CN113266305B - 煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置及其固结方法 - Google Patents
煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置及其固结方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置及其固结方法，装置包括孔口固定盘、套管、膨胀胶囊、管内堵头和花管，所述孔口固定盘为空心圆柱台结构，所述套管的底端贯通孔口固定盘，所述套管的顶端内置管内堵头，且所述套管的中上部留设多个出浆孔，所述管内堵头为圆柱体结构，所述套管、膨胀胶囊和花管之间利用通径接手依次丝扣连接；由此可见，本发明结构简单，操作方便，有效解决现在存在的孔口管难以固结、钻孔易堵孔钻机占用时间长的问题，通过改进采空区疏放水钻孔的孔口管结构，实现套管的可靠固结并减少疏放水过程中钻机的占用时间。
Description
技术领域
本发明涉及矿井防治水的技术领域，尤其涉及一种煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置及其固结方法。
背景技术
煤矿采空区积水具有水压高、有害气体混杂、泥砂含量高等特点，威胁周边采掘工程的人员安全，并可能造成淹没工作面、采区等严重后果。采掘活动中，需采用常规钻孔、定向钻孔或束状钻孔将采空区积水彻底疏放，以保障矿井安全。各种疏放水钻孔施工过程中均需安装孔口管并采用水泥固结，保证孔口管闭与周边岩煤体紧密结合，采空区积水疏放过程中可随时利用闸阀将其关闭且钻孔周边不会漏水、漏气，确保疏放水量、有害气体等整体可控。常规套管固结采用孔口封闭注浆，浆液沿套管内送到孔底并返出到套管和岩体的环状空间将其充填，凝固后即可达到固管效果。
在近距离煤层群下行式开采、小煤柱采空区周边的新工作面巷道掘进过程中，掘进工作面常面临距离较近的顶部、侧方采空区积水威胁，需要对距离较近的采空区积水进行疏放。疏放水钻孔往往在尚未下套管时已经揭露积水区，孔口出水流量大、有害气体集中涌出，均处于不可控状态。该条件下环状空间集中涌水，水泥浆液无法固结，且有害气体持续涌出。同时，采空区内部淤泥、煤块等易造成堵孔，需配套钻机频繁透孔，使得疏放水效率低。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置及其固结方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置及其固结方法，其结构简单，操作方便，有效解决现在存在的孔口管难以固结、钻孔易堵孔钻机占用时间长的问题，通过改进采空区疏放水钻孔的孔口管结构，实现套管的可靠固结并减少疏放水过程中钻机的占用时间。
为实现上述目的，本发明公开了一种煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置，包括孔口固定盘、套管、膨胀胶囊、管内堵头和花管，其特征在于：
所述孔口固定盘为空心圆柱台结构，所述套管的底端贯通孔口固定盘，所述孔口固定盘设有凸缘，所述凸缘上等距间隔设有多个钢丝绳固定孔以用于孔口的连接固定，所述套管的顶端内置管内堵头，且所述套管的中上部留设多个出浆孔，所述套管的底端还设有通孔以供螺栓贯穿固定，所述孔口固定盘上对应设有供螺栓贯穿的贯孔，所述管内堵头为圆柱体结构，所述套管、膨胀胶囊和花管之间利用通径接手依次丝扣连接。
其中：所述管内堵头的内部为木质圆柱体，所述木质圆柱体的直径小于套管，外部用海带缠绕并固定。
其中：所述多个出浆为4个直径3cm的出浆孔，各出浆孔间隔一定角度和一定距离设置，所述一定角度为90度，所述一定距离为20cm。
其中：所述花管的周缘设有多排直径3cm、间距20cm的出水孔，其顶部用盖板封堵。
其中：多排出水孔间隔且交错设置。
其中：所述膨胀胶囊串联安装2～3个。
其中：所述套管由多个小节组合，多个小节之间通过丝扣连接。
其中：所述膨胀胶囊连接有加压管，所述加压管的末端设有加压管接头。
