CN113738301B - 井下煤层注气钻孔封孔装置及驱替钻孔封孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种井下煤层注气钻孔封孔装置及驱替钻孔封孔方法，所述井下煤层注气钻孔封孔装置包括第一管、第二管、注浆泵、第一囊袋、第二囊袋和爆破阀，第一管包括第一段和第二段，第一段和第二段可拆连接，第一段的自由端形成第一管的进口端，且第一段为金属材质，第二管与第一管并行设置，第二管上设有第一注浆口和第二注浆口，注浆泵与第二管相连，第一囊袋套设在第一管的外周侧，第一囊袋与第一注浆口连通，第二囊袋套设在第一管的外周侧，第二囊袋与第二注浆口连通，爆破阀设在第二管上，且位于第一囊袋和第二囊袋之间。本发明的井下煤层注气钻孔封孔装置具有结构简单，成本低，封孔效率高等优点。

Description

井下煤层注气钻孔封孔装置及驱替钻孔封孔方法

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体地，涉及一种井下煤层注气钻孔封孔装置及驱替钻孔封孔方法。

背景技术

在瓦斯开采过程中，随着开采深度的不断增加，煤层的透气性降低，瓦斯抽采和以煤层改性为前提的增透技术措施对瓦斯抽采治理难度不断增加，开采工艺有待提高。

相关技术中，注气驱替作为一种全新的瓦斯抽采方法，通过钻孔向煤层内注入高压弱吸附气体，基于促流、增渗和置换效应，强化瓦斯抽采。采用注气驱替方法抽采瓦斯时，由于需要通过钻孔向煤层内注入高压气体，因此，注气的安全性和封孔质量均需要进一步优化。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种结构简单、封孔效率高的矿井下煤层注气钻孔封孔装置。

本发明的实施例提出一种安全性能高、封孔效率高和成本低的驱替钻孔封孔方法。

根据本发明实施例的井下煤层注气钻孔封孔装置包括：第一管，所述第一管适于插入钻孔内，且所述第一管的进口端适于与注气驱替设备相连，所述第一管包括第一段和第二段，所述第一段和所述第二段可拆连接，所述第一段的自由端形成所述第一管的进口端，且所述第一段为金属材质，所述第一管用于向煤层内通入高压气体；第二管，所述第二管与所述第一管并行设置，所述第二管上设有第一注浆口和第二注浆口，所述第一注浆口和所述第二注浆口沿着所述第二管的轴向间隔布置，所述第二管用于通入料浆；注浆泵，所述注浆泵与所述第二管相连，以便所述料浆通入所述第二管内；第一囊袋，第一囊袋套设在所述第一管的外周侧，且所述第一囊袋设在所述第一段的外周侧或所述第一段和所述第二段的连接处，所述第一囊袋与所述第一注浆口连通；第二囊袋，第二囊袋套设在所述第一管的外周侧，且至少部分所述第一管穿过所述第二囊袋，所述第二囊袋与所述第二注浆口连通；爆破阀，所述爆破阀设在所述第二管上，且位于所述第一囊袋和第二囊袋之间，所述爆破阀用于在所述第一囊袋和所述第二囊袋封孔后破裂以向所述第一囊袋和所述第二囊袋之间填充料浆。

