CN114635666A - 瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置及方法 - Google Patents

瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置及方法 Download PDF

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周刚
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Abstract

本发明公开了一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置，包括紧贴注水孔内壁的钻孔套管、封孔组件和穿过封孔组件的注水采气管，封孔组件包括位于钻孔套管内前后端的孔底封孔组件、孔口封孔组件；本发明还提供一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔方法，包括以下步骤：步骤A、钻孔施工形成注水孔，采用上述的瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置安装在注水孔内；步骤B、通过注浆管进行带压注浆，当回浆管有浆液溢出时停止注浆，完成封孔；步骤C、将注水采气管与瓦斯抽采系统连接后进行瓦斯抽采，然后进行带压煤层注水，具有稳固性好、密封性能好、安装灵活、互利共赢等优点。

Description

瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置及方法
技术领域
本发明涉及煤层钻孔封孔技术领域，具体涉及一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置及方法。
背景技术
为消除煤与瓦斯突出灾害危险，需对突出煤层进行瓦斯抽采，在我国很大一部分瓦斯的开采是通过井下小孔径钻孔的抽采来实现，由于我国大部分矿区煤体松软，渗透率较低，导致抽采效果不甚理想，而煤层注水技术作为传统技术手段，通过向煤体中注入高压水以促进煤体裂隙的发育，可以显著提高煤层渗透率和瓦斯抽采率。
在实际生产过程中，无论是瓦斯抽采还是煤层注水，都需要向煤体内部施工钻孔，然而，瓦斯抽采钻孔由于其面临的压力较低，所以进行封孔时常常采用短距离注浆封孔即可，不需要耐受高压，与之相反的是，煤层注水在进行作业时，往往需要采用几兆帕甚至是几十兆帕的压力进行注水，以实现低渗煤层的强渗增透，因此由于面临工况条件的不同，导致针对两种技术需要施工不同的钻孔以完成作业。
发明内容
本发明旨在提供一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置及方法，满足煤层注水需求的同时方便瓦斯抽采，解决因煤层注水和瓦斯抽采面临工况条件的不同，导致需要施工不同的钻孔以完成作业的问题。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置，包括紧贴注水孔内壁的钻孔套管、封孔组件和穿过封孔组件的注水采气管，所述封孔组件包括位于钻孔套管内前后端的孔底封孔组件、孔口封孔组件，所述钻孔套管的前端呈渐缩状态并能卡紧孔底封孔组件避免其从套管内脱出；所述孔底封孔组件包括吸水膨胀橡胶圆台和位于吸水膨胀橡胶圆台前端的固定装置，所述固定装置包括内侧端连接有弹簧的不锈钢钢柱，当固定装置穿过钻孔套管后，不锈钢钢柱的外侧尖头端横向弹出并插入煤层进行固定；所述孔口封孔组件包括安装有注浆管、回浆管的吸水膨胀橡胶圆柱，注浆管的出浆口靠近吸水膨胀橡胶圆柱，回浆管的回浆口靠近吸水膨胀橡胶圆台，注水采气管穿过吸水膨胀橡胶圆柱、吸水膨胀橡胶圆台的中心对应通孔后深入注水孔内能进行注水或抽采瓦斯。
作为上述方案的优选，所述钻孔套管采用PVC管，PVC管自重轻、耐腐蚀、耐压强度高、造价成本低。
进一步优选为，所述不锈钢钢柱周向设置在吸水膨胀橡胶圆台前端，弹簧位于吸水膨胀橡胶圆台内，不锈钢柱远离弹簧的一端呈削尖状，方便插入煤层内壁。
进一步优选为，当注水孔为穿过了在初始打孔位置的煤层并到达了其它煤层的钻孔时，所述钻孔套管长度大于初始打孔位置的煤层长度；当注水孔为顺着煤层的走向或者倾向方向而打的钻孔时，所述钻孔套管长度大于钻孔长度的一半，保证煤层注水效果好，满足密封性能要求。
本发明还提供一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔方法，包括以下步骤：
步骤A、钻孔施工形成注水孔，采用上述的瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置安装在注水孔内，先根据注水孔的钻孔类型选择并安装合适的钻孔套管，然后将注水采气管穿过吸水膨胀橡胶圆台后安装进钻孔套管的前端，吸水膨胀橡胶圆台与钻孔套管渐缩段内壁契合卡紧，固定装置的不锈钢钢柱穿过钻孔套管后弹出并插入煤层固定，然后将安装好注浆管、回浆管的吸水膨胀橡胶圆柱穿过注水采气管并安装在钻孔套管的后端；
