性，解决了运用水力致裂技术时，通常需要铺设多组设备进行操作，为了降低成本以及加快施工效率的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，包括泵送钢管(17)和煤矿巷道(2)，其特征在于，所述泵送钢管(17)依次开设有致裂注浆孔(21)和注水孔(22)，致裂注浆孔(21)和注水孔(22)的数量均为两组，泵送钢管(17)上焊接安装有密封环(15)，密封环(15)的数量为两组且呈平行对应设置，密封环(15)上开设有贯穿孔(20)，贯穿孔(20)的内侧壁焊接安装有注液管(18)，密封环(15)的外侧壁焊接安装有膨胀胶囊(16)，泵送钢管(17)的外侧壁位于膨胀胶囊(16)的外部开设有交换孔(19)，交换孔(19)的数量为两组且两组交换孔(19)依次与致裂注浆孔(21)和注水孔(22)连通设置，煤矿巷道(2)上开设有钻孔(1)，煤矿巷道(2)内依次设置有增压泵(8)、注水泵(13)和致裂泵(7)，增压泵(8)的输出端焊接安装有加压管(4)，加压管(4)的自由端与注液管(18)固定连接设置，加压管(4)上设置有气压阀(3)，注水泵(13)的出水端焊接安装有注水管(9)，注水管(9)的自由端与泵送钢管(17)的注水孔(22)固定连接设置，注水管(9)上依次设置有水压表(12)和第二截止阀(11)，致裂泵(7)的输出端焊接安装有致裂注浆管(5)，致裂注浆管(5)的自由端与泵送钢管(17)的致裂注浆孔(21)固定连接设置，致裂注浆管(5)上依次设置有致裂压力表(10)与第一截止阀(6)。

2.根据权利要求1所述的一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，其特征在于，所述泵送钢管(17)呈分段式结构。

3.根据权利要求1所述的一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，其特征在于，所述泵送钢管(17)的一端外侧壁开设有外凹槽，外凹槽的外侧壁设置有外螺纹(14)。

4.根据权利要求1所述的一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，其特征在于，所述泵送钢管(17)的另一端外侧壁开设内凹槽，内凹槽的内侧壁设置有内螺纹，外凹槽与内凹槽相匹配，外螺纹(14)与内螺纹可啮合设置。

5.根据权利要求1所述的一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，其特征在于，所述注液管(18)与膨胀胶囊(16)连通设置。

6.根据权利要求1所述的一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，其特征在于，所述泵送钢管(17)位于钻孔(1)内部且依次螺纹连接设置。

7.根据权利要求1所述的一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，其特征在于，所述第二截止阀(11)位于靠近注水泵(13)一侧。

8.根据权利要求1所述的一种钻孔封堵致裂注水一体化结构，其特征在于，所述第一截止阀(6)位于靠近致裂泵(7)一侧。

9.一种钻孔封堵致裂注水一体化结构的使用方法，步骤如下：

S1：在煤矿巷道(2)下提前准备好设备，包括注水泵(13)、致裂泵(7)、增压泵(8)和本发明提供的致裂注水一体化结构，铺设好管路，加压管(4)连接增压泵(8)，致裂注浆管(5)和注水管(9)分别连接到致裂泵(7)和注水泵(13)上；

S2：根据不同地质条件，提前打好煤层钻孔(1)，钻孔(1)角度和深度根据现场条件确定；

S3：将泵送钢管(17)送入钻孔(1)内，通过注水管(9)注入清水，清洗钻孔(1)直至钻孔(1)内无碎石，防止碎石阻碍封孔；

S4：同时将加压管(4)与其注液管(18)进行连接，通过增压泵(8)、加压管(4)与注液管(18)将高压水送入膨胀胶囊(16)内，膨胀胶囊(16)随着水压不断升高会变大、膨胀，直至膨胀后的膨胀胶囊(16)与孔壁接触，实现封孔效果；

S5：致裂注浆管(5)与致裂注浆孔(21)连接，闭合注水管(9)上的第二截止阀(11)，通过致裂泵(7)向致裂注浆管(5)内不断泵送高压水进入封堵空间，同时观察致裂压力表(10)；高压水在封堵空间内压力会缓慢升高，在大于临界致裂压力时开始致裂坚硬煤体，此时致裂压力表(10)会出现突然的压力降现象，说明致裂成功，裂缝出现；

S6：闭合致裂注浆管(5)上的第一截止阀(6)，打开注水管(9)上的第二截止阀(11)，先让钻孔(1)内的高压水泄压、流出，然后通过注水泵(13)向注水管(9)内不断泵送5MPa压力的水，水通过封堵空间进入裂缝内，在水作用下坚硬煤层会逐渐降低内聚力而出现松散软化现象。

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