本发明实施例的井下煤层注气钻孔封孔装置，通过第一管的设置，提高了封孔装置的封孔效率，保证了瓦斯注气驱替时的安全性能，延长了封孔装置的使用寿命。

在一些实施例中，所述第一管还包括第三段，所述第二段连接在所述第一段和所述第三段之间，且所述第二囊袋设在所述第二段和所述第三段的连接处。

在一些实施例中，所述第三段上均布有多个贯通孔，所述高压气体用于通过所述贯通孔充入所述煤层。

在一些实施例中，所述第二段和所述第三段可拆连接。

在一些实施例中，所述第二段包括多个第二子段，多个第二子段沿着所述第一管的轴向依次设置，且相邻两个所述第二子段可拆连接。

在一些实施例中，所述井下煤层注气钻孔封孔装置还包括单向阀，所述单向阀设在所述第二管上，且位于所述第二管的所述第一注浆口和所述第二管的进口端之间。

在一些实施例中，所述第一管的进口端设有缩颈段，所述缩颈段的径向尺寸小于所述第一管的径向尺寸。

在一些实施例中，所述第一管的进口端设有第一接头，所述第一接头适于与所述注气驱替设备上的第二接头相连。

在一些实施例中，所述第一接头上设有销孔，所述销孔用于插入销轴，所述第一接头通过所述销轴与所述第二接头相连。

根据本发明实施例的驱替钻孔封孔方法，包括以下步骤：S1：根据钻孔内封孔段的长度，计算第二段的长度；S2：将第一囊袋和第二囊袋分别套设第一管和第二管的外周侧，且所述第一囊袋设在第二段的一端，所述第二囊袋设在第二段的另一端；S3：将第一管和第二管插入所述钻孔，待所述第一囊袋距离所述钻孔的孔口至第一预设长度时，将第一段与所述第二段连接，并将至少部分所述第一囊袋与所述第一段固定；S4：继续向钻孔内推送所述第一管和第二管，并直至所述第一段的外端和所述钻孔的孔口间隔第二预设长度；S5：通过第二管向所述第一囊袋和所述第二囊袋注浆，并直至所述第一囊袋和所述第二囊袋涨进封堵所述钻孔；S6：继续向所述第二管注浆，直至所述爆破阀破裂并通过所述爆破阀向所述第一囊袋和所述第二囊袋之间的钻孔部分填充料浆；S7；静置设定时间以凝固所述料浆。

本发明实施例的驱替钻孔封孔方法，通过步骤S1-步骤S6，将井下煤层注气钻孔封孔装置安装在钻孔内并进行封孔，提高了封孔的质量，提高了瓦斯驱替的效率。

附图说明

图1是本发明井下煤层注气钻孔封孔装置的结构示意图。

图2是图1中A的局部放大图。

图3是图1中B的局部放大图。

图4是图1中C的局部放大图。

附图标记：

井下煤层注气钻孔封孔装置100；

第一管1；第一段11；第二段12；第二子段121；第三段13；贯通孔131；缩颈段14；第一接头15；销孔151；第二管2；第一囊袋3；第二囊袋4；爆破阀5；单向阀6；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的井下煤层注气钻孔封孔装置

如图1所示，根据本发明实施例的井下煤层注气钻孔封孔装置包括第一管1、第二管2、注浆泵(图中未示意出)、第一囊袋3、第二囊袋4和爆破阀5。

第一管1适于插入钻孔内，且第一管1的进口端适于与注气驱替设备相连，第一管1包括第一段11和第二段12，第一段11和第二段12可拆连接，第一段11的自由端形成第一管1的进口端，且第一段11为金属材质，第一管1用于向煤层内通入高压气体。

具体地，如图1所示，第一段11的左端与第二段12的右端通过螺纹连接安装在一起，且第一段11为金属材质，第二段12为PVC材质，第一段11的左端为第一管1的进口端且与注气驱替设备通过高压胶管相连，由此，可通过注气驱替设备向第一管1内进行注入高压气，从而通过第一管1向钻孔通入高压气体，对钻孔内的瓦斯进行注气驱替。

第二管2与第一管1并行设置，第二管2上设有第一注浆口(图中未示意出)和第二注浆口(图中未示意出)，第一注浆口和第二注浆口沿着第二管2的轴向间隔(如图1所示的左右方向)布置，第二管2用于通入料浆。

注浆泵与第二管2相连，以便料浆通入第二管2内。通过第二管2将料浆运输至第一囊袋3和第二囊袋4内，使得第一囊袋3和第二囊袋4膨胀以防止后续料浆乱流。

第一囊袋3套设在第一管1的外周侧，且第一囊袋3设在第一段11的外周侧或第一段11和第二段12的连接处，第一囊袋3与第一注浆口连通。具体地，第一囊袋3设在第一段11的右端且位于第一段11第二段12的连接处。