步骤B、通过注浆管进行带压注浆，当回浆管有浆液溢出时停止注浆，完成封孔；
步骤C、将注水采气管与瓦斯抽采系统连接后进行瓦斯抽采，待抽采压力降低至设定压力后，注水采气管与井下注水管路连接，然后进行带压煤层注水，由于吸水膨胀橡胶圆台、吸水膨胀橡胶圆柱膨胀效应以及固定装置的固定作用，满足密封性，实现注水保压，从而进一步驱替煤层瓦斯，产生二次解吸效应，提高瓦斯抽采压力。
作为上述方案的优选，所述步骤B中，注浆采用水泥浆，调试方便，造价成本低，密封性能好，满足封孔需求。
本发明的有益效果：
(1)钻孔套管的前端呈渐缩状态并能卡紧孔底封孔组件避免其从套管内脱出，孔底封孔组件包括吸水膨胀橡胶圆台和位于吸水膨胀橡胶圆台前端的固定装置，吸水膨胀橡胶圆台与钻孔套管的渐缩段内壁契合卡紧进行第一次固定的同时也满足密封要求，固定装置的不锈钢钢柱插入煤层进行第二次固定，通过两次固定充分保障煤层钻孔封孔装置的安装稳定性，第一次固定避免因注浆时，钻孔套管内外压力不同导致吸水膨胀橡胶圆台被压力推至钻孔套管端口从而脱出的情况发生，第二次固定避免因注水时，钻孔套管内外压力不同导致吸水膨胀橡胶圆台被压力推回钻孔套管内部，从而导致钻孔套管内壁与吸水膨胀橡胶圆台出现缝隙影响密封效果的情况发生。
(2)固定装置包括内侧端连接有弹簧的不锈钢钢柱，巧妙采用弹簧使不锈钢钢柱在钻孔套管内部时有自身容纳空间，当位于钻孔套管外部时能自动弹出。
(3)孔口封孔组件包括安装有注浆管、回浆管的吸水膨胀橡胶圆柱，注浆管的出浆口靠近吸水膨胀橡胶圆柱，能使浆液根据高低差从孔口开始慢慢灌至孔底，结合实际运用场所，有效减少注浆时间；回浆管的回浆口靠近吸水膨胀橡胶圆台，根据浆液溢出情况可以保证浆液到达孔底，避免内部注浆不满导致封孔效果差、密封性差、稳固性差的情况。
(4)采用注水采气管穿过封孔组件对注水孔内部进行注水或者瓦斯抽采，满足注水耐受高压需求的同时满足瓦斯抽采的密封性能要求，一孔多用，适用范围广，而且进行煤层注水后，由于吸水膨胀橡胶膨胀效应以及固定装置的固定作用，可以实现注水保压，从而进一步驱替瓦斯，产生二次解吸效应，提高瓦斯抽采压力，使煤层注水与瓦斯抽采施作后相互为对方提供所需环境，互利共赢。
综上所述，具有稳固性好、密封性能好、安装灵活、互利共赢等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为孔底封孔组件的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1—图2所示，一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置，由紧贴注水孔5内壁的钻孔套管1、封孔组件和穿过封孔组件的注水采气管4组成。
封孔组件由位于钻孔套管1内前后端的孔底封孔组件2、孔口封孔组件3组成。
钻孔套管1的前端呈渐缩状态并能卡紧孔底封孔组件2避免其从套管内脱出，钻孔套管1采用PVC管。
孔底封孔组件2由吸水膨胀橡胶圆台21和位于吸水膨胀橡胶圆台21前端的固定装置22组成。
固定装置22包括内侧端连接有弹簧的不锈钢钢柱，当固定装置22穿过钻孔套管1后，不锈钢钢柱的外侧尖头端横向弹出并插入煤层进行固定。
孔口封孔组件3由安装有注浆管32、回浆管33的吸水膨胀橡胶圆柱31，注浆管32的出浆口靠近吸水膨胀橡胶圆柱31组成。
回浆管33的回浆口靠近吸水膨胀橡胶圆台21。
注水采气管4穿过吸水膨胀橡胶圆柱31、吸水膨胀橡胶圆台21的中心对应通孔后深入注水孔内能进行注水或抽采瓦斯。
不锈钢钢柱周向设置在吸水膨胀橡胶圆台21前端，弹簧位于吸水膨胀橡胶圆台21内，不锈钢柱远离弹簧的一端呈削尖状。
当注水孔5为穿过了在初始打孔位置的煤层并到达了其它煤层的钻孔时，钻孔套管1长度大于初始打孔位置的煤层长度。
当注水孔5为顺着煤层的走向或者倾向方向而打的钻孔时，钻孔套管1长度大于钻孔长度的一半。
一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔方法，具体实施步骤如下：
步骤A、钻孔施工形成注水孔，采用上述的瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置安装在注水孔内，先根据注水孔5的钻孔类型选择并安装合适的钻孔套管1，然后将注水采气管4穿过吸水膨胀橡胶圆台21后安装进钻孔套管1的前端，吸水膨胀橡胶圆台21与钻孔套管1渐缩段内壁契合卡紧，固定装置22的不锈钢钢柱穿过钻孔套管1后弹出并插入煤层固定，然后将安装好注浆管32、回浆管33的吸水膨胀橡胶圆柱31穿过注水采气管4并安装在钻孔套管1的后端。
步骤B、通过注浆管32进行带压注浆，当回浆管33有浆液溢出时停止注浆，完成封孔。
步骤C、将注水采气管4与瓦斯抽采系统连接后进行瓦斯抽采，待抽采压力降低至设定压力后，注水采气管4与井下注水管路连接，然后进行带压煤层注水，由于吸水膨胀橡胶圆台21、吸水膨胀橡胶圆柱31膨胀效应以及固定装置22的固定作用，满足密封性，实现注水保压，从而进一步驱替煤层瓦斯，产生二次解吸效应，提高瓦斯抽采压力。
步骤B中，注浆采用水泥浆。
需循环连接瓦斯抽采管路及煤层注水管理，可以满足煤层钻孔、瓦斯抽采及煤层注水一孔多用效果。

