CN114293952A - 一种瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置及自修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，公开了一种瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置及自修复方法，包括设置在预先开设的钻孔内部的注浆管、回浆管、瓦斯抽采管及玻璃管；每个玻璃管内部均为中空结构，用于放置自修复液体；在钻孔的入口处设置密封部后，通过注浆管向钻孔内部注入浆液将玻璃管包覆形成封堵段；本发明通过采用自修复的方法，实现当钻孔封堵段周围受应力影响导致封堵材料内部玻璃管破裂时，自修复液体流出，在裂隙处与周围的固化剂接触发生固化反应生成固化物来修复裂隙通道，从而保证有效地将瓦斯的抽采负压转换为瓦斯抽采过程中的流动动能，最终实现钻孔内瓦斯抽采浓度的提高。

Description

一种瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置及自修复方法

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，尤其涉及一种瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置及自修复方法。

背景技术

顺层瓦斯抽采效果能否成功的关键技术就是封孔的质量。目前，现有的封孔工艺有黄泥浆封孔、水泥砂浆封孔、混合浆液封孔、聚氨酯封孔等。

粘土（黄泥）类材料是使用最早的封孔材料，来源于广泛分布的质地细密、富有可塑性的半干粘土、 黄泥或黄泥—水泥混合物。此类封材料价格低廉、施工操作相对简单，但粘性较大，容易与钻孔孔壁粘连形成空隙漏气，且不易送到指定位置，不适于深孔封孔，很少使用，基本被淘汰。

水泥砂浆封孔；传统的水泥浆液凝固时间较长，且在固化的过程中会脱水、收缩，易使水泥封孔体内部产生裂隙，且水泥浆封孔在经历矿压作用后，裂隙会不断扩展发育致使封孔段完全失效，更容易漏气。

聚氨酯封孔；聚氨酯会在钻孔内发生化学反应，使聚氨酯快速膨胀，膨胀力增大了钻孔的径向作用力，这种作用力反向推动聚氨酯渗入裂隙，起到封堵钻孔的效果。这种封孔方式应用范围广、适用性较强，但是成本高、膨胀后强度低。而且受井下条件的限制，聚氨酯材料在混合均匀40~60s后就开始反应，封孔长度只有4m，不能有效的避开巷道的松动圈产生的裂隙进入钻孔内，直接导致瓦斯抽采浓度偏低，抽采浓度衰减快。

抽采钻孔预抽煤层瓦斯是一种安全高效的瓦斯治理方式，但钻孔失效严重影响矿井瓦斯安全治理工作。钻孔失效的主要原因是钻孔漏风；漏风通道主要有煤层顶底板应力导致的煤壁侧漏风和打钻过程中造成的钻孔围岩漏气圈两种；抽采后期，随着应力的重新分布，这些裂隙会在煤层内部和钻孔周围不断扩展、发育；为了封堵这些裂隙通道，进而产生了多种不同的封孔工艺；目前广泛使用的是带压注浆封孔；传统的纯水泥浆自身固化时会脱水收缩；在长期采动应力的影响下，钻孔封堵段封堵材料与钻孔内壁接触面处产生裂隙，同时水泥材料内部也会有裂隙产生；两种裂隙不断扩展贯通，钻孔周围漏气通道增多，这时钻孔孔口位置赋予的抽采负压没有被有效地转换为瓦斯抽采过程中的流动动能，而是被消耗在封孔段孔内外空气流动上，显著降低钻孔内瓦斯抽采效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置及自修复方法，能够通过预先向瓦斯抽采钻孔内送入装有自修复液体的玻璃管，从而实现当钻孔封堵段周围受应力影响导致封堵材料内部玻璃管破裂时，自修复液体流出，在裂隙处与周围的固化剂接触发生固化反应生成固化物来修复裂隙通道，从而保证有效地将瓦斯的抽采负压转换为瓦斯抽采过程中的流动动能，最终实现钻孔内瓦斯抽采浓度的提高。

本发明采用以下技术方案：

一种瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置,包括设置在预先开设的钻孔内部的注浆管、回浆管、瓦斯抽采管及玻璃管；其中玻璃管设置多个，且每个玻璃管内部均为中空结构，用于放置自修复液体；在钻孔的入口处设置密封部后，通过注浆管向钻孔内部注入浆液将玻璃管包覆形成封堵段。

