CN113803103A - 一种多级递进式瓦斯抽采装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种多级递进式瓦斯抽采装置及方法，装置包括套有隔板和‘蘑菇’状隔板的多级套管，高压管道一的一端依次穿过三级套管、二级套管和一级套管，抽采管道位于三级套管内部，三通阀门一端连接高压管道一，另外两端分别连接高压管道二和高压管道三，高压管道二和高压管道三分别通过接口一、接口二连接吸压搅一体化装置搅压罐和吸压搅一体化装置吸罐，启动吸压搅一体化装置搅压罐，向充填区一注入密封浆液，启动控制装置，收回套环二，调转三通阀门，连通高压管道一和高压管道二，开启吸压搅一体化装置吸罐，清除高压管道一内的密封浆液，第一次封孔过程完成后，待瓦斯抽采浓度大幅下降时，推移高压管道一到达充填区二，重复上述操作，分别将密封浆液注入充填区二和充填区三，进行相应的瓦斯抽采作业，实现多级递进式瓦斯抽采，完成了多次封孔，延续了瓦斯抽采效果和钻孔的使用周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种多级递进式瓦斯抽采装置及方法，属于煤矿井下瓦斯治理技术领域。
背景技术
煤炭资源在我国消耗能源占比中占很大比例，煤炭资源的安全生产问题越来越受到社会和政府的关注，对瓦斯进行防控有助于解决我国矿井瓦斯灾害频发的问题。目前，瓦斯防治方针是先抽后采。我国瓦斯抽采率低下的原因，除了不可控的地质因素外，最主要影响因素是钻孔封堵不严的问题。在受到煤岩应力重新分布及煤质基质收缩和蠕变等影响，钻孔周围的裂隙发生扩展，同时出现新生裂隙通道，传统的单次封孔会出现漏风现象，导致瓦斯抽采浓度下降，效率变低，如何解决上述问题，实现二次及二次以上封孔，延续瓦斯抽采效果和钻孔的使用周期将会是实现矿井瓦斯高效抽采的关键。
发明内容
技术问题：本发明的目的是为了在煤矿井下瓦斯连续抽采期间，进行多级递进式多次封孔，实现钻孔的长时间密封、延续瓦斯的抽采效率和钻孔的生命使用周期的目的，提供一种多级递进式瓦斯抽采装置及使用方法。
技术方案：本发明的多级递进式瓦斯抽采装置，包括套有隔板一的一级套管、套有‘蘑菇’状隔板一和隔板二的二级套管和套有‘蘑菇’状隔板二和隔板三的三级套管，其中一级套管内套二级套管、二级套管内套三级套管和三级套管内套抽采管道，三级套管的内端口和抽采管道表面设有密封盖，二级套管和三级套管上分别设有卡体一和卡体二，高压管一的一部分深入三级套管内部，一端穿过三级套管、二级套管和一级套管，使得管口深入充填区一，另一端连接三通阀门，三通阀门的另外两端分别连接高压管道二和高压管道三，高压管道二通过接口一与吸压搅一体化装置搅压罐连接，高压管道三通过接口二与吸压搅一体化装置吸罐连接，吸压搅一体化装置吸罐位于吸压搅一体化装置搅压罐的上端，所述的隔板一、隔板二和隔板三分别固定在一级套管、二级套管和三级套管上面，受重力影响，‘蘑菇’状隔板一和‘蘑菇’状隔板二能分别在二级套管和三级套管的表面向下滑动。
所述高压管一前端是由套环一、套环二、单向片一、单向片二、分裂区一和分裂区二构成，单向片一位于高压管一的最上端，以下依次是分裂区一、单向片二和分裂区二，单向片一和单向片二位于高压管的内壁，分裂区一和分裂区二为高压皮管一的分裂部位，套环一和套环二分别紧套分裂区一和分裂区二。
所述套环一和套环二由细绳、环圈、铰链、半环体一、半环体二开关板一、开关板二和遥控装置构成，半环体一和半环体二的一端由铰链连接，另一端分别连接开关板一和开关板二，遥控装置能控制开关板一和开关板二的张合，实现套环一和套环二对高压管道一的紧固和分离，环圈横向穿入铰链，环圈的另一端与细绳连接。
