CN117189037A - 多层可溶性高强度筛管护孔装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多层可溶性高强度筛管护孔装置，包括多层可溶性高强度筛管、连续下筛管滚轮、三角支架、前端圆头和封孔管，其中多层可溶性高强度筛管由三层结构构成，由内到外依次为筛管骨架层、筛网过滤层、水溶性保护层，最内层作为骨架，承担外部压力，防止管路被压扁，中间层静态阻挡煤泥进入筛管内部，最外层使用可溶材料制成，动态阻挡煤渣进入筛管内部，并在水或者瓦斯的作用下能够自动溶解，漏出筛网，使得瓦斯顺利通过筛管从钻孔中抽出，以及公开了多层可溶性高强度筛管护孔方法，有效解决了钻孔稳定性差、孔内煤泥堆积严重的瓦斯抽采钻孔下筛管工艺困难的问题，保证了筛管结构的稳定性和通道的畅通性，提高瓦斯抽采效果。

Description

多层可溶性高强度筛管护孔装置及方法

技术领域

本发明属于瓦斯治理技术领域，特别提供了多层可溶性高强度筛管护孔装置及方法。

背景技术

随着国家对环境保护和绿色能源的日益重视，煤矿瓦斯设备投入大幅提高，煤层瓦斯抽采率也越来越高。煤层瓦斯的抽采的表现形式主要有两种，一种是地面瓦斯钻孔抽采方式、一种是井下瓦斯抽采方式。对于煤层赋存稳定、煤体较为完整、煤层硬度大的区域可以采用裸孔抽采，但是对于煤层赋存不稳定、煤体结构破碎、煤层硬度小的区域，钻孔稳定性差，钻孔很难保存完好，孔内塌孔事故频发，孔内煤渣煤泥堆积严重，给瓦斯排采、抽采造成了极大的困难。

为解决钻孔塌孔问题，一般采用在钻孔内下入筛管的办法，筛管一般采用PVC材料，筛管的支撑，在一定程度上缓解了钻孔塌孔的问题，保证了钻孔抽采的稳定性和持续性，但在下入筛管的过程中，存在一些难题：

1、钻孔内已经发生塌孔时，难以下入筛管；

2、孔内煤渣煤泥堆积严重，下入筛管时，煤渣煤泥从筛孔进入筛管内部，易造成筛管堵塞；

3、在地层压力作用下，筛管抗压强度较低，导致筛管被竖向地应力压扁，阻断了钻孔抽采通道。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了多层可溶性高强度筛管护孔装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：多层可溶性高强度筛管护孔装置，设置于钻孔内，包括多层可溶性高强度筛管、连续下筛管滚轮、三角支架、前端圆头和封孔管，所述连续下筛管滚轮装配于三角支架上，所述多层可溶性高强度筛管缠绕于连续下筛管滚轮上，所述封孔管位于钻孔的后端，且多层可溶性高强度筛管贯穿封孔管。

所述多层可溶性高强度筛管包括筛管骨架层、筛网过滤层和水溶性保护层，所述筛网过滤层包裹于筛管骨架层的外壁，所述水溶性保护层包裹于筛网过滤层的外壁，所述筛管骨架层的表面开设有筛孔。

所述多层可溶性高强度筛管包括双层筛管和三层筛管，且三层筛管位于双层筛管的前端，所述前端圆头装配于三段筛管的前端，所述双层筛管由筛管骨架层和筛网过滤层组成，所述三层筛管由筛管骨架层、筛网过滤层和水溶性保护层组成。

