[發明專利]一種預注膠體密封松軟煤層抽采鉆孔的工藝與裝置

有效

• 申請號: 201410839217.1
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104533336A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 齊黎明;葛須賓
• 申請（專利權）人: 華北科技學院
• 主分類號: E21B33/12
• 分類號: E21B33/12;E21F7/00
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明涉及一種煤層抽采鉆孔密封工藝與裝置，特別是一種預注膠體密封松軟煤層抽采鉆孔的工藝與裝置。

背景技術

目前，常用的瓦斯防治措施主要有通風和抽采兩種方法，其中，抽采是防治瓦斯災害的一項根本性措施。《煤礦安全規程》（2011年修訂版）、《防治煤與瓦斯突出規定》、《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》及《煤礦瓦斯抽采工程設計規范》等都對煤礦瓦斯抽采工作提出了明確規定。

與巖層和硬煤相比，鉆孔密封不嚴導致瓦斯抽采濃度過低異常突出。以鄭州礦區為例，該礦區二₁煤層現行開采區域正是這種典型的高地應力、高瓦斯壓力、松軟低透氣性突出煤層；順層鉆孔瓦斯抽采濃度只有10%左右?。

在抽采負壓條件下，井巷空氣能夠進入瓦斯抽采室的原因主要包括封孔材料自身有裂紋、封孔材料與鉆孔孔壁之間存在間隙或者未能緊貼在一起及封孔材料周圍煤體存在裂隙。對于膠囊、聚氨酯和膨脹水泥等封孔材料來說，在帶壓封孔條件下，前兩種空氣泄漏通道基本可以消除，封孔材料周圍煤體的原生裂隙也基本趨于閉合狀態；而且，瓦斯抽采的負壓一般在13KPa左右，比較低；從理論上講，應該不會存在大規模的空氣泄漏。這說明瓦斯抽采過程中還存在著其它的氣體泄漏途徑，該途徑即為封孔材料周圍煤體的次生裂隙。高水材料雖然可注入鉆孔周圍煤體裂隙，但是，容易干裂；二次封孔法中的固相顆粒大小又難以與該裂隙的尺寸完全匹配。

因此，為了提高松軟煤層抽采鉆孔的密封性與瓦斯抽采效率，為該類煤層的瓦斯災害防治工作提供技術保障；探索出一種適合松軟煤層鉆孔特性的新型封孔方式就顯得尤為迫切。

發明內容

本發明的目的是提供一種預注膠體密封松軟煤層抽采鉆孔的工藝與裝置，能夠對松軟煤層抽采鉆孔實現有效密封。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種預注膠體密封松軟煤層抽采鉆孔裝置，包括順序連接的前段膠囊、中段膠囊和后段膠囊，所述前段膠囊和后段膠囊之間由注液膠管連通，且后段膠囊由注液膠管連接至注液泵；所述中段膠囊設有一注液膠管，且該注液膠管軸向穿過后段膠囊與注液泵連接；所述后段膠囊上還軸向穿過一注漿膠管，注漿膠管進液端連接注漿泵；該裝置還設有一抽采管，所述抽采管依次軸向穿過前段膠囊、中段膠囊和后段膠囊，其外端連接抽采管道；所述抽采管由滑動密封連接器分別與前段膠囊、中段膠囊和后段膠囊密封連接。

所述滑動密封連接器包括兩個開口相對的凹字形普通密封圈和嵌裝于普通密封圈內的滑動密封圈，所述普通密封圈分別與膠囊密封固定，滑動密封圈能夠沿抽采管滑動。

所述注漿膠管和注液膠管均由螺紋接頭與膠囊連接。

所述抽采管的前端設有抽采孔洞，可以避免管路被煤渣堵塞。

所述連接于前段膠囊和后段膠囊之間的注液膠管的長度略大于中段膠囊的長度。

一種預注膠體密封松軟煤層抽采鉆孔的工藝，包括以下步驟：

（1）在工人向煤層打鉆的過程中，連接好抽采鉆孔裝置，并準備好高分子材料、固化劑、水及乳化液；施工結束后，向鉆孔內送入該裝置；

（2）啟動注液泵，通過注液膠管向后段膠囊注入膨脹液，并且，膨脹液通過注液膠管注入前段膠囊，迫使后段膠囊和前段膠囊膨脹起來，關閉注液泵；

（3）啟動注漿泵，通過注漿膠管向后段膠囊與前段膠囊之間注入高分子材料與固化劑混合物，該混合物在一定壓力下向鉆孔周圍煤體的裂隙滲透，關閉注漿泵；

（4）待高分子材料與固化劑的混合物轉變為膠體后，啟動注液泵，通過注液膠管和向中段膠囊注入膨脹液，使中段膠囊膨脹擠壓周圍的煤壁與膠體，關閉注液泵；

（5）連接抽采管和抽采管道，鉆孔內的瓦斯沿抽采管和抽采管道向外流動，實現瓦斯的有效抽采。

本發明的有益效果是：一種預注膠體密封松軟煤層抽采鉆孔的工藝與裝置，在抽采鉆孔密封之前，采用高分子材料與固化劑的混合物密封抽采鉆孔，使得鉆孔周圍煤體裂隙在整個抽采過程中被嚴密充實，不產生漏氣現象；采用前段膠囊和后段膠囊對抽采鉆孔進行初步密封，可防止液態高分子材料與固化劑的混合物沿鉆孔或鉆孔周圍煤體裂隙隨意流動，確保運移方向的定向性；采用中段膠囊通過膨脹壓迫鉆孔孔壁，將壓力持續穩定的傳遞給鉆孔周圍煤體，迫使封孔膠囊與鉆孔孔壁壓迫孔壁表面的膠體，鉆孔周圍煤體壓迫其裂隙內部的膠體，有效提高了抽采鉆孔的密封效果；由于采用膠體密封抽采鉆孔周圍煤體裂隙，既可充分充填鉆孔周圍煤體裂隙，又可根據裂隙的空間幾何結構變化而自動變形；不僅適用于巖層鉆孔和硬煤層鉆孔的密封，尤其適用于松軟煤層抽采鉆孔密封，因此，具有適用范圍廣的優點。

附圖說明