所述‘蘑菇’状隔板一和‘蘑菇’状隔板二由‘蘑菇’状凹槽体、锁拴和隔档片构成，‘蘑菇’状凹槽体上端设有锁栓，锁栓连接隔档片，使得隔档片能绕锁拴转动。
本发明的多级递进式瓦斯抽采方法，包括以下步骤：
a.在深部煤层中按照施工要求打出钻孔；
b.将隔板一、隔板二、隔板三、‘蘑菇’状隔板一和‘蘑菇’状隔板二对应地套在一级套管、二级套管和三级套管上，依次套接一级套管、二级套管、三级套管和抽采管道；
c.将高压管一穿过一级套管和二级套管，使得管口深入充填区一、套环一位于二级套管和三级套管之间和套环二位于一级套管和二级套管之间；
d.将一级套管、二级套管、三级套管和抽采管道一同送入钻孔内；
e.连接三通阀门、高压管道一、高压管道二和高压管道三，连接吸压搅一体化装置搅压罐和高压管道二、吸压搅一体化装置吸罐和高压管道三；
f.调转三通阀门，连通高压管道一和高压管道二，启动吸压搅一体化装置搅压罐，将密封浆液注入充填区一；
g.完成注浆后，启动遥控装置，分离开关板一和开关板二，使得套环二和分裂区二分开，拉拽细绳，收回套环二，单向片二能阻隔密封浆液回流；
h.调转三通阀门，接通高压管道一和高压管道三，启动吸压搅一体化装置吸罐，回收和清空高压管道中密封浆液；
i.待浆液凝固后，进行瓦斯抽采作业；
j.发现瓦斯抽采浓度大幅下降时，停止抽采作业，向前推移二级套管，高压管道一在分裂区一处分为两部分，高压管道一掀开隔档片，穿过‘蘑菇’状隔板一，卡体一继续向前推移‘蘑菇’状隔板一，使得高压管道一到达充填区二；
k.重复f～j操作，完成将密封浆液注入充填区二、收回套环一和进行瓦斯抽采作业的等操作；
l.待瓦斯抽采浓度大幅下降时，停止抽采作业，重复j操作，使得高压管道一到达充填区三；
m.调转三通阀门，连通高压管道一和高压管道二，启动吸压搅一体化装置搅压罐，将密封浆液注入充填区三；
n.进行瓦斯抽采作业，完成多级递进式瓦斯抽采过程。
有益效果：由于采用了上述技术方案，多级递进式瓦斯抽采装置即实现了密封浆液的连续搅拌，又达到压注密封浆液的效果，还有负压抽浆的功能，完成了高压管道中密封浆液的回收，达到清空高压管道的效果；多级套管的设计和高压管道一前端的特殊结构，实现了递进式的多次封孔，延续了瓦斯抽采效果和钻孔的使用周期，能有效提升瓦斯抽采效率，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是多级套管和高压管道一的结构连接示意图。
图3是高压管道一推移效果示意图。
图4是分裂区的分离示意图。
图5是隔板和‘蘑菇’状隔板结构示意图。
图6是高压管道一前端结构示意图。
图7是套环结构示意图。
图中：1.煤层，2.钻孔，3.一级套管，4.二级套管，5.三级套管，6.抽采管道，7-1.高压管道一，7-2.高压管道二，7-3.高压管道三，8-1.隔板一，8-2.隔板二，8-3.隔板三，9-1.‘蘑菇’状隔板一，9-2.‘蘑菇’状隔板二，10-1.套环一，10-2.套环二，11.密封浆液，12-1.卡体一，12-2.卡体二，13.密封盖，14-1.单向片一，14-2单向片二，15-1.分裂区一，15-2.分裂区二，16-1.接口一，16-2.接口二，17.吸压搅一体化装置吸罐，18.吸压搅一体化装置搅压罐，19.三通阀门，20.细绳，21.环圈，22.铰链，23-1.半环体一，23-2.半环体二，24-1.开关板一，24-2.开关板二，25.遥控装置，26.‘蘑菇’状凹槽体，27.锁拴，28.隔档片，29-1.充填区一，29-2.充填区二，29-3.充填区三。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