所述的密封部为设置在钻孔入口处的快干水泥。

每个所述的玻璃管均分段设置，且相邻的两段之间均可拆卸的连接。

所述的相邻两个分段的玻璃管均通过螺纹连接。

所述的玻璃管外端设置有注液孔，注液孔上设置有密封盖。

一种瓦斯抽采钻孔裂隙自修复方法，包括以下步骤：

1）钻孔：在预设位置进行指定深度的钻孔操作；

2）自修复液及水泥浆液的选取及制备：自修复液采用E51型环氧树脂乳液，经乳化处理后得到；水泥浆液中添加T31型环氧树脂专用固化剂；

3）注浆管、回浆管及抽采管的预埋操作：确保钻孔结构完好且通畅后，将注浆管、回浆管及抽采管送至指定深度，并在钻孔入口处预留注浆管、回浆管及抽采管指定长度；

4）将自修复液注入玻璃管内部，并将玻璃管送达钻孔指定深度，用快干水泥进度钻孔入口的封堵，并确保玻璃管完全被封至钻孔内部；

5）通过注浆管进行注浆操作，直至回浆管有浆液流出时，关闭设置在回浆管上的单向阀，并将孔口处注浆管折死，用铁丝将其固定，去掉注浆管，封孔完成。

所述的步骤1）中所述钻孔孔径为94mm。

所述的步骤2）中所述E51型环氧树脂乳液乳化操作所采用的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，用量为环氧树脂的5%。

所述的步骤2）中所述水泥浆液选用强度等级为42.5MPa的硅酸盐水泥。

所述的步骤2）中所述水泥浆液的水灰比为0.7:1。

与现有技术相比本发明的有益效果是：本发明通过预先向瓦斯抽采钻孔内送入装有自修复液体的玻璃管，从而实现当钻孔封堵段周围受应力影响导致封堵材料内部玻璃管破裂时，自修复液体流出，在裂隙处与周围的固化剂接触发生固化反应生成固化物来修复裂隙通道，从而保证钻孔的密封性，减少漏气量，提高钻孔内瓦斯抽采浓度，以保证有效地将瓦斯的抽采负压转换为瓦斯抽采过程中的流动动能，最终实现钻孔内瓦斯抽采浓度的提高。

进一步地，本发明的自修复装置中，玻璃管的分段设置便于玻璃管的向钻孔内的安装；提升操作的便利性；注液孔设置在玻璃管的外端，方便向玻璃管内部进行注液操作，以免玻璃管在注液时发生破裂的情况。

附图说明

图1为本发明施工作业的结构示意图；

图2为本发明钻孔内部玻璃管布置截面图；

图3为本发明玻璃管的结构示意图；

图4为本发明钻孔封堵段裂隙漏气模型；

图5为本发明裂隙自修复机理。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明作以清楚和完整的说明：

如图1至图5所示，本发明所述的一种瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置及自修复方法，包括设置在预先开设的钻孔1内部的注浆管2、回浆管3、瓦斯抽采管4及玻璃管5；其中注浆管2、回浆管3及瓦斯抽采管4靠近钻孔1入口处的一端均延伸出钻孔1一定距离，以便于注浆管2同注浆设备进行连接，瓦斯抽采管4同抽采系统进行连接，此外在注浆管2及回浆管3上还均设置有开关阀门6，以便于注浆完成后对其进行密封处理；其中玻璃管5设置多个，且每个玻璃管5内部均为中空结构，用于放置自修复液体；在钻孔1的入口处设置密封部7后，通过注浆管2向钻孔1内部注入水泥浆液将玻璃管5包覆形成封堵段。

进一步地，密封部7优选采用快干水泥，对钻孔1入口处进行密封，快干水泥能够快速凝固缩短施工时长，并能够长期保持高强度及稳定性，确保密封效果；此外，本发明中每个所述的玻璃管5均为分段设置，且相邻的两段之间均可拆卸的连接；分段设置便于根据需要对玻璃管5的长度进行调整，同时也为玻璃管5向钻孔1内的安装提供便利；优选地，相邻两段玻璃管5之间通过螺纹进行连接，以确保玻璃管5的紧密结合；每段玻璃管5的长度优选设置为1500mm，直径15mm,壁厚1mm。每段玻璃管5的两端均进行密封设置，每端玻璃管5的外端均设置有注液孔，注液孔上设置有密封盖8；通过将注液孔设置在玻璃管5的外端，能够提升向玻璃管5内部注入液体的便利性。

