一种瓦斯抽采-注水一体化带压注浆封孔装置及方法与流程

本发明涉及一种瓦斯抽采-注水一体化带压注浆封孔装置及方法，属于煤矿安全领域。

背景技术：

煤矿粉尘和瓦斯是矿井的两大灾害，煤矿粉尘的产生一方面在干燥、地热等环境下极易引起煤尘爆炸，另一方面还会使工人患上尘肺病，严重威胁着工人的生命、身心健康。煤炭开采过程中产生的瓦斯，如果积聚超限，极易引起瓦斯爆炸；而煤层中的瓦斯压力、含量较大时，在外力扰动作用下会诱发煤与瓦斯突出。如何有效地进行煤矿粉尘、瓦斯防治是国内外学者所关注的热点问题。

目前，煤层注水润湿煤体被认为是最根本、最有效的防尘手段，在“三软”煤层工作面防尘手段已得到广泛应用，煤层注水一般需施工专门的注水钻孔。然而，有些矿井为了预抽煤层瓦斯，在工作面前方布置了大量顺层瓦斯抽采孔。

瓦斯抽采时其封孔结构大约承受十几到几十个kpa负压，而煤层注水封孔结构要承受十几到几十个mpa压力。两者承受压力不同，如何在正常抽采封孔结构的基础上，再进行注水封孔，实现瓦斯-注水一体化封孔，方便现场实施与操作，这是迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种瓦斯抽采-注水一体化带压注浆封孔装置及方法，本发明能有效利用这些抽采钻孔，提出在工作面前方利用顺层瓦斯抽采孔进行注水，一方面可以解决注水钻孔的施工问题，节约大量钻孔施工成本；另一方面也可解决煤层瓦斯抽采与煤层注水的时空矛盾；并解决了抽采封孔结构的基础上，再进行注水封孔，实现瓦斯-注水一体化封孔的问题。

本发明提供的一种瓦斯抽采-注水一体化带压注浆封孔装置，它包括抽采管、外囊袋注浆管和注水封孔结构；

所述抽采管的顶部设置多个抽采管花眼，所述抽采管前端和后端的外部各设置一个抽采管外囊袋，所述抽采管前端和后端的内部各设置一个内囊袋；

所述外囊袋注浆管设于所述抽采管的外部，并贯串于2个所述抽采管外囊袋内部，且所述外囊袋注浆管的前端在所述抽采管前端的抽采管外囊袋内部；所述外囊袋注浆管于所述抽采管的前端的所述抽采管外囊袋内的部分上设置一个囊袋出浆口，于所述抽采管的后端的所述抽采管外囊袋内的部分上设置一个囊袋爆破口，于2个所述抽采管外囊袋之间的部分上设置一个水泥浆爆破口a；

所述注水封孔结构套设于所述抽采管内部，所述注水封孔结构包括内囊袋注浆管和注水钢管；

所述内囊袋注浆管贯串于2个所述内囊袋内部，且所述内囊袋注浆管的前端在所述抽采管前端的内囊袋内部；所述内囊袋于所述抽采管的前端的所述内囊袋内的部分上设置一个内囊袋出浆口，于所述抽采管的后端的所述内囊袋内的部分上设置一个内囊袋爆破口，于2个所述内囊袋之间的部分上设置一个水泥浆爆破口b；

所述注水钢管的顶端设置多个注水花眼，且所述注水钢管上设置所述注水花眼的部分伸出所述抽采管的所述抽采管花眼的部分。

上述的装置中，所述注水钢管上伸出所述抽采管的所述抽采管花眼的部分上设置卡棍；在相对于所述注水钢管的前部处设置所述卡棍的挡圈，后部处设置所述卡棍的弹性圈以使所述卡棍卡在所述抽采管上。