进一步地，所述筛管骨架层采用玻璃钢环状材质制成，且筛管骨架层设置有多段，每段所述筛管骨架层的长度为20～50mm，所述筛管骨架层的内径大于40mm。

进一步地，所述筛网过滤层为PE塑料材质制成的网状结构，所述筛网过滤层的内径与筛管骨架层的外径相同，所述筛网过滤层的网眼直径为1～3mm。

进一步地，所述水溶性保护层采用聚乙烯醇塑料材料制成，所述水溶性保护层的内径与筛网过滤层的外径相同。

进一步地，所述连续下筛管滚轮的直径小于2m，且连续下筛管滚轮的外端装配有电机。

进一步地，所述三角支架采用工字钢制成。

进一步地，所述双层筛管占多层可溶性高强度筛管长度的三分之二，且三层筛管占多层可溶性高强度筛管长度的三分之一。

进一步地，所述前端圆头采用玻璃钢材料制成。

进一步地，所述封孔管采用PVC材质制成，所述封孔管的长度为12～20m，所述封孔管的外壁装配有封孔囊袋。

多层可溶性高强度筛管护孔方法，利用上述的多层可溶性高强度筛管护孔装置，具体包括以下步骤：

步骤一，在煤壁上使用钻机、钻杆和钻头施工瓦斯抽采钻孔，得到钻孔；

步骤二，撤出钻机、钻杆和钻头，然后将前端圆头、三层筛管、双层筛管、封孔管依次连接，使用连续下筛管滚轮将多层可溶性高强度筛管送入钻孔；

步骤三，送入多层可溶性高强度筛管的同时，将矿井压风管路连接封孔管，风流通过封孔管送入多层可溶性高强度筛管和前端圆头；

步骤四，当多层可溶性高强度筛管全部送入钻孔到指定位置后，在封孔管处进行封孔作业；

步骤五，封孔完成后，将封孔管与抽采管路相连，开始连抽；

连抽过程中，双层筛管与钻孔联通，瓦斯气体主要从双层筛管进入抽采系统，三层筛管在瓦斯气体及水的作用下，最外层的水溶性保护层开始溶解，24h后，水溶性保护层彻底溶解，多层可溶性高强度筛管整段全部变为双层结构，瓦斯气体通道畅通。

使用本发明的有益效果是：

本发明提出的多层可溶性高强度筛管护孔装置，最内层作为骨架，承担外部压力，防止管路被压扁，中间层静态阻挡煤泥进入筛管内部，最外层使用可溶材料制成，动态阻挡煤渣进入筛管内部，筛管送入钻孔后，在水或者瓦斯的作用下，外侧可溶性胶管自动溶解，漏出筛网，使得瓦斯顺利通过筛管从钻孔中抽出。

有效解决了钻孔稳定性差、孔内煤泥堆积严重的瓦斯抽采钻孔下筛管工艺困难的问题，保证了筛管结构的稳定性和通道的畅通性，提高瓦斯抽采效果。

附图说明

图1为本发明多层可溶性高强度筛管的作业示意图。

图2为本发明多层可溶性高强度筛管的结构示意图。

图3为本发明多层可溶性高强度筛管的截面示意图。

图4为本发明连续下筛管滚轮的结构示意图。

图5为本发明风力排渣清理钻孔作业示意图。

附图标记包括：1、多层可溶性高强度筛管，1-1、筛管骨架层，1-2筛网过滤层，1-3水溶性保护层，1-4、筛孔，2、连续下筛管滚轮，3、三角支架，4、双层筛管，5、三层筛管，6、前端圆头，7、钻杆，8、钻头，9、钻机，10、封孔段，11、封孔管，12、钻孔，13、塌孔，14、煤渣煤泥，15、钻孔孔底。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1至图5，多层可溶性高强度筛管护孔装置，设置于钻孔12内，包括多层可溶性高强度筛管1、连续下筛管滚轮2、三角支架3、前端圆头6和封孔管11，连续下筛管滚轮2装配于三角支架3上，多层可溶性高强度筛管1缠绕于连续下筛管滚轮2上，封孔管11位于钻孔12的后端，且多层可溶性高强度筛管1贯穿封孔管11。

