一种提高破碎煤体中瓦斯钻孔抽采浓度的方法与流程

本发明涉及一种煤体瓦斯抽采方法，具体涉及一种提高破碎煤体中瓦斯钻孔抽采浓度的方法，属于井下瓦斯抽采技术领域。

背景技术：

随着煤矿开采深度的增加，煤矿的瓦斯问题日益严重，尤其是高瓦斯低透气性煤层的瓦斯治理问题，一直严重制约着煤矿的安全生产。因此，煤层钻孔瓦斯抽采作为防治瓦斯突出的重要措施一直被广泛应用，但是在瓦斯抽采的过程中，一直存在着抽采浓度低、效果差、持续时间短等各种问题。

为了提高煤层钻孔瓦斯抽采效果，我国多数突出矿井多采用高负压、大流量抽采系统，但是这样势必造成漏气量增加，瓦斯抽采浓度降低，这样不仅没缩短瓦斯有效抽采周期，缓解采掘接替紧张的现象，反而使瓦斯抽采泵站抽采浓度低于30％，从而达不到《煤矿安全规程》规定的瓦斯利用条件而将瓦斯排空，对环境造成影响。

且煤层钻孔瓦斯抽采期间煤层钻孔不可避免受到地应力各因素综合影响，从而使煤层钻孔周围裂隙不断发育，造成外界空气在抽采负压的作用下容易从这些裂隙中进入抽采钻孔内导致瓦斯抽采浓度下降，缩短了抽采钻孔的有效抽采周期，降低抽采钻孔的利用率。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种提高破碎煤体中瓦斯钻孔抽采浓度的方法，可以提高钻孔抽采利用率以及瓦斯抽采浓度，缩短有效抽采周期，缓解采掘接替紧张的现象，且操作简单，成本低廉。

为实现上述发明目的，本发明提供一种提高破碎煤体中瓦斯钻孔抽采浓度的方法，包括以下步骤：

第一步、采用小直径钻杆的钻机按照常规钻孔方法在巷道煤层上一个瓦斯抽采钻孔，然后将对抽采钻孔进行初步封孔，并向钻孔形成的密闭空间注满液体凝胶；

第二步、当液体凝胶与周围破碎的煤体紧密固结成一体时，利用大直径钻杆的钻机在上述钻孔基础上进行扩孔；

第三步、将两端安装有封孔器的瓦斯抽采管送入瓦斯抽采钻孔内，且瓦斯抽采钻孔的末端位于封孔段后1～2m的位置，瓦斯抽采管安装有瓦斯抽采阀门；其中，左端封孔器上同时安装有注浆管和液压计安装管路，液压计管路上安装有液压计，注浆管上安装有注浆管阀门，注浆管和液压计安装管路的末端均通入瓦斯抽采钻孔的封孔段内部；

第四步、瓦斯抽采管两端的封孔器再次封孔，使得封孔段形成密封空间，打开注浆管上的注浆管阀门，向封孔段内注入半流体浆液，直至液压计示数达到设定的停止注浆压力值时，关闭注浆管阀门；

第五步，当液压计示数下降低于初始注浆压力值时，重新开启注浆管阀门向封孔段内注入半流体浆液，直至液压计示数达到设定的停止注浆压力值；重复步骤五，保证封孔段内的液压始终保持在一个恒定压力范围内。

本方法先利用小直径的钻杆进行开孔，以减小煤体破碎，再利用液体凝胶使钻孔周围的破碎煤体凝结成一体，然后在利用大直径的钻杆进行扩孔，这种方式大大降低了钻孔周围裂隙的产生，为后续有效封孔提供了基础；封孔后以一定的压力将半流体浆液注入封孔段形成的密闭空间，且所注的封孔浆液始终处于一种相对恒压的状态，因此一旦钻孔周围出现新发育的裂隙，半流体浆液可以主动渗透，自动填堵裂隙，隔绝漏气通道，减少空气的进入，从而提高瓦斯抽采浓度。

进一步的，第一步中，向钻孔形成的密闭空间以不低于1.5mpa的压力注满液体凝胶。

进一步的，第四步和第五步中，液压计所设定的初始注浆压力值为0～2.5mpa，停止注浆压力值为3.5～4mpa。

进一步的，第一步中进行初步钻孔的钻机采用30mm的钻杆；第二步中进行扩孔的钻机采用80mm的钻杆。

进一步的，封孔器为聚氨酯封孔袋。

所述液体凝胶包括主料、辅料与水，其中主料为钠基膨润土和高岭土的混合物，辅料为三聚磷酸钠、绷沙、氯化钠中的一种或两种以上的混合物，主料加上辅料的质量与水的质量比为1：6～1：3。

液体凝胶初始状态为液体流动状态，常温下静止一段时间可以形成凝固状态，且具有一定的胶合力；钠基膨润土和高岭土可以保持浆液的不流失，并具有一定的润滑作用，有利于浆液渗入填充裂隙；辅料易与金属离子络合，生成可溶性络合物，使水软化，并对固体物质有极强的分散力和悬浮力，从而促进液体的凝固，使流体状态液体凝胶与破碎煤体紧密固结。

所述半流体浆液包括主料、辅料与水，其中主料为钠基膨润土和高岭土的混合物，辅料为硅酸钠、硅酸锂、二氧化硅、氯化钠中的一种或两种以上的混合物，主料加上辅料的质量与水的质量比为1：12～1：8。