第二囊袋4套设在第一管1的外周侧，且至少部分第一管1穿过第二囊袋4，第二囊袋4与第二注浆口连通。具体地，第二囊袋4设在第二段12上且邻近第二段12的左端。

爆破阀5设在第二管2上，且位于第一囊袋3和第二囊袋4之间，爆破阀5用于在第一囊袋3和第二囊袋4封孔后破裂以向第一囊袋3和第二囊袋4之间填充料浆。具体地，将料浆填充在第一囊袋3和第二囊袋4之间的钻孔内以及钻孔的孔壁的缝隙内。由此，料浆膨胀凝固对钻孔的封孔段的周围产生高应力区，降低了封孔段的煤体的通气性，实现了对封孔段有效注浆封孔的目的。

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：采用注气驱替方法抽采瓦斯时，钻孔孔口处的管路处于暴露状态，在持续注气情况下，由于，注入的气体压力大，容易在钻孔的孔口造成压力集聚现象，导致孔口处的管路容易因为压力过高而产生疲劳损坏，高压气体喷射易伤到工作人员，存在较大的注气的安全隐患。

本发明实施例的井下煤层注气钻孔封孔装置100，通过第一段11和第二段12可拆连接，且第一段11为金属材质，由此，防止第一段11发生损坏，进而防止高压气体泄露，延长了第一段11的使用寿命，提高了第一段11的耐压能力，提高了第一管1的安全性能和封孔质量。

本发明实施例的井下煤层注气钻孔封孔装置100，通过且第一囊袋3设在第一段11的外周侧或第一段11和第二段12的连接处。由此，通过第一囊袋3对第一段11和第二段12的连接处进一步密封，防止高压气从第一段11和第二段12的连接处泄露，提高了第一管1的使用性能，进一步提高了井下煤层注气钻孔封孔装置100的安全性能。

第一管1还包括第三段13，第二段12连接在第一段11和第三段13之间，且第二囊袋4设在第二段12和第三段13的连接处。具体地，如图1所示，第一段11位于第二段12的左端，第三段13位于第二段12的右端，且第一段11、第二段12和第三段13相互贯通。由此，第一管1内的高压气通过第三段13运输至钻孔的终孔处，对煤层内的瓦斯进行驱替抽促。

第三段13上均布有多个贯通孔131，高压气体用于通过贯通孔131充入煤层。具体地，如图1所示，多个贯通孔131包括多个第一孔和多个第二孔，多个第一孔沿第一管1的轴向间隔设置，多个第二孔沿第一管1的轴向方向间隔设置，多个第一孔和多个第二孔沿第一管1的周向间隔设置，且第一孔位于相邻的第二孔之间。由此，使得高压气通过第一孔和第二孔通入钻孔内，使得第一管1的设置更加合理。

在一些实施例中，第二段12和第三段13可拆连接。具体地，第二段12的右端设有外螺纹，第三段13左端设有内螺纹，第二段12的左端插入第三段13的右端内，且通过外螺纹和内螺纹的螺纹配合，使得第二段12和第三段13连接起来，由于，巷道的高度有限，将第二段12和第三段13可拆卸连接，方便第二段12和第三段13运输至巷道内。

在一些实施例中，第二段12包括多个第二子段，多个第二子段沿着第一管1的轴向(如图1所示左右方向)依次设置，且相邻两个第二子段可拆连接。具体地，多个第二子段沿左右方向依次设置，且相邻的第二字段通过螺纹连接。由于，巷道的高度有限，将第二段12设置成多个第二子段，从而减小了第二段12的高度，方便将第二子段运输至巷道内。

可以理解的是：第二段12和第三段13的连接方式以及多个第二子段的连接方式不限于此，例如：第二段12和第三段13的连接方式和多个子段的连接方式还可以为卡接、插接、螺钉连接等。