Claims (6)

1.一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置，其特征在于：包括紧贴注水孔(5)内壁的钻孔套管(1)、封孔组件和穿过封孔组件的注水采气管(4)，所述封孔组件包括位于钻孔套管(1)内前后端的孔底封孔组件(2)、孔口封孔组件(3)，所述钻孔套管(1)的前端呈渐缩状态并能卡紧孔底封孔组件(2)避免其从套管内脱出；所述孔底封孔组件(2)包括吸水膨胀橡胶圆台(21)和位于吸水膨胀橡胶圆台(21)前端的固定装置(22)，所述固定装置(22)包括内侧端连接有弹簧的不锈钢钢柱，当固定装置(22)穿过钻孔套管(1)后，不锈钢钢柱的外侧尖头端横向弹出并插入煤层进行固定；所述孔口封孔组件(3)包括安装有注浆管(32)、回浆管(33)的吸水膨胀橡胶圆柱(31)，注浆管(32)的出浆口靠近吸水膨胀橡胶圆柱(31)，回浆管(33)的回浆口靠近吸水膨胀橡胶圆台(21)，注水采气管(4)穿过吸水膨胀橡胶圆柱(31)、吸水膨胀橡胶圆台(21)的中心对应通孔后深入注水孔内能进行注水或抽采瓦斯。
2.根据权利要求1所述的瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置，其特征在于：所述钻孔套管(1)采用PVC管。
3.根据权利要求1所述的瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置，其特征在于：所述不锈钢钢柱周向设置在吸水膨胀橡胶圆台(21)前端，弹簧位于吸水膨胀橡胶圆台(21)内。
4.根据权利要求1所述的瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置，其特征在于：当注水孔(5)为穿过了在初始打孔位置的煤层并到达了其它煤层的钻孔时，所述钻孔套管(1)长度大于初始打孔位置的煤层长度；当注水孔(5)为顺着煤层的走向或者倾向方向而打的钻孔时，所述钻孔套管(1)长度大于钻孔长度的一半。
5.一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、钻孔施工形成注水孔，将权利要求1—4中任一项所述的瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置安装在注水孔内，先根据注水孔(5)的钻孔类型选择并安装合适的钻孔套管(1)，然后将注水采气管(4)穿过吸水膨胀橡胶圆台(21)后安装进钻孔套管(1)的前端，吸水膨胀橡胶圆台(21)与钻孔套管(1)渐缩段内壁契合卡紧，固定装置(22)的不锈钢钢柱穿过钻孔套管(1)后弹出并插入煤层固定，然后将安装好注浆管(32)、回浆管(33)的吸水膨胀橡胶圆柱(31)穿过注水采气管(4)并安装在钻孔套管(1)的后端；
步骤B、通过注浆管(32)进行带压注浆，当回浆管(33)有浆液溢出时停止注浆，完成封孔；
步骤C、将注水采气管(4)与瓦斯抽采系统连接后进行瓦斯抽采，待抽采压力降低至设定压力后，注水采气管(4)与井下注水管路连接，然后进行带压煤层注水，由于吸水膨胀橡胶圆台(21)、吸水膨胀橡胶圆柱(31)膨胀效应以及固定装置(22)的固定作用，满足密封性，实现注水保压，从而进一步驱替煤层瓦斯，产生二次解吸效应，提高瓦斯抽采压力。
6.根据权利要求5所述的瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔方法，其特征在于：所述步骤B中，注浆采用水泥浆。
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