本发明中对裂隙进行修复的方法包括以下步骤：1）、钻孔：在煤层预设位置进行指定深度的钻孔操作；钻孔孔径优选为94mm；2）、自修复液及水泥浆液的选取及制备：自修复液采用E51型环氧树脂乳液，经乳化处理后得到，乳化剂采用十二烷基苯磺酸钠，用量为环氧树脂的5%；在制备时先将固体环氧树脂预先磨成微米级的环氧树脂粉末，然后和乳化剂在三口瓶中高速搅拌2个小时，搅拌速度为500r/min，最后往环氧树脂中逐渐滴加蒸馏水,至环氧树脂为水包油形式时乳化完成；水泥浆液中添加T31型环氧树脂专用固化剂，以便于同自修复液发生固化反应生成固化物来修复裂隙，从而减少钻孔内部及周围的漏气量，提高钻孔内瓦斯抽采浓度；水泥浆液采用强度等级为42.5MPa的硅酸盐水泥，其中水灰比为0.7:1。3）、注浆管、回浆管及抽采管的预埋操作：确保钻孔结构完好且通畅后，将注浆管、回浆管及抽采管送至指定深度，并在钻孔入口处预留注浆管、回浆管及抽采管指定长度；4)、将自修复液注入玻璃管内部，并将玻璃管送达钻孔指定深度，用快干水泥进度钻孔入口的封堵，并确保玻璃管完全被封至钻孔内部；5)、通过注浆管进行注浆操作，直至回浆管有浆液流出时，关闭设置在回浆管上的单向阀，并将孔口处注浆管折死，用铁丝将其固定，去掉注浆管，封孔完成。

本发明的修复原理为，通过预先向瓦斯抽采钻孔内送入装有自修复液体的玻璃管，从而在钻孔封堵段周围受应力影响导致封堵材料内部玻璃管破裂时，自修复液体流出，在裂隙处与周围的固化剂接触发生固化反应生成固化物来修复裂隙通道，从而保证钻孔的密封性，减少漏气量，提高钻孔内瓦斯抽采浓度，以保证有效地将瓦斯的抽采负压转换为瓦斯抽采过程中的流动动能，最终实现钻孔内瓦斯抽采浓度的提高。

Claims (10)

1.一种瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置,其特征在于：包括设置在预先开设的钻孔内部的注浆管、回浆管、瓦斯抽采管及玻璃管；其中玻璃管设置多个，且每个玻璃管内部均为中空结构，用于放置自修复液体；在钻孔的入口处设置密封部后，通过注浆管向钻孔内部注入浆液将玻璃管包覆形成封堵段。

2.根据权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置,其特征在于：所述的密封部为设置在钻孔入口处的快干水泥。

3.根据权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置,其特征在于：每个所述的玻璃管均分段设置，且相邻的两段之间均可拆卸的连接。

4.根据权利要求3所述的瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置,其特征在于：所述的相邻两个分段的玻璃管均通过螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置,其特征在于：所述的玻璃管外端设置有注液孔，注液孔上设置有密封盖。

6.一种瓦斯抽采钻孔裂隙自修复方法，该方法采用权利要求1-5任意一权利要求所述的瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置对裂隙进行修复，其特征在于：包括以下步骤：

1）钻孔：在预设位置进行指定深度的钻孔操作；

2）自修复液及水泥浆液的选取及制备：自修复液采用E51型环氧树脂乳液，经乳化处理后得到；水泥浆液中添加T31型环氧树脂专用固化剂；

3）注浆管、回浆管及抽采管的预埋操作：确保钻孔结构完好且通畅后，将注浆管、回浆管及抽采管送至指定深度，并在钻孔入口处预留注浆管、回浆管及抽采管指定长度；

4）将自修复液注入玻璃管内部，并将玻璃管送达钻孔指定深度，用快干水泥进度钻孔入口的封堵，并确保玻璃管完全被封至钻孔内部；

5）通过注浆管进行注浆操作，直至回浆管有浆液流出时，关闭设置在回浆管上的单向阀，并将孔口处注浆管折死，用铁丝将其固定，去掉注浆管，封孔完成。

7.根据权利要求6所述的瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置,其特征在于：步骤1）中所述的钻孔孔径为94mm。

8.根据权利要求6所述的瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置,其特征在于：步骤2）中所述的E51型环氧树脂乳液乳化操作所采用的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，用量为环氧树脂的5%。

9.根据权利要求6所述的瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置,其特征在于：步骤2）中所述的水泥浆液选用强度等级为42.5MPa的硅酸盐水泥。

10.根据权利要求6所述的瓦斯抽采钻孔裂隙自修复装置,其特征在于：步骤2）中所述的水泥浆液的水灰比为0.7:1。

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