CN117418819B - 一种抽采钻孔封孔工艺方法及配套使用的切缝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抽采钻孔封孔工艺方法及配套使用的切缝装置，属于煤体瓦斯抽采技术领域，在巷道内沿煤体施工抽采钻孔，钻孔周边产生塑性区孔周裂缝、弹性区孔周裂缝；利用切缝装置，在抽采钻孔孔内的预封孔段，施工至少一组孔周环形切缝；将封孔器、抽采管安装入抽采钻孔预封孔段附近位置，向封孔器形成的封孔段内带压注入封孔材料；封孔材料分别充填入抽采钻孔、环形切缝，分别形成钻孔注入封孔材料体、环形切缝注入封孔材料体，并向周边煤体渗入，形成钻孔封孔材料孔周渗入区、环形切缝封孔材料渗入区；相较于现有的带压注浆渗入封孔技术工艺，裂缝导通路径阻断效果好、范围大，同时扩大了封孔材料渗入范围，且步骤简单、实施方便。
Description
技术领域
本发明属于煤体瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种抽采钻孔封孔工艺方法及配套使用的切缝装置。
背景技术
瓦斯气体是煤矿开采过程中的重要致灾隐患。目前，一般采用回采巷道施工煤层顺层孔的方式对工作面煤体赋存的瓦斯进行连续抽采，达到增透消突效果。
抽采钻孔施工后，需要对钻孔进行封孔作业，由于受巷道开挖、钻孔施工以及地应力分布的影响，钻孔周围产生较多裂缝，同时煤体自身存在一些微小裂隙，常规封孔注浆虽然对钻孔的封孔段进行了密封，然而抽采过程中，在孔内负压作用下，巷道内空气常沿着孔周裂缝流入钻孔内，导致抽采漏风、瓦斯抽不出、抽采浓度低以及资源浪费等问题。
针对该问题，从以往的聚氨酯封孔，水泥砂浆单堵头封孔方式，到现阶段的“两堵一注”带压注浆封孔。目前两堵一注较为常用，基于“两堵一注”工艺及原理，提出了多种新型的封孔材料和设备方式，两堵一注工艺通过带压注浆封孔方式，使得封孔材料较为充分的渗入至钻孔周围裂缝之中，从而减少漏风问题，然而由于受渗入的均匀性以及钻孔孔周裂缝圈范围与裂缝形态影响，渗入的封孔材料难以完全将各裂缝充填，故而在抽采过程中仍经常出现较为严重的漏风与抽采浓度低的问题。
基于此，急需提出一种步骤简单、便于实施的抽采钻孔封孔工艺方法，来有效阻断钻孔孔内与巷道空气之间的裂缝通道，以减少钻孔漏风、抽采浓度低等问题。
发明内容
本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种抽采钻孔封孔工艺方法及切缝装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种抽采钻孔封孔工艺方法，包括如下步骤；
步骤一：在巷道内沿煤体施工抽采钻孔，钻孔周边产生塑性区孔周裂缝、弹性区孔周裂缝；
步骤二：利用切缝装置，在抽采钻孔孔内的预封孔段，施工至少一组孔周环形切缝，环形切缝周边形成环形切缝周边裂隙；
步骤三：将现有技术中的封孔器、抽采管安装入抽采钻孔预封孔段附近位置，按照现有技术中的操作步骤，向封孔器形成的封孔段内带压注入封孔材料；封孔材料分别充填入抽采钻孔、环形切缝，分别形成钻孔注入封孔材料体、环形切缝注入封孔材料体，并进一步向周边煤体渗入，进一步形成钻孔封孔材料孔周渗入区、环形切缝封孔材料渗入区；环形切缝注入封孔材料体、环形切缝封孔材料渗入区充分切断了沿钻孔分布的弹性区孔周裂缝富集圈或沿钻孔分布的塑性区孔周裂缝富集圈，使得环形切缝注入封孔材料体、环形切缝封孔材料渗入区轴向方向两侧的沿钻孔分布的孔周裂缝富集圈沿钻孔长度方向在此无法相互充分导通。
进一步地，在弹性区内施工至少一组孔周环形切缝。
进一步地，环形切缝的切缝深度超出弹性区孔周裂缝富集圈，环形切缝的宽度小于抽采钻孔内径。
进一步地，封孔器选用两堵一注装置，现有技术采用两堵一注抽采钻孔封孔技术。