还公开了一种煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管固结方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：钻孔施工揭露采空区积水之后，依次组装花管、膨胀胶囊、套管和孔口固定盘，并利用钻机送入钻孔，确保膨胀胶囊顶部在采空区积水底板以下；
步骤二：固定孔口固定盘在套管的孔口位置，所述孔口固定盘的上部固定在钻场顶板的岩煤体内部；
步骤三：通过加压管在工作面连接手压泵，对膨胀胶囊加压使其膨胀；
步骤四：孔口采用高分子材料充填，避免浆液快速流出；
步骤五：孔口的套管上安装闸阀，并在闸阀后利用接头依次连接注浆管、泥浆泵，利用泥浆泵给套管内部注浆，浆液流向沿出浆口流出，并进入套管与岩煤体之间的环状空间和岩煤体内部裂隙并充填；
步骤六：浆液固结之后，拆除接头、注浆管和泥浆泵，用钻机钻进，钻头破坏管内堵头并到孔底，确保套管和花管的组合体内部水流畅通，即可有序疏放采空区积水。
其中还包含步骤七：若钻孔被泥砂等杂物封堵，孔口通过接头依次连接注浆管、泥浆泵，利用泥浆泵给套管内部高压注水，冲开花管出水孔外部封堵的杂物。
通过上述内容可知，本发明的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置及其固结方法具有如下效果：
1、本发明中套管底部安装有孔口固定盘，增加了固管之前孔口管结构在孔中的稳定性，避免滑出伤人。
2、套管顶部内置管内堵头为木质结构，在注浆固管时可封堵采空区水，固管之后可用钻头破坏放水。
3、套管中上部留设出高度不同的出浆孔，增强套管强度且实现不同高度顺序增压，增加注浆效果避免浆液流失。
4、整个结构上部为花管结构，减小放水过程中的堵孔风险，且可在出水孔淤堵后用泥浆泵高压冲挤，减少钻机占用时间。
5、固结方法实现了近距离探放采空区积水时孔口管的可靠固定，解决了采空区积水安全疏放的问题。
6、利用固定盘先固定套管再进行固管作业，保障固结之前套管的稳定性，确保施工人员安全。
7、膨胀胶囊和管内堵头同时堵水，使得浆液能够从管内向外循环流动，从而确保注浆压力实现高压注浆，浆液能扩散到岩煤体的裂隙中，加强围岩稳定性。
8、采用套管、花管的组合结构，在放水口堵孔后，可采用泥浆泵直接冲开继续放水，无需再用钻机进行透孔，减少了钻机的待机时间，提高探放水工程整体效率。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置的结构示意图。
图2A和图2B显示了本发明的孔口固定盘的俯视图和前视图。
图3显示了本发明的管内堵头的结构示意图。
图4显示了本发明的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管固结方法的示意图。
附图标记：
1-孔口固定盘；2-套管；3-膨胀胶囊；4-花管；5-管内堵头；6-盖板；7-出水孔；8-出浆口；9-钢丝绳固定孔；10-螺栓；11-加压管；12-加压管接头；13-木质圆柱体；14-海带；101-钻孔；102-采空区积水；109-钢丝绳；110-锚杆；111-闸阀；112-接头；113-注浆管；114-泥浆泵；116-手压泵；117-高分子材料；121-岩煤体；123-浆液流向。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。
参见图1、图2A、图2B和图3，显示了本发明的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置。
所述煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置包括孔口固定盘1、套管2、膨胀胶囊3、管内堵头4和花管5，所述孔口固定盘1为空心圆柱台结构，所述套管2的底端贯通孔口固定盘1，所述孔口固定盘1的内径大于套管2的外径大致为4cm，所述孔口固定盘1设有凸缘，所述凸缘上等距间隔设有多个钢丝绳固定孔9，以用于孔口的连接固定，所述套管2的顶端内置管内堵头5，且所述套管2的中上部留设多个出浆孔8，优选的是，所述多个出浆8为4个直径3cm的出浆孔8，各出浆孔8可间隔一定角度和一定距离设置，所述一定角度可为90度，所述一定距离可为是20cm，参见图2A和图2B，所述套管的底端还设有4个通孔以分别供螺栓10贯穿固定，所述孔口固定盘1上对应设有供螺栓10贯穿的贯孔，从而螺栓10依次贯穿贯孔和通孔后进行套管固定。所述管内堵头5为圆柱体结构，参见图3，所述管内堵头5的内部为木质圆柱体13，所述木质圆柱体13的直径小于套管3cm，外部用海带14缠绕并固定，所述套管2、膨胀胶囊3和花管4之间利用通径接手依次丝扣连接。
