CN220566118U - 浅卸深封瓦斯抽采结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种浅卸深封瓦斯抽采结构，包括一端位于巷道内的瓦斯抽采孔，瓦斯抽采孔内设有瓦斯抽采管，瓦斯抽采孔内由深向浅分别设有抽采段、封孔段和卸压段；瓦斯抽采孔内设有固相注浆管和液相注浆管。本实用新型中，卸压段的位置能够匹配高应力煤层巷道的周围初始应力集中区域在邻近巷道10米左右的应力状况，且卸压段与抽采段由封孔段间隔，卸压段围岩蠕变导致新发生的裂隙难以导通抽采段，使得卸压段不易导通抽采段，保证瓦斯抽采效果。卸压孔和抽采孔合二为一，因而成倍减少了钻孔施工数量，提高钻孔工序的施工效率，使钻孔工序不再容易成为瓦斯抽采中的瓶颈工序。

Description

浅卸深封瓦斯抽采结构

技术领域

本实用新型涉及煤矿技术领域，尤其涉及煤层瓦斯抽采技术。

背景技术

煤碳是我国重要的能源之一，占我国能源生产和消费总量的70%以上，而且也是是煤化工行业的基础原材料。煤碳开采中，瓦斯突出是需要避免的主要危险。煤层开采前预先抽采瓦斯，不仅可是瓦斯防突的重要手段，而且开采出来的瓦斯气体还能作为能源资源广泛使用，抽采瓦斯后减少了煤层开采中进入大气的瓦斯量，降低瓦斯对环境的污染。

瓦斯抽采首先需要钻取瓦斯抽采孔，在瓦斯抽采孔内设置瓦斯抽采管，封孔后抽取深部煤层瓦斯气体。在沿空巷道的工作面，受到埋深、采空区侧向支撑应力等因素影响，强矿压事件发生的风险较高。强矿压容易切断位于应力升高区域瓦斯抽采孔的封孔段，造成瓦斯抽采孔无法继续抽采而报废。因此需要施工卸压孔提前卸压。

卸压孔需要保证在高应力状态下给煤体变形提供空间，达到卸压的目的，因此卸压孔不能封孔，与环境空气相通。

现有技术中，瓦斯抽采孔与卸压孔往往交替排列，有时卸压孔的数量还会多于瓦斯抽采孔，卸压孔和瓦斯抽采孔分别施工，工程量大易成为瓶颈工序，影响矿井的正常生产计划；而且随着煤体变形、内部裂隙发育，卸压孔和瓦斯抽采孔的抽采段之间可能被新发育的煤层裂隙导通，形成漏气通道，导致抽采瓦斯时将混入大量环境空气，瓦斯抽采浓度过低，抽采效率大幅降低。

经发明人研究，形成卸压孔导通瓦斯抽采孔的抽采段的主要原因之一，是现有的卸压孔较长，与位于瓦斯抽采孔深部的抽采段相邻，因而深处裂隙发育后容易导通卸压孔和抽采孔。

发明人同时研究发现，高应力煤层巷道的周围初始应力集中区域在邻近巷道10米左右，而瓦斯抽采孔则深达距离巷道30米左右，瓦斯抽采段距离巷道深30米以上，所以设计了本实用新型中浅卸的技术方案，使得卸压孔既能完成卸压任务，又通过深度距离上的间隔（且间隔空间为封孔段，以往卸压孔能够到达抽采段的深度）不易导通瓦斯抽采孔的瓦斯抽采段。

为了减少钻孔数量、提高卸压孔和瓦斯抽采孔的整体施工效率，发明人设计了本实用新型中的浅卸深封、卸压孔和瓦斯抽采孔合二为一的技术方案，成倍减少了钻孔数量，大幅提高整体钻孔效率，避免钻孔成为矿井正常生产计划中的瓶颈工序。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种浅卸深封瓦斯抽采结构，将卸压孔和瓦斯抽采孔合二为一，并避免卸压段导通瓦斯抽采段。

为实现上述目的，本实用新型的浅卸深封瓦斯抽采结构包括一端位于巷道内的瓦斯抽采孔，瓦斯抽采孔内设有瓦斯抽采管，以瓦斯抽采孔位于巷道的一端为浅端且另一端为深端；

瓦斯抽采孔内由深向浅分别设有用于抽取煤层瓦斯的抽采段、封孔段和卸压段；封孔段的两端均围绕瓦斯抽采管设有囊袋，封孔段浅端的囊袋分隔卸压段与封孔段，封孔段深端的囊袋分隔封孔段与抽采段；抽采段的瓦斯抽采管上分布有多个用于抽瓦斯的透气孔；