在一些实施例中，井下煤层注气钻孔封孔装置还包括单向阀6，单向阀6设在第二管2上，且位于第二管2的第一注浆口和第二管2的进口端之间。具体地，单向阀6设在第一注浆口的左端。由此，可防止第一囊袋3和第二囊袋4内的料浆回流至第二管2内，保证了第一囊袋3和第二囊袋4的封孔效率。

在一些实施例中，第一管1的进口端设有缩颈段14，缩颈段14的径向尺寸小于第一管1的径向尺寸。具体地，如图1所示，缩颈段14位于第一管1的左端，且缩颈段14的横截面积从左到右逐渐增大。由于第一管1的内径较大，且与第一管1相连高压胶管的内径较小，由此在第一管1的进口端设置缩颈段14，方便高压胶管与第一管1相连，使得第一管1的设置更加合理。

在一些实施例中，第一管1的进口端设有第一接头15，第一接头15适于与注气驱替设备上的第二接头(图中为示意出)相连。由此，通过第一管1的第一接头15和注气驱替设备上的第二接头，方便第一管1和注气驱替设备的连接。

在一些实施例中，第一接头15上设有销孔151，销孔151用于插入销轴，第一接头15通过销轴与第二接头相连。具体地，第一接头15上下两端设有沿前后方向贯通的销孔151，第二接头设有与第一接头15相对应的销孔，由此，通过销轴可将第一接头15和第二接头连接起来，从而使得第一管1和注气驱替设备相连。

下面描述本发明实施例的驱替钻孔封孔方法，包括以下步骤：

S1：根据钻孔内封孔段的长度，计算第二段12的长度。具体地，通过钻孔内封孔段的长度计算第二段12的长度，通过第二段12的长度，计算第二子段的个数，通过注气钻孔的长度计算第三段13的长度，通过第三段13的长度，计算第三段13的个数。

S2：将第一囊袋3和第二囊袋4分别套设第一管1和第二管2的外周侧，且第一囊袋3设在第二段12的一端，第二囊袋4设在第二段12的另一端。具体地，将多个第二子段、多个第三段13连接起来，且第一囊袋3设在第二段12的左端且第二管2的第一出料口位于第一囊袋3内，第二囊袋4设在第二段12的右端且第二管2的第二出料口位于第二囊袋4内，且第一囊袋3的右端和第二囊袋4通过胶带或尼龙扎带固定在第二段12和第二管2上。

S3：将第一管1和第二管2插入钻孔，待第一囊袋3距离钻孔的孔口至第一预设长度时，将第一段11与第二段12连接，并将至少部分第一囊袋3与第一段11固定。

具体地，将第一管1的左端、第二管2内的左端和第二囊袋4插入钻孔，当第一囊袋3距离孔口的第一预设长度时停止插入，将第一段11和第二段12通过螺纹连接起来，且将第一囊袋3的左端通过胶带或尼龙扎带固定在第一段11上。

S4：继续向钻孔内推送第一管1和第二管2，并直至第一段11的外端和钻孔的孔口间隔第二预设长度。

S5：通过第二管2向第一囊袋3和第二囊袋4注浆，并直至第一囊袋3和第二囊袋4涨进封堵钻孔。具体地，将第二管2道与外部注浆泵相连，由此通过第二管2道向第一囊袋3和第二囊袋4进行注浆，使得第一囊袋3和第二囊袋4封堵钻孔。

S6：继续向第二管2注浆，直至爆破阀5破裂并通过爆破阀5向第一囊袋3和第二囊袋4之间的钻孔部分填充料浆。

S7；静置设定时间以凝固料浆。具体地，待注浆泵的压力达到预设压力时，注浆泵停止注浆，待料浆完全凝固后，将第一管1与注气驱替设备相连，通过第一管1向钻孔内输送高压气体。

可以理解的是，第一预设长度和第二预设长度，操作人员可根据实际情况进行选择，例如:第一预设长度和第二预设长度均为15cm-20cm。

根据本发明驱替钻孔封孔方法，通过步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4、步骤S5、步骤S6和步骤S7，由此，将井下煤层注气钻孔封孔装置100安装在钻孔并进行封孔，提高了封孔的质量，保证了注气设备的安全性能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种井下煤层注气钻孔封孔装置，其特征在于，包括：