多层可溶性高强度筛管1包括筛管骨架层1-1、筛网过滤层1-2和水溶性保护层1-3，筛网过滤层1-2包裹于筛管骨架层1-1的外壁，水溶性保护层1-3包裹于筛网过滤层1-2的外壁，筛管骨架层1-1的表面开设有筛孔。

筛管骨架层1-1用于对筛网过滤层1-2进行支撑，防止多层可溶性高强度筛管1被破碎煤层的垂向矿压或者散落的煤块挤压造成变形，保证多层可溶性高强度筛管1在骨架结构上的完整稳定。

筛网过滤层1-2包裹在筛管骨架层1-1的外壁，能够保证多层可溶性高强度筛管1的整体连续性，筛网过滤层1-2静态环境下阻止煤渣煤泥14进入多层可溶性高强度筛管1内部。

水溶性保护层1-3为无孔的实体结构，在多层可溶性高强度筛管1进入到钻孔12内的过程中动态阻挡煤渣煤泥14进入到多层可溶性高强度筛管1内，保持多层可溶性高强度筛管1内部的通道畅通。

水溶性保护层1-3在水的作用下最终会自动溶解，并将其内部的筛管骨架层1-1和筛网过滤层1-2露出，进而使瓦斯能够顺利通过多层可溶性高强度筛管1从钻孔12中排采或抽采出来。

多层可溶性高强度筛管1包括双层筛管4和三层筛管5，且三层筛管5位于双层筛管4的前端，前端圆头6装配于三段筛管5的前端，双层筛管4由筛管骨架层1-1和筛网过滤层1-2组成，三层筛管5由筛管骨架层1-1、筛网过滤层1-2和水溶性保护层1-3组成。

具体而言，筛管骨架层1-1采用玻璃钢环状材质制成，且筛管骨架层1-1设置有多段，每段筛管骨架层1-1的长度为20mm，筛管骨架层1-1的内径为40mm，且壁厚为10mm。

筛管骨架层1-1的材质和环状结构，令其能够作为骨架承担10MPa以上的外部压力。

多段筛管骨架层1-1的结构设计，令其能够相对自由的弯曲，以适应钻孔12的倾斜和在连续下筛管滚轮2上的盘管工作。

具体而言，筛网过滤层1-2为PE塑料材质制成的网状结构，筛网过滤层1-2的内径与筛管骨架层1-1的外径相同，且壁厚为2mm，筛网过滤层1-2的网眼直径为1mm。

筛网过滤层1-2不要求抗压强度，抗拉强度需要大于1MPa。

具体而言，水溶性保护层1-3采用聚乙烯醇塑料材料制成，水溶性保护层1-3的内径与筛网过滤层1-2的外径相同，且壁厚为2mm。

水溶性保护层1-3的材质令其送入钻孔12内后，聚乙烯醇塑料遇水会开始溶解，2小时候水溶性保护层1-3的结构开始破坏，置于水中48小时候可以完全溶解，溶解后分解为二氧化碳和水。

具体而言，连续下筛管滚轮2的直径为2m，且连续下筛管滚轮2的外端装配有电机。

电机驱动连续下筛管滚轮2滚动，进而实现将多层可溶性高强度筛管1连续下入钻孔12。

具体而言，三角支架3采用工字钢制成，用于支撑连续下筛管滚轮2。

具体而言，双层筛管4占多层可溶性高强度筛管1长度的三分之二，且三层筛管5占多层可溶性高强度筛管1长度的三分之一。

双层筛管4位于钻孔12的后端部位，行程较短，煤渣煤泥14进入多层可溶性高强度筛管1内的概率较小，为节约材料，并在封孔前期保持瓦斯抽采效果，因此采用双层设计。

三层筛管5位于钻孔12的前端位置，进入钻孔12后的行程较长，煤渣煤泥14进入多层可溶性高强度筛管1内的概率较大，因此采用三层设计最大限度的防止煤渣煤泥14进入多层可溶性高强度筛管1。

具体而言，前端圆头6采用玻璃钢材料制成，且壁厚为10mm。

前端圆头6位于多层可溶性高强度筛管1的最前端，用于推开煤渣煤泥14，开括通道，使多层可溶性高强度筛管1能够顺利的进入钻孔12。

具体而言，封孔管11采用PVC材质制成，封孔管11的长度为20m，且壁厚为10mm，封孔管11的外壁装配有封孔囊袋.