为了实施所述的抽采钻孔封孔工艺方法，本发明提供了一种配套使用的切缝装置，利用切缝装置实施所述抽采钻孔封孔工艺方法的步骤二；此切缝装置包括第一高压水射流切刀、第一高压水射流切刀喷嘴、切刀供水接头、高压供水胶管、高压水泵；第一高压水射流切刀上设置有第一高压水射流切刀喷嘴、切刀供水接头，第一高压水射流切刀喷嘴与切刀供水接头相导通，切刀供水接头与高压供水胶管高压密封连通，高压供水胶管与高压水泵高压密封连通；通过高压水泵注入高压水至第一高压水射流切刀，由第一高压水射流切刀喷嘴产生高压水射流切割煤体。
进一步地，还包括辅助推送杆，辅助推送杆与第一高压水射流切刀外壁固定相接；通过旋转辅助推送杆带动高压射流状态下的第一高压水射流切刀旋转，从而在抽采钻孔孔周射流形成环形切缝。
进一步地，第一高压水射流切刀外壁开设有内凹窗口，第一高压水射流切刀喷嘴出水端位于内凹窗口内。
为了实施所述的抽采钻孔封孔工艺方法，本发明还提供了一种配套使用的切缝装置，利用切缝装置实施所述抽采钻孔封孔工艺方法的步骤二；此切缝装置包括第二高压水射流切刀、第二高压水射流切刀喷嘴、切刀内部导水通道、高压供水硬管、高压水辫、高压供水胶管、高压水泵；第二高压水射流切刀上设置有第二高压水射流切刀喷嘴、切刀内部导水通道，第二高压水射流切刀喷嘴与切刀内部导水通道相导通，第二高压水射流切刀与高压供水硬管固定相接，切刀内部导水通道与高压供水硬管高压密封导通，高压供水硬管另一端通过高压水辫与高压供水胶管高压密封相连通，高压供水胶管与高压水泵高压密封相连通；通过高压供水硬管将第二高压水射流切刀送入抽采钻孔指定位置，通过旋转高压供水硬管带动高压射流状态下的第二高压水射流切刀旋转，从而在抽采钻孔孔周射流形成环形切缝。
进一步地，第二高压水射流切刀外壁开设有内凹窗口，第二高压水射流切刀喷嘴出水端位于内凹窗口内。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：通过钻孔施工后，在孔内预封孔段施工环形切缝，在封孔注浆过程中，封孔材料将环形切缝充分填充的方式，充分切断了环形切缝轴向两侧的裂缝导通路径；相较于现有的带压注浆渗入封孔技术工艺，裂缝导通路径阻断效果好、范围大，同时扩大了封孔材料渗入范围，且步骤简单、实施方便。
附图说明
图1为本发明的一种抽采钻孔封孔工艺方法步骤一示意图；
图2为本发明的一种抽采钻孔封孔工艺方法步骤二示意图；
图3为图2中的D-D剖面图；
图4为本发明一种抽采钻孔封孔工艺方法步骤三示意图；
图5为图4中的A-A剖面图；
图6为图4中的C-C剖面图；
图7为本发明的切缝装置的实施例一结构示意图；
图8为图7的切缝装置中的第一高压水射流切刀的结构示意图之一；
图9为图7的切缝装置中的第一高压水射流切刀的结构示意图之二；
图10为本发明的切缝装置的实施例二结构示意图；
图11为图10的切缝装置中的第二高压水射流切刀的结构示意图之一；
图12为图10的切缝装置中的第二高压水射流切刀的结构示意图之二；
图中标记：1为抽采钻孔、101为塑性区孔周裂缝、102为弹性区孔周裂缝、103为钻孔注入封孔材料体、104为钻孔封孔材料孔周渗入区、105为弹性区孔周裂缝富集圈、2为环形切缝、201为环形切缝周边裂隙、202为环形切缝注入封孔材料体、203为环形切缝封孔材料渗入区、3为封孔器、4为抽采管、501为第一高压水射流切刀、502为第一高压水射流切刀喷嘴、503为切刀供水接头、504为高压供水胶管、505为高压水泵、506为辅助推送杆、601为第二高压水射流切刀、602为第二高压水射流切刀喷嘴、603为切刀内部导水通道、604为高压供水硬管、605为高压水辫、606为内凹窗口。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1至图6，本发明提供的一种抽采钻孔封孔工艺方法，包括如下步骤；