其中，所述花管4的周缘设有多排直径3cm、间距20cm的出水孔7，其顶部用盖板6封堵，优选的是，多排出水孔7间隔且交错设置(参见图1)。
其中，由于疏放水钻孔附近岩煤体结构破碎易漏水，所述膨胀胶囊3可串联安装2～3个，保障封堵水效果。
其中，所述套管2可由多个小节组合，之间通过丝扣连接。
其中，所述膨胀胶囊3连接有加压管11，所述加压管11的末端设有加压管接头12，所述加压管接头12设连接加压管11的结构。
其中，所述套管2外部通过法兰盘连接闸阀，控制疏放水过程中的放水量、气体涌出。
通过上述结构可知，本发明设置有流体路径可变结构，注浆固管时浆液沿孔口→出浆口→套管与孔壁间隙的路径运移，疏水时通过破坏管内堵头5，采空区积水可沿着出水口→膨胀胶囊内通心管→套管路径流出。
现场应用时，在近距离疏放采空区积水钻孔出水后，管内堵头5内置于套管2顶部丝扣之下，依次连接花管4、膨胀胶囊3并逐节安装套管2，套管出孔口并最后一节套管底部安装孔口固定盘1，之后通过法兰盘连接闸阀。钢丝绳连接孔口固定盘1，并利用锚杆将装置固定到钻场顶部。加压管接头12继续连接加压管11，并利用手压泵打压使膨胀胶囊3膨胀堵水。套管2孔口连接注浆泵封闭注浆，固结孔口装置后用钻头破坏管内堵头5，采空区积水即可从出水孔7流出。出水孔7被泥砂物质淤堵时，孔口连接泥浆泵进行高压注水可冲开淤堵物质。该结构确保了套管与钻孔间隙之间无水固管，确保了固管质量，通过花管4的出水孔7结构，也实现了不用钻机即可解决疏放孔淤堵问题，提高了近距离疏放采空区积水的安全性和工程整体效率。
同时参见图4，本发明还公开了一种煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管固结方法，包括以下步骤：
步骤一：探放水钻孔施工前加工花管4、套管2和孔口固定盘1，其中花管4的侧向有出水孔7，直径为3cm，间距20cm，顶部用盖板6封堵；套管2顶部留4个出浆孔18，直径3cm，沿套管轴向距离为20cm；底部留4个螺栓固定孔，套管2顶部内置管内堵头5为木质材料加工，其直径小于套管2约3cm，外部采用海带缠绕并固定。
步骤二：钻孔101施工揭露采空区积水102之后，依次组装花管4、膨胀胶囊3、套管2和孔口固定盘1，并利用钻机将该组装装备送入钻孔101，确保膨胀胶囊3顶部在采空区积水102底板以下；
步骤三：用螺栓10将孔口固定盘1拧紧，使其固定在套管2孔口位置，上部通过钢丝绳109连接锚杆110，固定在钻场顶板的岩煤体121内部；
步骤四：通过加压管11在工作面连接手压泵116，对膨胀胶囊3加压使其膨胀,并拧开加压管接头12拆除手压泵116和部分加压管11，加压管分为两段，并通过加压管接头进行连接，孔内段略超出钻孔口即可。
步骤五：孔口采用高分子材料117简易充填，也可以采用棉、麻等材料进行封堵，避免浆液快速流出；
步骤六：孔口的套管2上安装闸阀111，并在闸阀后利用接头112依次连接注浆管113、泥浆泵114，利用泥浆泵114给套管2内部注浆，浆液流向123沿出浆口8流出，并进入套管2与岩煤体121之间的环状空间和岩煤体内部裂隙并充填；
步骤七：浆液固结之后，拆除接头112、注浆管113和泥浆泵114，利用钻机钻进，钻头破坏管内堵头5并到孔底，确保套管2和花管4的组合体内部水流畅通，即可有序疏放采空区积水102；
步骤八：若钻孔被泥砂等杂物封堵，孔口通过接头112依次连接注浆管113、泥浆泵114，利用泥浆泵114给套管2内部高压注水，冲开花管出水孔7外部封堵的杂物。
利用本发明的方法，可实现近距离疏放采空区积水时孔口管的可靠固结，彻底解决了放水量、有害气体不可控导致的严重后果。
因井下施工条件限制，本发明中花管4、膨胀胶囊3、套管2之间用丝扣连接。