瓦斯抽采孔内设有固相注浆管，固相注浆管与封孔段的各囊袋均通过单向阀相连通，固相注浆管与封孔段的内腔通过第一爆破阀相连通；卸压段的直径大于封孔段的直径；

瓦斯抽采管的浅端伸出瓦斯抽采孔并连接有瓦斯抽采装置，固相注浆管连接有固相注浆泵，固相注浆泵连接有盛装有搅拌好的固相注浆液的固相浆液容器。

卸压段与瓦斯抽采孔的浅端之间设有初始段，初始段的瓦斯抽采孔的直径与封孔段相同，初始段长5±0.5米，卸压段长15±1米，封孔段长11±1米；封孔段的瓦斯抽采孔直径20±1厘米，卸压段的瓦斯抽采孔直径30±1厘米，抽采段的瓦斯抽采孔直径12±1厘米。

将封孔段的各囊袋称为内囊袋，瓦斯抽采孔的浅端围绕瓦斯抽采管设有外囊袋。

封孔段的中部还设有一个内囊袋，三个内囊袋将封孔段由浅至深分隔为固相注浆段和液相注浆段；第一爆破阀位于固相注浆段；

瓦斯抽采孔中还设有液相注浆管，液相注浆管与瓦斯抽采孔的液相注浆段之间通过第二爆破阀相连通；液相注浆管的浅端伸出瓦斯抽采孔并连接有液相注浆泵，液相注浆泵连接有用于盛装液相注浆液的液相注浆容器。

本实用新型具有如下的优点：

本实用新型中，由深向浅分别设有用于抽采段、封孔段和卸压段，卸压段的位置能够匹配高应力煤层巷道的周围初始应力集中区域在邻近巷道10米左右的的应力状况，且卸压段与抽采段由封孔段间隔，卸压段围岩（煤）蠕变导致新发生的裂隙难以导通抽采段，使得卸压段不易导通抽采段，保证瓦斯抽采效果。由于卸压孔（卸压段）和抽采孔合二为一，因而成倍减少了钻孔施工数量，提高钻孔工序的施工效率，使钻孔工序不再容易成为瓦斯抽采中的瓶颈工序。

初始段的设置，能够避免巷道处发生卸压、煤岩变形脱落，影响巷道正常使用。卸压段提供了充足的卸压长度，又与瓦斯抽采段之间具有11米左右的间隔，且间隔处为封孔段，自然发育的裂隙难以穿过11米左右的封孔段到达瓦斯抽采段，能够实现良好的防止瓦斯抽采段与卸压段导通的效果。

卸压段的瓦斯抽采孔直径较瓦斯抽采孔的封孔段直径扩大11厘米，又位于沿瓦斯抽采孔的方向（非竖直方向）的巷道深处5－20米处，能够对高应力集中区提供充足的蠕变空间，保证良好的卸压效果。

封孔段直径大于抽采段直径，使得封孔段在围护煤岩中的影响区域远大于抽采段直径，使得封孔段影响区域外新发生的裂隙难以到达抽采段，提高封孔效果。初始段直径大于抽采段直径，初始段也能提供一定煤岩蠕变空间，起到卸压作用。

本实用新型中，初始段和卸压段均具有卸压作用，使得煤岩应力集中带向深处移动，封孔段应力较高也能够使注浆液与围岩更紧密地相结合，提高封孔质量。

外囊袋用于封堵瓦斯抽采孔的开口。封孔段由分为固相注浆段和液相注浆段，液相注浆泵等设置，使得在对瓦斯抽采孔进行传统的固相封孔的同时，能够在邻近抽采段的位置进行液相注浆，并在瓦斯抽采的全过程中保持1－2兆帕（包括两端值）的注浆压力，从而利用粘液及时填充新发生的裂隙，在瓦斯抽采的全过程中避免发生漏气（抽采段与环境气体相通）现象，延长有效抽采周期，提高瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中A处的放大图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的浅卸深封瓦斯抽采结构包括一端位于巷道内的瓦斯抽采孔，瓦斯抽采孔内设有瓦斯抽采管2，以瓦斯抽采孔位于巷道的一端为浅端且另一端为深端；