图1所示，本发明的多级递进式瓦斯抽采装置，包括套有隔板一8-1的一级套管3、套有‘蘑菇’状隔板一9-1和隔板二8-2的二级套管4和套有‘蘑菇’状隔板二9-2和隔板三8-3的三级套管5，其中，一级套管3内套二级套管4、二级套管4内套三级套管5和三级套管5内套抽采管道6，三级套管5的内端口和抽采管道6表面设有密封盖13，二级套管7-2和三级套管7-3上分别设有卡体一12-1和卡体二12-2，高压管一7-1的一部分深入三级套管5内部，一端穿过三级套管5、二级套管4和一级套管3，使得管口深入充填区一29-1，另一端连接三通阀门19，三通阀门19的另外两端分别连接高压管道二7-2和高压管道三7-3，高压管道二7-2通过接口一16-1与吸压搅一体化装置搅压罐18连接，高压管道三7-3通过接口二16-2与吸压搅一体化装置吸罐17连接，吸压搅一体化装置吸罐17位于吸压搅一体化装置搅压罐18的上端，所述的隔板一8-1、隔板二8-2和隔板三8-3分别固定在一级套管3、二级套管4和三级套管5上面，受重力影响，‘蘑菇’状隔板一9-1和‘蘑菇’状隔板二9-2能分别在二级套管4和三级套管5的表面向下滑动。所述高压管一7-1前端是由套环一10-1、套环二10-2、单向片一14-1、单向片二14-2、分裂区一15-1和分裂区二15-2构成，单向片一14-1位于高压管一7-1的最上端，以下依次是分裂区一15-1、单向片二14-2和分裂区二15-2，单向片一14-1和单向片二14-2位于高压管7-1的内壁，分裂区一15-1和分裂区二15-2为高压皮管一7-1的分裂部位，套环一10-1和套环二10-2分别紧套分裂区一15-1和分裂区二15-2的外端。所述套环一10-1和套环二10-2由细绳20、环圈21、铰链22、半环体一23-1、半环体二23-2、开关板一24-1、开关板二24-2和遥控装置25构成，半环体一23-1和半环体二23-2的一端由铰链22连接，另一端分别连接开关板一24-1和开关板二24-2，遥控装置25能控制开关板一24-1和开关板二24-2的张合，实现套环一10-1和套环二10-2对高压管道一7-1的紧固和分离，环圈21横向穿入铰链22，环圈21的另一端与细绳20连接。所述‘蘑菇’状隔板一9-1和‘蘑菇’状隔板二9-2由‘蘑菇’状凹槽体26、锁拴27和隔档片28构成，‘蘑菇’状凹槽体26上端设有锁栓27，锁栓27连接隔档片28，使得隔档片28能绕锁拴27转动。
本发明的多级递进式瓦斯抽采方法：在深部煤层1中按照施工要求打出钻孔2，将隔板一8-1、隔板二8-2、隔板三8-3、‘蘑菇’状隔板一9-1和‘蘑菇’状隔板二9-2对应地套在一级套管、二级套管4和三级套管5上，依次套接一级套管3、二级套管4、三级套管5和抽采管道6，将高压管一7-1穿过一级套管3和二级套管4，使得管口深入充填区一29-1，套环一10-1位于二级套管4和三级套管5之间，套环二10-2位于一级套管3和二级套管4之间，将一级套管3、二级套管4、三级套管5和抽采管道6送入钻孔2内，连接三通阀门19、高压管道一7-1、高压管道二7-2和高压管道三7-3，连接吸压搅一体化装置搅压罐18和高压管道二7-2、吸压搅一体化装置吸罐17和高压管道三7-3，调转三通阀门19，连通高压管道一7-1和高压管道二7-2，启动吸压搅一体化装置搅压罐18，将密封浆液注入充填区一29-1，注浆完成后，启动遥控装置25，分离开关板一24-1和开关板二