上述的装置中，所述注水钢管的中部上设置卡刺；在相对于所述注水钢管的前部处设置所述卡刺的挡圈，后部处设置所述卡刺的弹性圈。

本发明还提供了上述的装置进行瓦斯抽采-注水一体化带压注浆封孔的方法，包括如下步骤：

(1)瓦斯抽采孔的密封：

1)所述抽采管送到煤层中的钻孔的预定位置后，通过所述外囊袋注浆管注入水泥浆，所述水泥浆从前端所述抽采管外囊袋中的所述囊袋出浆口流出后，膨胀前端所述抽采管外囊袋封住所述钻孔；

2)注入所述水泥浆的压力加大，所述囊袋爆破口打开，所述水泥浆从后端所述抽采管外囊袋中的所述囊袋爆破口流出，膨胀后端抽采管外囊袋封住钻孔；

3)注入所述水泥浆的压力继续加大，这时所述水泥浆爆破口a打开，所述水泥浆流入由所述抽采管的前后两端的所述抽采管外囊袋膨胀，密封2个所述抽采管外囊袋之间形成的密闭注浆空间内，带压渗流对抽采的所述钻孔周围的微裂隙进行封堵；

4)当注入所述水泥浆的压力上升到一定值时，停止注浆，即完成对瓦斯抽采孔的密封；

(2)抽采-注水一体化封孔：

1)所述抽采管内送入所述注水封孔结构，通过所述内囊袋注浆管注入所述水泥浆，先是所述内囊袋出浆口流出后，出浆膨胀所述抽采管的前端所述内囊袋，接着所述内囊袋爆破口出浆膨胀所述抽采管的后端所述内囊袋，最后所述水泥浆爆破口b出浆，渗透到2个所述内囊袋之间形成的密闭空间，形成抽采密封结构与注水密封结构的一体化结合；

2)当所述水泥浆凝固后，即可连接所述注水钢管进行煤层注水。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(2)-1)中，所述抽采管内送入所述注水封孔结构时，所述注水钢管前端的所述卡棍超过所述抽采管花眼，在所述弹性圈的作用下卡在所述抽采管上。

上述的方法中，步骤(2)-1)中，所述抽采管内送入所述注水封孔装置时，与所述注水钢管一起旋转整个所述注水封孔结构，使所述注水钢管的中部上的所述卡刺能够刺破所述抽采管，以加固所述注水封孔结构。

上述的方法中，步骤(2)-1)中，所述水泥浆爆破口b出浆渗透到所述卡刺所刺破的所述抽采管外空间。

上述的方法中，步骤(1)-1)中，注入所述水泥浆的压力可为1～2mpa；

步骤(1)-2)中，注入所述水泥浆的压力可为2～3mpa；

步骤(1)-3)中，注入所述水泥浆的压力可为3～4mpa；

步骤(1)-4)中，当注入所述水泥浆的压力升至5mpa时停止注浆。

本发明具有以下优点：

本发明能有效利用抽采钻孔，提出在工作面前方利用顺层瓦斯抽采孔进行注水，一方面能解决注水钻孔的施工问题，节约大量钻孔施工成本；另一方面也可解决煤层瓦斯抽采与煤层注水的时空矛盾；并解决了抽采封孔结构的基础上，再进行注水封孔，实现瓦斯-注水一体化封孔的问题。本发明中注水钢管上设置卡棍，并在弹性圈的作用下卡在抽采管上，能防止注水压力大时内封孔装置被冲出。本发明中注水钢管设置卡刺能够剌破抽采管，能进一步加固注水封孔结构。

附图说明

图1为本发明中正常瓦斯抽采封孔示意图。

图2为本发明中抽采管内注水封孔结构图。

图3为本发明中抽采-注水一体化封孔示意图。

图1-3中各个标记如下：

1煤层；2钻孔；3抽采管；4抽采管花眼；5抽采管外囊袋；6外囊袋注浆管；7囊袋出浆口；8囊袋爆破口；9水泥浆爆破口a；10水泥浆；11注水钢管；12内囊袋；13内囊袋出浆口；14内囊袋爆破口；15水泥浆爆破口b；16卡刺；17挡圈；18弹性圈；19注水花眼；20卡棍；21内囊袋注浆管；

