一种固体粉料‑带压注浆动态封孔方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法及其封孔结构。

背景技术：

我国是世界上的主要产煤国，同时也是煤与瓦斯突出最严重的国家之一。我国煤储层构造复杂，且呈“三低一高”(煤层压力较低、煤层渗透率低、在水压裂等强化措施下形成的长故意破裂裂缝所占的比例较低；煤层普遍具有较高的吸附力)的物性特征。目前，瓦斯抽采是防治瓦斯灾害最有效的措施，抽采的首要工作是施工钻孔，首要条件是钻孔密封。当前瓦斯抽采中存在着封孔不严的问题，造成抽采过程中漏气严重，瓦斯浓度衰减较快，抽采困难，效率较低。

目前我国煤矿瓦斯抽采常用的钻孔封孔技术有：水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔、封孔器封孔等，这些技术虽应用广泛但都存在着一些缺陷，如水泥砂浆封孔在凝结后与钻孔壁之间会产生空隙；聚氨酯封孔操作较繁琐，对封孔人员技术要求较高，且易造成材料浪费，并会污染环境；封孔器封孔成本较高且封孔深度有限。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种固体粉料和带压注浆联合动态封孔方法，该方法能够有效充填钻孔周围煤体裂隙，实现对钻孔长久有效的密封。本发明能够确保瓦斯有效抽采时间，提高瓦斯抽采浓度。该方法操作简单，成本较低，密封性好。

为达到以上目的，本发明提供了一种固体粉料-带压注浆动态封孔方法，该方法包括以下步骤：

a.在煤层内通过钻机施工钻孔，通过水力割缝施工环形粉槽，所述环形粉槽厚度为0.3～0.4m，距钻孔孔口0.7～0.8m，且其外环半径为钻孔半径的4倍；

b.在钻孔垂直方向施工两个相对称的与环形粉槽相连通的辅助孔，其半径为钻孔半径的1/3～1/2；

c.将抽采管穿过前挡盘上的插孔一和后挡盘上的插孔四，送入钻孔内，使前挡盘嵌入环形粉槽位置处，将注浆管和返浆管分别插入前挡盘的插孔二和插孔三内，在距离钻孔孔口0.1～0.5m处安装堵头，将注粉管送入辅助孔内0.2m处，采用常规封孔方法将其密封；

d.将压力表装在注粉管上，注粉管与注粉机连接，注粉机内装有固体粉料；

e.将注浆管接至注浆泵，开始注浆，直至返浆管中有浆液流出停止注浆；

f.启动注粉机，通过辅助孔向钻孔和环形粉槽内注入固体粉料，直至压力表读数不再上升，关闭注粉机；

g.打开抽采系统，开始抽采瓦斯，随抽采的进行，大量固体粉料在负压作用下进入煤体裂隙，封堵空气在煤层中的渗入通道；

h.当瓦斯浓度有所降低，压力表读数下降，此时重复步骤f，直至抽采结束。

所述前挡盘厚度为0.2～0.3m的空心圆盘，且两底面与侧面均为网状结构，后挡盘为厚度为0.2～0.3m的实心圆盘。

有益效果

本发明一种固体粉料-带压注浆动态封孔方法，在封孔段前段施工环形粉槽并注入固体粉料，一方面可通过粉槽内的固体粉料形成阻隔墙，阻挡外界空气进入抽采系统。另一方面，随着抽采的进行，在负压作用下粉料可进入煤体内部的裂隙和浆液凝结产生的空隙。在注粉管上设置压力表，当钻孔内出现漏气情况时，压力表读数会有所下降，此时可开启注粉机注粉，实现动态密封，延长有效抽采期，提高瓦斯抽采浓度。注粉机内的固体粉料可选用煤矸石粉，原材料便于获取且价格低廉，经济环保。

附图说明

图1为本发明一种固体粉料-带压注浆动态封孔方法实施例示意图；

图2为前挡盘结构示意图；

图3为后挡盘的结构示意图。

图中：1—煤层；2—钻孔；3—抽采管；4—返浆管；5—注浆管；6—辅助孔；7—粉槽；8—注粉管；9—压力表；10—注粉机；11—前挡盘；12—后挡盘；13—堵头；14—插孔一；15—插孔二；16—插孔三；17—插孔四。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1与图2所示一种固体粉料-带压注浆动态封孔方法，首先在煤层1中通过钻机施工钻孔2，通过水力割缝施工环形粉槽7，所述环形粉槽7厚度为0.3～0.4m，距钻孔2孔口0.7～0.8m，且其外环半径为钻孔2半径的4倍；在钻孔2垂直方向施工两个相对称的与环形粉槽7相连通的辅助孔6，其半径为钻孔2半径的1/3～1/2；将抽采管3穿过前挡盘11上的插孔一14和后挡盘12上的插孔四15，送入钻孔2内，使前挡盘11嵌入环形粉槽7位置处，将注浆管5和返浆管4分别插入前挡盘11的插孔二17和插孔三16内，在距离钻孔2孔口0.1～0.5m处安装堵头13，将注粉管8送入辅助孔6内0.2m处，采用常规封孔方法将其密封；将压力表9装在注粉管8上，注粉管8与注粉机10连接，注粉机10内装有固体粉料；将注浆管5接至注浆泵，开始注浆，直至返浆管4中有浆液流出停止注浆；启动注粉机10，通过辅助孔6向钻孔2和环形粉槽7内注入固体粉料，直至压力表9读数不再上升，关闭注粉机10；打开抽采系统，开始抽采瓦斯，随抽采的进行，大量固体粉料在负压作用下进入煤体裂隙，封堵空气在煤层中的渗入通道；当瓦斯浓度有所降低，压力表读数下降，此时重复步骤f，直至抽采结束。

所述前挡盘11厚度为0.2～0.3m的空心圆盘，且两底面与侧面均为网状结构，后挡盘12为厚度为0.2～0.3m的实心圆盘。

本发明一方面可通过粉槽内的固体粉料形成阻隔墙，阻挡外界空气进入抽采系统。另一方面，随着抽采的进行，在负压作用下粉料可进入煤体内部的裂隙和浆液凝结产生的空隙。当钻孔内出现漏气情况时，开启注粉机注粉，实现动态密封，延长有效抽采期，提高瓦斯抽采浓度。

技术特征：

技术总结
一种固体粉料‑带压注浆动态封孔方法，包括抽采管、返浆管、注浆管、辅助孔、环形粉槽、注粉管、压力表、注粉机、前挡盘、后挡盘、堵头，在钻孔内部通过水力割缝施工环形粉槽，在钻孔垂直方向施工对称的辅助孔，通过注浆系统向钻孔内注浆密封两挡盘之间的部分，通过注粉系统向辅助孔内注粉料充填环形粉槽及其前部空隙，注入的固体粉料一方面可形成阻隔墙阻隔外部空气，另一方面可在负压作用下充填钻孔周围煤体裂隙，并可根据注粉管上压力表的读数对钻孔进行动态注粉密封，达到钻孔长期有效密封的目的。

技术研发人员：倪冠华;李钊;程卫民;解宏超;谢景娜;董凯
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2017.10.11
技术公布日：2018.04.13