24-2，套环二10-2和分裂区二15-2分开，拉拽细绳20，收回套环二10-2，单向片二14-2能阻隔密封浆液11回流，调转三通阀门19，接通高压管道一7-1和高压管道三7-3，启动吸压搅一体化装置吸罐17，回收和清空高压管道7-1中密封浆液11，待浆液凝固后，进行瓦斯抽采作业，发现瓦斯抽采浓度大幅下降时，停止抽采作业，向前推移二级套管4，高压管道一7-1在分裂区一15-1处分为两部分，高压管道一7-1掀开隔档片28，穿过‘蘑菇’状隔板一9-1，卡体一12-1继续向前推移‘蘑菇’状隔板一9-1，使得高压管道一7-1到达充填区二29-2，重复上述过程，完成将密封浆液11注入充填区二29-2、收回套环一10-1和抽采瓦斯作业等操作，待瓦斯抽采浓度大幅下降时，重复前一操作，使得高压管道7-1到达充填区三29-3，调转三通阀门19，连通高压管道一7-1和高压管道二7-2，启动吸压搅一体化装置搅压罐18，将密封浆液注入充填区三29-3，进行瓦斯抽采作业，完成多级递进式瓦斯抽采过程。
Claims (5)
1.一种多级递进式瓦斯抽采装置，其特征在于：包括套有隔板一(8-1)的一级套管(3)、套有‘蘑菇’状隔板一(9-1)和隔板二(8-2)的二级套管(4)和套有‘蘑菇’状隔板二(9-2)和隔板三(8-3)的三级套管(5)，其中一级套管(3)内套二级套管(4)、二级套管(4)内套三级套管(5)和三级套管(5)内套抽采管道(6)，三级套管(5)的内端口和抽采管道(6)表面设有密封盖(13)，二级套管(7-2)和三级套管(7-3)上分别设有卡体一(12-1)和卡体二(12-2)，高压管一(7-1)的一部分深入三级套管(5)内部，一端穿过三级套管(5)、二级套管(4)和一级套管(3)深入充填区一(29-1)，另一端连接三通阀门(19)，三通阀门(19)的另外两端分别连接高压管道二(7-2)和高压管道三(7-3)，高压管道二(7-2)通过接口一(16-1)与吸压搅一体化装置搅压罐(18)连接，高压管道三(7-3)通过接口二(16-2)与吸压搅一体化装置吸罐(17)连接，吸压搅一体化装置吸罐(17)位于吸压搅一体化装置搅压罐(18)的上端，所述的隔板一(8-1)、隔板二(8-2)和隔板三(8-3)分别固定在一级套管(3)、二级套管(4)和三级套管(5)的上面，受重力影响，‘蘑菇’状隔板一(9-1)和‘蘑菇’状隔板二(9-2)能分别在二级套管(4)和三级套管(5)的表面向下滑动。
2.如权利要求1所述的多级递进式瓦斯抽采装置，其特征在于：所述高压管一(7-1)前端是由套环一(10-1)、套环二(10-2)、单向片一(14-1)、单向片二(14-2)、分裂区一(15-1)和分裂区二(15-2)构成，单向片一(14-1)位于高压管一(7-1)的最上端，以下依次是分裂区一(15-1)、单向片二(14-2)和分裂区二(15-2)，单向片一(14-1)和单向片二(14-2)位于高压管(7-1)的内壁，分裂区一(15-1)和分裂区二(15-2)为高压皮管一(7-1)的分裂部位，套环一(10-1)和套环二(10-2)分别紧套分裂区一(15-1)和分裂区二(15-2)。
3.如权利要求1所述的多级递进式瓦斯抽采装置，其特征在于：所述套环一(10-1)和套环二(10-2)由细绳(20)、环圈(21)、铰链(22)、半环体一(23-1)、半环体二(23-2)、开关板一(24-1)、开关板二(24-2)和遥控装置(25)构成，半环体一(23-1)和半环体二(23-2)的一端由铰链(22)连接，另一端分别连接开关板一(24-1)和开关板二(24-2)，遥控装置(25)能控制开关板一(24-1)和开关板二(24-2)的张合，完成套环一(10-1)和套环二(10-2)对高压管道一(7-1)的紧固和分离，环圈(21)横向穿入铰链(22)，环圈(21)的另一端与细绳(20)连接。