封孔管11通过封孔囊袋对钻孔进行封孔作业，其中封孔管11位于钻孔12的后端，且封孔段10位于封孔管11的长度范围内，采用封孔囊袋封堵、水泥注浆的“两堵一注”封孔方式，封孔段10长度在12m以上。

实施例二

多层可溶性高强度筛管护孔方法，利用实施例一多层可溶性高强度筛管护孔装置，具体包括以下步骤：

步骤一，在煤壁上使用钻机9、钻杆7和钻头8施工瓦斯抽采钻孔，得到钻孔12；

施工过程中发现煤体破碎、煤粉排出量大、存在塌孔现象时，在钻孔作业结束后，使用矿井压风将钻孔12内的煤渣煤泥14反复清理干净；

步骤二，撤出钻机9、钻杆7和钻头8，然后将前端圆头6、三层筛管5、双层筛管4、封孔管11依次连接，使用连续下筛管滚轮2将多层可溶性高强度筛管1送入钻孔12。

多层可溶性高强度筛管1送入钻孔12内，需要令前端圆头6处于接近钻孔孔底15；

步骤三，送入多层可溶性高强度筛管1的同时，将矿井压风管路连接封孔管，11，风流通过封孔管11送入多层可溶性高强度筛管1和前端圆头6；

利用矿井压风的风流可以增加当多层可溶性高强度筛管1向前行进的动力，且能够阻断煤渣煤泥14进入当多层可溶性高强度筛管1内部；

步骤四，当多层可溶性高强度筛管1全部送入钻孔12到指定位置后，在封孔管11处进行封孔作业。

进行封孔作业时，向封孔囊袋内注浆，封孔囊袋与孔壁紧密贴合并压力上升，当压力上升至爆破阀临界压力后，爆破阀爆裂后，继续注浆，直至完成封孔作业；

步骤五，封孔完成后，将封孔管11与抽采管路相连，开始连抽；

连抽过程中，双层筛管4与钻孔12联通，瓦斯气体主要从双层筛管4进入抽采系统，三层筛管5在瓦斯气体及水的作用下，最外层的水溶性保护层1-3开始溶解，24h后，水溶性保护层1-3彻底溶解，多层可溶性高强度筛管1整段全部变为双层结构，瓦斯气体通道畅通；

钻孔12在抽采负压作用下会产生煤渣煤泥14并不断脱落，筛网过滤层1-2能够有效阻挡粒径大于1mm的煤渣煤泥14；

钻孔12在巷道应力作用下，钻孔12会不断变形，形成新的塌孔13，塌孔13的煤块作用在多层可溶性高强度筛管1上，筛管骨架层1-1能够承受10MPa的外部压力，保证多层可溶性高强度筛管1结构的稳定及通道的畅通。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.多层可溶性高强度筛管护孔装置，设置于钻孔(12)内，其特征在于：包括多层可溶性高强度筛管(1)、连续下筛管滚轮(2)、三角支架(3)、前端圆头(6)和封孔管(11)，所述连续下筛管滚轮(2)装配于三角支架(3)上，所述多层可溶性高强度筛管(1)缠绕于连续下筛管滚轮(2)上，所述封孔管(11)位于钻孔(12)的后端，且多层可溶性高强度筛管(1)贯穿封孔管(11)；

所述多层可溶性高强度筛管(1)包括筛管骨架层(1-1)、筛网过滤层(1-2)和水溶性保护层(1-3)，所述筛网过滤层(1-2)包裹于筛管骨架层(1-1)的外壁，所述水溶性保护层(1-3)包裹于筛网过滤层(1-2)的外壁，所述筛管骨架层(1-1)的表面开设有筛孔；