步骤一：在巷道内沿煤体施工抽采钻孔1；受巷道周边应力区以及钻孔周边应力区影响，钻孔周边将产生塑性区孔周裂缝101、弹性区孔周裂缝102。
步骤二：利用切缝装置，在抽采钻孔1孔内的预封孔段，施工至少一组孔周环形切缝2；环形切缝2周边将会形成环形切缝周边裂隙201，由于环形切缝2缝宽较小，对周围煤体应力的影响较小，故而形成的环形切缝周边裂隙201相较于弹性区孔周裂缝102较为微小。
封孔段长度一般根据现场情况进行设计，一般为钻孔孔口附近至孔深5-15m处不等。
步骤三：将现有技术中的封孔器3、抽采管4安装入抽采钻孔1预封孔段附近位置，按照现有技术中操作步骤向封孔器3形成的封孔段内带压注入封孔材料；封孔材料将充填入抽采钻孔1、环形切缝2，分别形成钻孔注入封孔材料体103、环形切缝注入封孔材料体202，并进一步向周边煤体渗入，进一步形成钻孔封孔材料孔周渗入区104、环形切缝封孔材料渗入区203；环形切缝注入封孔材料体202、环形切缝封孔材料渗入区203充分切断了沿钻孔分布的弹性区孔周裂缝富集圈105或沿钻孔分布的塑性区孔周裂缝富集圈，使得环形切缝注入封孔材料体202、环形切缝封孔材料渗入区203轴向方向两侧的沿钻孔分布的孔周裂缝富集圈沿钻孔长度方向在此无法相互充分导通，从而在抽采管4负压抽采钻孔封孔段以里的瓦斯等气体时，阻断现有封孔技术中沿孔周裂缝富集圈抽入的巷道内空气的流通路径，减少抽采过程中经常出现的漏气、瓦斯浓度低等问题。
作为优选，在弹性区内施工至少一组孔周环形切缝2。作为优选，环形切缝2的切缝深度超出弹性区孔周裂缝富集圈105，即环形切缝注入封孔材料体202切断沿钻孔长度方向分布的弹性区孔周裂缝富集圈105；环形切缝2的宽度远小于抽采钻孔1内径。
作为优选，封孔器3选用两堵一注装置，现有技术采用两堵一注抽采钻孔封孔技术。
参照图7至图9，为了实施所述的抽采钻孔封孔工艺方法，本发明提供了一种配套使用的切缝装置，利用切缝装置实施所述抽采钻孔封孔工艺方法的步骤二；此切缝装置包括：第一高压水射流切刀501、第一高压水射流切刀喷嘴502、切刀供水接头503、高压供水胶管504、高压水泵505；第一高压水射流切刀501上设置有第一高压水射流切刀喷嘴502、切刀供水接头503，第一高压水射流切刀喷嘴502与切刀供水接头503相导通，切刀供水接头503与高压供水胶管504高压密封连通，高压供水胶管504与高压水泵505高压密封连通；通过高压水泵505注入高压水至第一高压水射流切刀501，由第一高压水射流切刀喷嘴502产生高压水射流切割煤体。
作为优选，还包括辅助推送杆506；辅助推送杆506与第一高压水射流切刀501外壁固定相接，可将第一高压水射流切刀501送入抽采钻孔1指定位置，并可通过旋转辅助推送杆506带动高压射流状态下的第一高压水射流切刀501旋转，从而在抽采钻孔1孔周射流形成环形切缝2。
作为优选，第一高压水射流切刀501外壁开设有内凹窗口506，第一高压水射流切刀喷嘴502出水端位于内凹窗口606内，在第一高压水射流切刀501沿抽采钻孔1移动过程中，内凹窗口606可减少煤壁对第一高压水射流切刀喷嘴502的影响。
参照图10至图12，为了实施所述的抽采钻孔封孔工艺方法，本发明实施例还提供了一种配套使用的切缝装置，利用切缝装置实施所述抽采钻孔封孔工艺方法的步骤二；此切缝装置包括：第二高压水射流切刀601、第二高压水射流切刀喷嘴602、切刀内部导水通道603、高压供水硬管604、高压水辫605、高压供水胶管504、高压水泵505；第二高压水射流切刀601上设置有第二高压水射流切刀喷嘴602、切刀内部导水通道603，第二高压水射流切刀喷嘴602与切刀内部导水通道603相导通，第二高压水射流切刀601与高压供水硬