瓦斯抽采孔内由深向浅分别设有用于抽取煤层瓦斯的抽采段3、封孔段4（用于防止抽采段3漏气）和卸压段5；封孔段4的两端均围绕瓦斯抽采管2设有囊袋（即内囊袋6），封孔段4浅端的囊袋分隔卸压段5与封孔段4，封孔段4深端的囊袋分隔封孔段4与抽采段3；抽采段3的瓦斯抽采管2上分布有多个用于抽瓦斯的透气孔8；

瓦斯抽采孔内设有固相注浆管9，固相注浆管9与封孔段4的各囊袋（即各内囊袋6）均通过单向阀10相连通，固相注浆管9与封孔段4的内腔通过第一爆破阀11相连通；卸压段5的直径大于封孔段4的直径；

瓦斯抽采管2的浅端伸出瓦斯抽采孔并连接有瓦斯抽采装置（如真空泵；瓦斯抽采装置为常规技术，图未示），固相注浆管9连接有固相注浆泵12，固相注浆泵12连接有盛装有搅拌好的固相注浆液（如水泥浆）的固相浆液容器13。

本实用新型中，由深向浅分别设有用于抽采段3、封孔段4和卸压段5，卸压段5的位置能够匹配高应力煤层巷道的周围初始应力集中区域在邻近巷道10米左右的的应力状况，且卸压段5与抽采段3由封孔段4间隔，卸压段5围岩（煤）蠕变导致新发生的裂隙难以导通抽采段3，使得卸压段5不易导通抽采段3，保证瓦斯抽采效果。由于卸压孔（卸压段5）和抽采孔合二为一，因而成倍减少了钻孔施工数量，提高钻孔工序的施工效率，使钻孔工序不再容易成为瓦斯抽采中的瓶颈工序。

卸压段5与瓦斯抽采孔的浅端之间设有初始段14，初始段14的瓦斯抽采孔的直径与封孔段4相同，初始段14长5±0.5米，卸压段5长15±1米，封孔段4长11±1米；封孔段4的瓦斯抽采孔直径20±1厘米，卸压段5的瓦斯抽采孔直径30±1厘米，抽采段3的瓦斯抽采孔直径12±1厘米。

初始段14的设置，能够避免巷道处发生卸压、煤岩变形脱落，影响巷道正常使用。卸压段5提供了充足的卸压长度，又与瓦斯抽采段3之间具有11米左右的间隔，且间隔处为封孔段4，自然发育的裂隙难以穿过11米左右的封孔段4到达瓦斯抽采段3，能够实现良好的防止瓦斯抽采段3与卸压段5导通的效果。

卸压段5的瓦斯抽采孔直径较瓦斯抽采孔的封孔段4直径扩大11厘米，又位于沿瓦斯抽采孔的方向（非竖直方向）的巷道深处5－20米处，能够对高应力集中区提供充足的蠕变空间，保证良好的卸压效果。

封孔段4直径大于抽采段3直径，使得封孔段4在围护煤岩中的影响区域远大于抽采段3直径，使得封孔段4影响区域外新发生的裂隙难以到达抽采段3，提高封孔效果。初始段14直径大于抽采段3直径，初始段14也能提供一定煤岩蠕变空间，起到卸压作用。

本实用新型中，初始段14和卸压段5均具有卸压作用，使得煤岩应力集中带向深处移动，封孔段4应力较高也能够使注浆液与围岩更紧密地相结合，提高封孔质量。

将封孔段4的各囊袋称为内囊袋6，瓦斯抽采孔的浅端围绕瓦斯抽采管2设有外囊袋7。外囊袋7用于封堵瓦斯抽采孔的开口。

封孔段的中部还设有一个内囊袋6（该内囊袋6也通过单向阀10与固相注浆管9相连通），三个内囊袋6将封孔段4由浅至深分隔为固相注浆段4A和液相注浆段4B；第一爆破阀11位于固相注浆段4A；

瓦斯抽采孔中还设有液相注浆管15，液相注浆管15与瓦斯抽采孔的液相注浆段4B之间通过第二爆破阀16相连通；液相注浆管15的浅端伸出瓦斯抽采孔并连接有液相注浆泵17，液相注浆泵17连接有用于盛装液相注浆液的液相注浆容器18。液相注浆管15连接有压力表19。

液相注浆液的配方是：重量份，二氧化硅85－90份，亲水性气凝胶10－15份，增稠剂1－3份，减水剂0.5－1份，经均匀混合而成粘液（液相注浆液）。各成份的份数均包含两端值。固相注浆段4A长5米，液相注浆段4B长3米。