第一管，所述第一管适于插入钻孔内，且所述第一管的进口端适于与注气驱替设备相连，所述第一管包括第一段和第二段，所述第一段和所述第二段可拆连接，所述第一段的自由端形成所述第一管的进口端，且所述第一段为金属材质，所述第一管用于向煤层内通入高压气体；

第二管，所述第二管与所述第一管并行设置，所述第二管上设有第一注浆口和第二注浆口，所述第一注浆口和所述第二注浆口沿着所述第二管的轴向间隔布置，所述第二管用于通入料浆；

注浆泵，所述注浆泵与所述第二管相连，以便所述料浆通入所述第二管内；

第一囊袋，第一囊袋套设在所述第一管的外周侧，且所述第一囊袋设在所述第一段和所述第二段的连接处，所述第一囊袋与所述第一注浆口连通；

第二囊袋，第二囊袋套设在所述第一管的外周侧，且至少部分所述第一管穿过所述第二囊袋，所述第二囊袋与所述第二注浆口连通；

爆破阀，所述爆破阀设在所述第二管上，且位于所述第一囊袋和第二囊袋之间，所述爆破阀用于在所述第一囊袋和所述第二囊袋封孔后破裂以向所述第一囊袋和所述第二囊袋之间填充料浆；

所述第一管还包括第三段，所述第二段连接在所述第一段和所述第三段之间，且所述第二囊袋设在所述第二段和所述第三段的连接处。

2.根据权利要求1所述的井下煤层注气钻孔封孔装置，其特征在于，所述第三段上均布有多个贯通孔，所述高压气体用于通过所述贯通孔充入所述煤层。

3.根据权利要求1所述的井下煤层注气钻孔封孔装置，其特征在于，所述第二段和所述第三段可拆连接。

4.根据权利要求1所述的井下煤层注气钻孔封孔装置，其特征在于，所述第二段包括多个第二子段，多个第二子段沿着所述第一管的轴向依次设置，且相邻两个所述第二子段可拆连接。

5.根据权利要求1所述的井下煤层注气钻孔封孔装置，其特征在于，还包括单向阀，所述单向阀设在所述第二管上，且位于所述第二管的所述第一注浆口和所述第二管的进口端之间。

6.根据权利要求1所述的井下煤层注气钻孔封孔装置，其特征在于，所述第一管的进口端设有缩颈段，所述缩颈段的径向尺寸小于所述第一管的径向尺寸。

7.根据权利要求6所述的井下煤层注气钻孔封孔装置，其特征在于，所述第一管的进口端设有第一接头，所述第一接头适于与所述注气驱替设备上的第二接头相连。

8.根据权利要求7所述的井下煤层注气钻孔封孔装置，其特征在于，所述第一接头上设有销孔，所述销孔用于插入销轴，所述第一接头通过所述销轴与所述第二接头相连。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的井下煤层注气钻孔封孔装置的驱替钻孔封孔方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据钻孔内封孔段的长度，计算第二段的长度；

S2：将第一囊袋和第二囊袋分别套设第一管和第二管的外周侧，且所述第一囊袋设在第二段的一端，所述第二囊袋设在第二段的另一端；

S3：将第一管和第二管插入所述钻孔，待所述第一囊袋距离所述钻孔的孔口至第一预设长度时，将第一段与所述第二段连接，并将至少部分所述第一囊袋与所述第一段固定；

S4：继续向钻孔内推送所述第一管和第二管，并直至所述第一段的外端和所述钻孔的孔口间隔第二预设长度；

S5：通过第二管向所述第一囊袋和所述第二囊袋注浆，并直至所述第一囊袋和所述第二囊袋涨进封堵所述钻孔；

S6：继续向所述第二管注浆，直至所述爆破阀破裂并通过所述爆破阀向所述第一囊袋和所述第二囊袋之间的钻孔部分填充料浆；

S7；静置设定时间以凝固所述料浆。