管604固定相接，切刀内部导水通道603与高压供水硬管604高压密封导通，高压供水硬管604另一端通过高压水辫605与高压供水胶管504高压密封相连通，高压供水胶管504与高压水泵505高压密封相连通；通过高压水泵505注入高压水至第二高压水射流切刀601，由第二高压水射流切刀喷嘴602产生高压水射流切割煤体；通过高压供水硬管604将第二高压水射流切刀601送入抽采钻孔1指定位置，并可通过旋转高压供水硬管604带动高压射流状态下的第二高压水射流切刀601旋转，从而在抽采钻孔1孔周射流形成环形切缝2。
作为优选，第二高压水射流切刀601外壁开设有内凹窗口606，第二高压水射流切刀喷嘴602出水端位于内凹窗口606内，在第二高压水射流切刀601沿抽采钻孔1移动过程中，内凹窗口606可减少煤壁对第二高压水射流切刀喷嘴602的影响。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种抽采钻孔封孔工艺方法，其特征在于：包括如下步骤；
步骤一：在巷道内沿煤体施工抽采钻孔，钻孔周边产生塑性区孔周裂缝、弹性区孔周裂缝；
步骤二：利用切缝装置，在抽采钻孔孔内的预封孔段，施工至少一组孔周环形切缝，环形切缝周边形成环形切缝周边裂隙；
步骤三：将现有技术中的封孔器、抽采管安装入抽采钻孔预封孔段附近位置，按照现有技术中的操作步骤，向封孔器形成的封孔段内带压注入封孔材料；封孔材料分别充填入抽采钻孔、环形切缝，分别形成钻孔注入封孔材料体、环形切缝注入封孔材料体，并进一步向周边煤体渗入，进一步形成钻孔封孔材料孔周渗入区、环形切缝封孔材料渗入区；环形切缝注入封孔材料体、环形切缝封孔材料渗入区充分切断了沿钻孔分布的弹性区孔周裂缝富集圈或沿钻孔分布的塑性区孔周裂缝富集圈，使得环形切缝注入封孔材料体、环形切缝封孔材料渗入区轴向方向两侧的沿钻孔分布的孔周裂缝富集圈沿钻孔长度方向在此无法相互充分导通；环形切缝的切缝深度超出弹性区孔周裂缝富集圈，环形切缝的宽度小于抽采钻孔内径；在弹性区内施工至少一组孔周环形切缝；封孔器选用两堵一注装置，现有技术采用两堵一注抽采钻孔封孔技术；
所述步骤二中利用的切缝装置包括第一高压水射流切刀、第一高压水射流切刀喷嘴、切刀供水接头、高压供水胶管、高压水泵；第一高压水射流切刀上设置有第一高压水射流切刀喷嘴、切刀供水接头，第一高压水射流切刀喷嘴与切刀供水接头相导通，切刀供水接头与高压供水胶管高压密封连通，高压供水胶管与高压水泵高压密封连通；通过高压水泵注入高压水至第一高压水射流切刀，由第一高压水射流切刀喷嘴产生高压水射流切割煤体；第一高压水射流切刀外壁开设有内凹窗口，第一高压水射流切刀喷嘴出水端位于内凹窗口内；还包括辅助推送杆，辅助推送杆与第一高压水射流切刀外壁固定相接；通过旋转辅助推送杆带动高压射流状态下的第一高压水射流切刀旋转，从而在抽采钻孔孔周射流形成环形切缝；
或者所述的切缝装置包括第二高压水射流切刀、第二高压水射流切刀喷嘴、切刀内部导水通道、高压供水硬管、高压水辫、高压供水胶管、高压水泵；第二高压水射流切刀上设置有第二高压水射流切刀喷嘴、切刀内部导水通道，第二高压水射流切刀喷嘴与切刀内部导水通道相导通，第二高压水射流切刀与高压供水硬管固定相接，切刀内部导水通道与高压供水硬管高压密封导通，高压供水硬管另一端通过高压水辫与高压供水胶管高压密封相连通，高压供水胶管与高压水泵高压密封相连通；通过高压供水硬管将第二高压水射流切刀送入抽采钻孔指定位置，通过旋转高压供水硬管带动高压射流状态下的第二高压水射流切刀旋转，从而在抽采钻孔孔周射流形成环形切缝；第二高压水射流切刀外壁开设有内凹窗口，第二高压水射流切刀喷嘴出水端位于内凹窗口内。
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