[發明專利]一種多級式煤層注水鉆孔封孔系統及注水鉆孔封孔方法

有效

• 申請號: 201810376474.4
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108661693B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 于巖斌;呂同;程衛民;柳茹林;姜愛偉;吳立榮;劉星光
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21F5/18
• 分類號: E21F5/18;E21B33/03;E21B34/02
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 申傳曉

本發明公開了一種多級式煤層注水鉆孔封孔系統及多級式煤層注水鉆孔封孔方法，采用與之相對應的多級式煤層注水鉆孔封孔器，實現同一注水鉆孔在不同采動影響區域內的有效封孔，其中，多級式煤層注水鉆孔封孔器主要包括由前至后順次串接的出流裝置、水力膨脹封孔裝置、緊固裝置及自動截止裝置。本發明通過調節多級式煤層注水鉆孔封孔器的級數實現了不同采動影響區域的動態差異封孔，該方法具有封堵密實性強與安全、可靠性高的特點，且結構簡單、操作方便、成本低廉、具有較好的封孔靈活性，能夠有效的解決采動過程中煤層注水鉆孔封堵不嚴、漏水、封孔器竄出等問題，以提高注水減災效果。

技術領域

本發明涉及煤礦采煤工作面災害防治領域，尤其涉及一種多級式煤層注水鉆孔封孔系統及多級式煤層注水鉆孔封孔方法。

背景技術

作為煤礦井下生產的次生產物——粉塵，一直困擾著煤礦井下安全生產。粉塵的存在不僅加快設備損耗，而且容易引起瓦斯煤塵爆炸事故，造成巨大的經濟損失，嚴重威脅著煤礦企業的安全高效生產。此外，長期處于高濃度粉塵作業場所，工人易患職業塵肺病，損害工人的健康。目前，眾多研究與實踐表明，傳統的煤層注水預濕煤體是采掘工作面最基本、最有效的防塵措施之一，其在作業之前預先向煤層中打若干鉆孔，通過鉆孔預注入高壓水，注入煤體的高壓水沿煤的裂隙向被裂隙分割的煤塊滲透并儲存于裂隙和孔隙中，從而增加煤體水分，濕潤煤體內原生的煤塵，使其失去飛揚能力，減少煤巖開采過程中產生浮游粉塵的能力。除受煤層自身客觀條件影響之外，注水鉆孔封孔質量的好壞是直接關系到煤層注水防塵效果的關鍵問題。

煤礦工作面開采過程中，注水鉆孔所承受的采動應力不斷發生變化，使得鉆孔周圍的煤壁破碎程度亦動態發展變化，從而使得注水鉆孔的有效封孔長度不固定，以往傳統的封孔方法是采用水泥砂漿封孔，該方法耗費時間長、材料浪費嚴重、操作不便、承壓能力小，且封孔長度固定，不能滿足工作面開采過程中對封孔長度的動態發展要求。目前國內煤礦主要采用的簡便式封孔方式是封孔器封孔，但傳統的封孔器以水力膨脹、壓氣膨脹與機械膨脹為主，主要用于煤壁短孔注水，而對于長鉆孔煤層注水，尤其是高壓注水條件下，其受封孔長度較短、結構設計等方面的制約，常常出現漏水、竄水等封孔質量問題，且在高承壓水作用下封孔器容易竄出，尤其是傳統的水力膨脹封孔器在停止或間歇注水期間，封孔器內水壓降低，膨脹膠塞收縮，在鉆孔內外壓差的作用下，封孔器被高速拋出，造成鉆孔存水外泄，造成井下工作環境惡化的同時嚴重危害井下工作人員的生命安全，由此可見，現有傳統的煤層注水封孔方法和相關封孔器有待于更進一步的改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種多級式煤層注水鉆孔封孔系統及多級式煤層注水鉆孔封孔方法，能夠有效的解決注水周期過長中煤層注水鉆孔封堵不嚴、漏水、竄出等問題，以提高注水減災效果。

為解決上述技術問題，本發明方案包括：

一種多級式煤層注水鉆孔封孔系統，其包括供水機構與多級式煤層注水鉆孔封孔機構，其中，多級式煤層注水鉆孔封孔機構包括Ⅰ級完整滲流期單元、Ⅱ級微裂穩流期單元、Ⅲ級破碎激流期單元，每個單元包括至少一個多級式煤層注水鉆孔封孔器，并根據對應單元內煤壁破碎程度對多級式煤層注水鉆孔封孔器長度的需求，增加或減少多級式煤層注水鉆孔封孔器的串聯級數，對煤層注水鉆孔進行動態差異封孔。

所述的多級式煤層注水鉆孔封孔系統，其中，上述多級式煤層注水鉆孔封孔器包括由前至后順次串接的出流裝置、水力膨脹封孔裝置、緊固裝置及自動截止裝置，四者依次通過螺紋串聯連接，自動截止裝置與供水機構的井下煤層的注水管路相連接。