封孔段4由分为固相注浆段4A和液相注浆段4B，液相注浆泵17等设置，使得在对瓦斯抽采孔进行传统的固相封孔的同时，能够在邻近抽采段3的位置进行液相注浆，并在瓦斯抽采的全过程中保持1－2兆帕（包括两端值）的注浆压力，从而利用粘液及时填充新发生的裂隙，在瓦斯抽采的全过程中避免发生漏气（抽采段3与环境气体相通）现象，延长有效抽采周期，提高瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采效率。

外囊袋7既可以如各内囊袋6一样通过单向阀10与固相注浆管9相连接，由于外囊袋7外露于巷道口，因而外囊袋7也可以单独通过注浆或充气对瓦斯抽采孔的端口进行封堵。本实用新型中，各囊袋沿瓦斯抽采孔的长度均为1米。

施工时，先施工直径12厘米的瓦斯抽采孔，然后采用机械造穴方式对瓦斯抽采孔整体扩孔至20厘米，最后对于卸压段5采用机械造穴方式扩孔至30厘米，将固相注浆管9、液相注浆管15和带有各囊袋的瓦斯抽采管2伸入瓦斯抽采孔，先打开固相注浆泵12，通过各单向阀10为各囊袋注浆，各囊袋膨胀后封堵所在位置处的瓦斯抽采孔，将瓦斯抽采孔分隔为各段。各囊袋膨胀到位后不能继续膨胀，导致浆液压力升高，第一爆破阀11打开，对固相注浆段4A进行注浆封孔。当固相注浆段4A的注浆压力升高到预定值，或者出现返浆时，关闭固相注浆泵12，启动液相注浆泵17。各囊袋以及固相注浆段4A影响区域（注浆液会渗入围护煤岩体）内的固相注浆液会逐渐凝固，实现固相封孔效果。在液相注浆段4B的压力达到1－2兆帕（包括两端值）后，可以打开瓦斯抽采装置进行瓦斯抽采。在瓦斯抽采的全过程中，液相注浆段4B影响区域内的液相注浆液不会凝固，保持液相注浆段4B的压力维持1－2兆帕。在液相注浆段4B的影响的煤岩范围内，随时有新裂隙发育，随时会有粘液（液相注浆液）渗透进去封堵裂隙。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.浅卸深封瓦斯抽采结构，包括一端位于巷道内的瓦斯抽采孔，瓦斯抽采孔内设有瓦斯抽采管，以瓦斯抽采孔位于巷道的一端为浅端且另一端为深端；

其特征在于：

瓦斯抽采孔内由深向浅分别设有用于抽取煤层瓦斯的抽采段、封孔段和卸压段；封孔段的两端均围绕瓦斯抽采管设有囊袋，封孔段浅端的囊袋分隔卸压段与封孔段，封孔段深端的囊袋分隔封孔段与抽采段；抽采段的瓦斯抽采管上分布有多个用于抽瓦斯的透气孔；

瓦斯抽采孔内设有固相注浆管，固相注浆管与封孔段的各囊袋均通过单向阀相连通，固相注浆管与封孔段的内腔通过第一爆破阀相连通；卸压段的直径大于封孔段的直径；

瓦斯抽采管的浅端伸出瓦斯抽采孔并连接有瓦斯抽采装置，固相注浆管连接有固相注浆泵，固相注浆泵连接有盛装有搅拌好的固相注浆液的固相浆液容器。

2.根据权利要求1所述的浅卸深封瓦斯抽采结构，其特征在于：卸压段与瓦斯抽采孔的浅端之间设有初始段，初始段的瓦斯抽采孔的直径与封孔段相同，初始段长5±0.5米，卸压段长15±1米，封孔段长11±1米；封孔段的瓦斯抽采孔直径20±1厘米，卸压段的瓦斯抽采孔直径30±1厘米，抽采段的瓦斯抽采孔直径12±1厘米。

3.根据权利要求1所述的浅卸深封瓦斯抽采结构，其特征在于：将封孔段的各囊袋称为内囊袋，瓦斯抽采孔的浅端围绕瓦斯抽采管设有外囊袋。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的浅卸深封瓦斯抽采结构，其特征在于：封孔段的中部还设有一个内囊袋，三个内囊袋将封孔段由浅至深分隔为固相注浆段和液相注浆段；第一爆破阀位于固相注浆段；

瓦斯抽采孔中还设有液相注浆管，液相注浆管与瓦斯抽采孔的液相注浆段之间通过第二爆破阀相连通；液相注浆管的浅端伸出瓦斯抽采孔并连接有液相注浆泵，液相注浆泵连接有用于盛装液相注浆液的液相注浆容器。