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下面结合附图对本发明进行进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1-3所示，本发明瓦斯抽采-注水一体化带压注浆封孔装置，它包括抽采管3、外囊袋注浆管6和注水封孔结构；

抽采管3的顶部设置多个抽采管3花眼，抽采管3前端和后端的外部各设置一个抽采管3外囊袋，抽采管3前端和后端的内部各设置一个内囊袋12；

外囊袋注浆管6设于抽采管3的外部，并贯串于2个抽采管外囊袋5内部，且外囊袋注浆管6的前端在抽采管3前端的抽采管外囊袋5内部；外囊袋注浆管6于抽采管3的前端的抽采管外囊袋5内的部分上设置一个囊袋出浆口7，于抽采管3的后端的抽采管外囊袋5内的部分上设置一个囊袋爆破口8，于2个抽采管外囊袋5之间的部分上设置一个水泥浆爆破口a9；

注水封孔结构套设于抽采管3内部，注水封孔结构包括内囊袋注浆管21和注水钢管11；

内囊袋注浆管21贯串于2个内囊袋12内部，且内囊袋注浆管21的前端在抽采管3前端的内囊袋12内部；内囊袋12于抽采管3的前端的内囊袋12内的部分上设置一个内囊袋出浆口13，于抽采管3的后端的内囊袋12内的部分上设置一个内囊袋爆破口14，于2个内囊袋12之间的部分上设置一个水泥浆爆破口b15；

注水钢管11的顶端设置多个注水花眼19，且注水钢管11上设置注水花眼19的部分伸出抽采管3的抽采管花眼4的部分。

上述的装置中，注水钢管11上伸出抽采管3的抽采管花眼4的部分上设置卡棍20；在相对于注水钢管11的前部处设置卡棍20的挡圈17，后部处设置卡棍20的弹性圈18以使卡棍20卡在抽采管3上。

上述的装置中，注水钢管11的中部上设置卡刺16；在相对于注水钢管11的前部处设置卡刺16的挡圈17，后部处设置卡刺的弹性圈18。

采用上述装置进行瓦斯抽采-注水一体化带压注浆封孔的方法，具体包括如下步骤：

(1)瓦斯抽采孔的密封：

1)抽采管3送到煤层1中的钻孔2的预定位置后，通过外囊袋注浆管6注入压力1～2mpa的水泥浆10，水泥浆10从前端抽采管外囊袋5中的囊袋出浆口7流出后，膨胀前端囊袋封住钻孔。

2)注浆压力加大至2～3mpa，囊袋爆破口8打开，水泥浆10从后端抽采管外囊袋5中的囊袋爆破口8流出，膨胀后端囊袋封住钻孔。

3)注浆压力继续加大至3～4mp，这时水泥浆爆破口a9打开，水泥浆流入由前后两端囊袋膨胀密封所形成的密闭注浆空间内，带压渗流对抽采钻孔周围的微裂隙进行封堵。

4)当注浆压力上升到一定值(具体可为5mpa)时，停止注浆，即完成对瓦斯抽采孔的密封。

(2)抽采—注水一体化封孔步骤如下：

1)瓦斯抽采管3内送入注水封孔装置，其前端的卡棍20要超过抽采管花眼4，在弹性圈18的作用下卡在抽采管3上，以防注水压力大时内封孔装置被冲出。

2)与注水钢管11一起旋转整个注水封孔装置，使其中间的卡剌16能够剌破抽采管3，进一步加固注水封孔结构。

3)与外囊袋注浆类似，通过内囊袋注浆管21依次注浆，先是内囊袋出浆口13出浆膨胀前端内囊袋，接着内囊袋爆破口14出浆膨胀后端内囊袋12，最后水泥浆爆破口15出浆，渗透到前后内囊袋12所形成的密闭空间及卡刺16所刺破的抽采管外空间，形成抽采密封结构与注水密封结构的一体化结合。

4)注水封孔材料凝固后，即可连接注水钢管11进行煤层注水。