上述步骤二中，花管侧向有出水孔，直径为3cm，间距20cm，花管顶部用盖板封堵。
上述步骤二中，管内堵头为木质材料加工，其直径小于套管约3cm，外部采用海带缠绕并固定。
上述步骤二中，套管顶部留设4个出浆孔，直径3cm，沿套管轴向距离为20cm。底部孔口外留设4个螺栓固定孔，用于安装孔口固定盘。
上述步骤三中，孔口固定盘为空心圆柱台结构，内径大于套管4cm，并留设螺栓固定孔和钢丝绳连接孔。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (8)
1.一种煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置，包括孔口固定盘、套管、膨胀胶囊、管内堵头和花管，其特征在于：
所述孔口固定盘为空心圆柱台结构，所述套管的底端贯通孔口固定盘，所述孔口固定盘设有凸缘，所述凸缘上等距间隔设有多个钢丝绳固定孔以用于孔口的连接固定，所述套管的顶端内置管内堵头，且所述套管的中上部留设多个出浆孔，所述套管的底端还设有通孔以供螺栓贯穿固定，所述孔口固定盘上对应设有供螺栓贯穿的贯孔，所述管内堵头为圆柱体结构，所述套管、膨胀胶囊和花管之间利用通径接手依次丝扣连接；
所述管内堵头的内部为木质圆柱体，所述木质圆柱体的直径小于套管，外部用海带缠绕并固定，所述多个出浆孔为4个直径3cm的出浆孔，各出浆孔间隔一定角度和一定距离设置，所述一定角度为90度，所述一定距离为20cm。
2.如权利要求1所述的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置，其特征在于：所述花管的周缘设有多排直径3cm、间距20cm的出水孔，其顶部用盖板封堵。
3.如权利要求2所述的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置，其特征在于：多排出水孔间隔且交错设置。
4.如权利要求1所述的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置，其特征在于：所述膨胀胶囊串联安装2～3个。
5.如权利要求1所述的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置，其特征在于：所述套管由多个小节组合，多个小节之间通过丝扣连接。
6.如权利要求1所述的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置，其特征在于：所述膨胀胶囊连接有加压管，所述加压管的末端设有加压管接头。
7.一种煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管固结方法，通过如权利要求1-6中任一所述的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管装置进行，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：钻孔施工揭露采空区积水之后，依次组装花管、膨胀胶囊、套管和孔口固定盘，并利用钻机送入钻孔，确保膨胀胶囊顶部在采空区积水底板以下；
步骤二：固定孔口固定盘在套管的孔口位置，所述孔口固定盘的上部固定在钻场顶板的岩煤体内部；
步骤三：通过加压管在工作面连接手压泵，对膨胀胶囊加压使其膨胀；
步骤四：孔口采用高分子材料充填，避免浆液快速流出；
步骤五：孔口的套管上安装闸阀，并在闸阀后利用接头依次连接注浆管、泥浆泵，利用泥浆泵给套管内部注浆，浆液流向沿出浆口流出，并进入套管与岩煤体之间的环状空间和岩煤体内部裂隙并充填；
步骤六：浆液固结之后，拆除接头、注浆管和泥浆泵，用钻机钻进，钻头破坏管内堵头并到孔底，确保套管和花管的组合体内部水流畅通，即有序疏放采空区积水。
8.如权利要求7所述的煤矿采空区积水近距离疏放钻孔孔口管固结方法，其特征在于还包含步骤七：若钻孔被杂物封堵，孔口通过接头依次连接注浆管、泥浆泵，利用泥浆泵给套管内部高压注水，冲开花管出水孔外部封堵的杂物。
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