所述多层可溶性高强度筛管(1)包括双层筛管(4)和三层筛管(5)，且三层筛管(5)位于双层筛管(4)的前端，所述前端圆头(6)装配于三段筛管(5)的前端，所述双层筛管(4)由筛管骨架层(1-1)和筛网过滤层(1-2)组成，所述三层筛管(5)由筛管骨架层(1-1)、筛网过滤层(1-2)和水溶性保护层(1-3)组成。

2.根据权利要求1中所述的多层可溶性高强度筛管护孔装置，其特征在于：所述筛管骨架层(1-1)采用玻璃钢环状材质制成，且筛管骨架层(1-1)设置有多段，每段所述筛管骨架层(1-1)的长度为20～50mm，所述筛管骨架层(1-1)的内径大于40mm。

3.根据权利要求1中所述的多层可溶性高强度筛管护孔装置，其特征在于：所述筛网过滤层(1-2)为PE塑料材质制成的网状结构，所述筛网过滤层(1-2)的内径与筛管骨架层(1-1)的外径相同，所述筛网过滤层(1-2)的网眼直径为1～3mm。

4.根据权利要求1中所述的多层可溶性高强度筛管护孔装置，其特征在于：所述水溶性保护层(1-3)采用聚乙烯醇塑料材料制成，所述水溶性保护层(1-3)的内径与筛网过滤层(1-2)的外径相同。

5.根据权利要求1中所述的多层可溶性高强度筛管护孔装置，其特征在于：所述连续下筛管滚轮(2)的直径小于2m，且连续下筛管滚轮(2)的外端装配有电机。

6.根据权利要求1中所述的多层可溶性高强度筛管护孔装置，其特征在于：所述三角支架(3)采用工字钢制成。

7.根据权利要求1中所述的多层可溶性高强度筛管护孔装置，其特征在于：所述双层筛管(4)占多层可溶性高强度筛管(1)长度的三分之二，且三层筛管(5)占多层可溶性高强度筛管(1)长度的三分之一。

8.根据权利要求1中所述的多层可溶性高强度筛管护孔装置，其特征在于：所述前端圆头(6)采用玻璃钢材料制成。

9.根据权利要求1中所述的多层可溶性高强度筛管护孔装置，其特征在于：所述封孔管(11)采用PVC材质制成，所述封孔管(11)的长度为8～20m，所述封孔管(11)的外壁装配有封孔囊袋。

10.多层可溶性高强度筛管护孔方法，利用如权利要求1至9任一所述的多层可溶性高强度筛管护孔装置，具体包括以下步骤：

步骤一，在煤壁上使用钻机(9)、钻杆(7)和钻头(8)施工瓦斯抽采钻孔，得到钻孔(12)；

步骤二，撤出钻机(9)、钻杆(7)和钻头(8)，然后将前端圆头(6)、三层筛管(5)、双层筛管(4)、封孔管(11)依次连接，使用连续下筛管滚轮(2)将多层可溶性高强度筛管(1)送入钻孔(12)；

步骤三，送入多层可溶性高强度筛管(1)的同时，将矿井压风管路连接封孔管(11)，风流通过封孔管(11)送入多层可溶性高强度筛管(1)和前端圆头(6)；

步骤四，当多层可溶性高强度筛管(1)全部送入钻孔(12)到指定位置后，在封孔管(11)处进行封孔作业；

步骤五，封孔完成后，将封孔管(11)与抽采管路相连，开始连抽；

连抽过程中，双层筛管(4)与钻孔(12)联通，瓦斯气体主要从双层筛管(4)进入抽采系统，三层筛管(5)在瓦斯气体及水的作用下，最外层的水溶性保护层(1-3)开始溶解，24h后，水溶性保护层(1-3)彻底溶解，多层可溶性高强度筛管(1)整段全部变为双层结构，瓦斯气体通道畅通。