混合而成的半流体浆液为非凝固、无机类半流体封孔浆液，并在整个封堵期间始终保持不脱水状态，从而维持一定的流动性；钠基膨润土和高岭土可以保持浆液的不流失，并具有一定的润滑作用，有利于浆液渗入填充裂隙；辅料可以使浆液保持一定的亲水性；胶结的流体还会对钻孔壁起到一定的弹性支撑作用，有效提高了封孔段的致密性，降低了持续作用静压水的渗流量。

本发明首先通过小直径钻杆钻孔，并向封孔段内注入液体凝胶对破碎媒体进行预处理，使液体凝胶与破碎煤体紧密固结，再利用大直径钻杆进行扩孔，以减小扩孔产生以及封堵钻孔为中心1m半径范围破碎煤体本身的裂隙；然后使用聚氨酯封孔袋对钻孔进行封堵，并以一定的压力将半流体浆液注入，封孔浆液始终处于一种相对恒压的状态，因此一旦钻孔周围出现新发育的裂隙，浆液体可以主动渗透，自动填堵裂隙，隔绝漏气通道，减少空气的进入，从而提高瓦斯抽采浓度；且在整个抽采过程中，封孔段内的浆液始终不脱水，保持半流体状态，以达到良好的封孔效果，实现瓦斯抽采钻孔新生裂隙动态封堵，大幅度提高瓦斯抽采浓度。

附图说明

图1为本发明实施过程示意图；

图中：1、瓦斯抽采钻孔，2、封孔段，3、瓦斯抽采管，4、注浆管，5、封孔器，6、液压计，7、瓦斯，8、半流体浆液，9、瓦斯抽采阀门，10、注浆管阀门，11、液体凝胶；12、液压计安装管路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。

如图1所示，一种提高破碎煤体中瓦斯钻孔抽采浓度的方法，包括以下步骤：

第一步、采用30mm的小直径钻杆的钻机按照常规钻孔方法在巷道煤层上一个瓦斯抽采钻孔1，利用两端安装聚氨酯封孔袋的封孔器5对钻孔进行初步封孔形成一段密闭空间，并向钻孔形成的密闭空间以不低于1.5mpa的压力注满液体凝胶11；

所述液体凝胶11包括主料、辅料与水，其中主料为钠基膨润土和高岭土的混合物，辅料为三聚磷酸钠、绷沙、氯化钠中的一种或两种以上的混合物，主料加上辅料的质量与水的质量比为1：6～1：3。

液体凝胶初始状态为液体流动状态，常温下静止一段时间可以形成凝固状态，且具有一定的胶合力；钠基膨润土和高岭土可以保持浆液的不流失，并具有一定的润滑作用，有利于浆液渗入填充裂隙；辅料易与金属离子络合，生成可溶性络合物，使水软化，并对固体物质有极强的分散力和悬浮力，从而促进液体的凝固，使流体状态液体凝胶与钻孔周围的破碎煤体紧密固结。

第二步、大约半天后，当液体凝胶与周围破碎的煤体紧密固结成一体时，拆除封孔器5，并利用80mm的大直径钻杆的钻机在上述钻孔基础上进行扩孔；

第三步、将两端安装聚氨酯封孔袋的瓦斯抽采管3送入瓦斯抽采钻孔1内，且瓦斯抽采钻孔的末端位于封孔段2后1～2m的位置，瓦斯抽采管3安装有瓦斯抽采阀门10；其中，左端封孔器上同时安装有注浆管4和液压计安装管路12，液压计管路12上安装有液压计6，注浆管4上安装有注浆管阀门10，注浆管4和液压计安装管路12的末端均通入瓦斯抽采钻孔1的封孔段2内部；

第四步、瓦斯抽采管3两端的聚氨酯封孔袋反应膨胀再次封孔，使得封孔段2形成密封空间，打开注浆管4上的注浆管阀门10，向封孔段2内注入半流体浆液8，直至液压计6示数达到设定的停止注浆压力值时，关闭注浆管阀门10；

液压计6所设定的初始注浆压力值为0～2.5mpa，停止注浆压力值为3.5～4mpa。

第五步，当液压计6示数下降低于初始注浆压力值时，重新开启注浆管阀门10向封孔段2内注入半流体浆液8，直至液压计6示数达到设定的停止注浆压力值；重复步骤五，保证封孔段2内的液压始终保持在一个恒定压力范围内。

所述半流体浆液8包括主料、辅料与水，其中主料为钠基膨润土和高岭土的混合物，辅料为硅酸钠、硅酸锂、二氧化硅、氯化钠中的一种或两种以上的混合物，主料加上辅料的质量与水的质量比为1：12～1：8。

混合而成的半流体浆液为非凝固、无机类半流体封孔浆液，并在整个封堵期间始终保持不脱水状态，从而维持一定的流动性；钠基膨润土和高岭土可以保持浆液的不流失，并具有一定的润滑作用，有利于浆液渗入填充裂隙；辅料可以使浆液保持一定的亲水性；胶结的流体还会对钻孔壁起到一定的弹性支撑作用，有效提高了封孔段的致密性，降低了持续作用静压水的渗流量。