4.如权利要求1所述的多级递进式瓦斯抽采装置，其特征在于：所述‘蘑菇’状隔板一(9-1)和‘蘑菇’状隔板二(9-2)由‘蘑菇’状凹槽体(26)、锁拴(27)和隔档片(28)构成，‘蘑菇’状凹槽体(26)上端设有锁栓(27)，锁栓(27)连接隔档片(28)，使得隔档片(28)能绕锁拴(27)转动。
5.如权利要求1-4所述装置的多级递进式瓦斯抽采方法，在深部煤层(1)中按照施工要求打出钻孔(2)，其特征在于，包括以下步骤：
a.将隔板一(8-1)、隔板二(8-2)、隔板三(8-3)、‘蘑菇’状隔板一(9-1)和‘蘑菇’状隔板二(9-2)对应地套在一级套管(3)、二级套管(4)和三级套管(5)上，依次套接一级套管(3)、二级套管(4)、三级套管(5)和抽采管道(6)；
b.将高压管一(7-1)穿过一级套管(3)和二级套管(4)，使得管口深入充填区一(29-1)、套环一(10-1)位于二级套管(4)和三级套管(5)之间和套环二(10-2)位于一级套管(3)和二级套管(4)之间；
c.将一级套管(3)、二级套管(4)、三级套管(5)和抽采管道(6)送入钻孔(2)内；
d.连接三通阀门(19)、高压管道一(7-1)、高压管道二(7-2)和高压管道三(7-3)，连接吸压搅一体化装置搅压罐(18)和高压管道二(7-2)、吸压搅一体化装置吸罐(17)和高压管道三(7-3)；
e.调转三通阀门(19)，连通高压管道一(7-1)和高压管道二(7-2)，启动吸压搅一体化装置搅压罐(18)，将密封浆液注入充填区一(29-1)；
f.完成注浆后，启动遥控装置(25)，分离开关板一(24-1)和开关板二(24-2)，使得套环二(10-2)和分裂区二(15-2)分开，拉拽细绳(20)，收回套环二(10-2)，单向片二(14-2)能阻隔密封浆液(11)回流；
g.调转三通阀门(19)，接通高压管道一(7-1)和高压管道三(7-3)，启动吸压搅一体化装置吸罐(17)，回收和清空高压管道一(7-1)中的密封浆液(11)；
h.待浆液凝固后，进行瓦斯抽采作业；
i.发现瓦斯抽采浓度大幅下降时，停止抽采作业，向前推移二级套管(4)，高压管一(7-1)在分裂区一(15-1)处分为两部分，高压管道一(7-1)掀开隔档片(28)，穿过‘蘑菇’状隔板一(9-1)，卡体一(12-1)继续向前推移‘蘑菇’状隔板一(9-1)，使得高压管道一(7-1)到达充填区二(29-2)；
j.重复f～j过程，完成将密封浆液(11)注入充填区二(29-2)、收回套环一(10-1)和瓦斯抽采等操作；
k.待瓦斯抽采浓度大幅下降时，重复j操作，使得高压管道一(7-1)到达充填区三(29-3)；
l.调转三通阀门(19)，连通高压管道一(7-1)和高压管道二(7-2)，启动吸压搅一体化装置搅压罐(18)，将密封浆液注入充填区三(29-3)；
m.进行瓦斯抽采作业，完成多级递进式瓦斯抽采过程。
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2021
- 2021-09-17 CN CN202111089848.2A patent/CN113803103B/zh active Active
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