一种切槽-回填法构建防渗屏障的瓦斯抽采钻孔封孔方法与流程

本发明涉及一种瓦斯抽采钻孔的封孔方法，尤其是一种切槽-回填法构建防渗屏障的瓦斯抽采钻孔封孔方法，适用于本煤层、邻近层采前预抽和采中泄压瓦斯抽采钻孔的密封，尤其适用于顺层钻孔。

背景技术：

煤层瓦斯作为煤的伴生资源，是一种高效清洁的能源，其热值为35.9mj/m³，相当于1.2kg的标准煤。同时，瓦斯灾害也是困扰煤矿安全生产的主要因素之一。中国是产煤大国，也是煤矿瓦斯灾害最严的国家。高瓦斯矿井占到50％～70％。并且随着开采深度的增加，煤储层瓦斯含量和瓦斯压力也不断增大，瓦斯突出等动力灾害危险性也随之增加。实践证明，煤矿瓦斯治理的最根本措施是通过煤层瓦斯抽采降低瓦斯含量，从而消除瓦斯灾害危险。因此，将煤层瓦斯抽采出来加以利用，是一种具有“安全、节能、环保”三重效益的重要举措。

中国瓦斯抽采量具大，利用量和利用率却很低，特别是在煤矿井下瓦斯抽采方面，绝大多数的煤矿抽采瓦斯被排放到大气，造成严重的资源浪费；同时，排放瓦斯产生的大量二氧化碳导致的温室效应，对大气环境产生严重污染。

煤矿井下所抽采瓦斯利用率较低的根本原因是抽采的瓦斯浓度较低，因难以利用或利用经济性较差而被排入大气中。因此，提高瓦斯抽采的质量是解决利用率低的关键。

研究表明，井下瓦斯抽采浓度低主要是因钻孔密封质量较差，大量空气渗入钻孔所致。在中国煤矿主要采用井下顺层钻孔和穿层钻孔进行瓦斯抽采。据不完全统计，在中国有80％以上的井下顺层钻孔瓦斯抽采浓度会在短时间内衰减到6％-20％，煤层瓦斯的平均抽采率不足23％。这是由于随着瓦斯抽采时间的延长，钻孔围岩单位时间内流出的瓦斯总量减少，漏风量增大，综合表现出瓦斯抽采浓度随时间快速衰减的现象。

根据对钻孔周围漏风区域的研究表明，由于巷道周围的松动圈耦合钻孔周围扰动会形成一个类似漏斗状的强漏风区域，靠近巷道的区域漏风面积很大，越靠近钻孔深部漏风趋于越小。一般来说延长封孔距离和增加封孔注浆压力都是在缩小密封材料扩散的边界与漏斗状的强渗流边界的距离。由于材料本身的粘度、粒径的限制使得注浆压力在煤体裂隙中的渗透距离有限。另外，理论上讲在漏斗状强漏风区域内封孔段距离越大越接近强渗流边界，但在实际操作中封孔管一般最多下15m左右，长距离封孔难度较大，大幅度提高工程难度和施工量的同时并没有很好地解决抽采钻孔的漏风问题。

根据对钻孔周围漏风区域的研究表明，由于巷道周围的松动圈耦合钻孔周围扰动会形成一个类似漏斗状的强漏风区域，靠近巷道的区域漏风面积很大，越靠近钻孔深部漏风趋于越小。一般来说延长封孔距离和增加封孔注浆压力都是在缩小密封材料扩散的边界与漏斗状的强渗流边界的距离。由于材料本身的粘度、粒径的限制使得注浆压力在煤体裂隙中的渗透距离有限。另外，理论上讲在漏斗状强漏风区域内封孔段距离越大越接近强渗流边界，但在实际操作中封孔管一般最多下15m左右，长距离封孔难度较大，大幅度提高工程难度和施工量的同时并没有很好地解决抽采钻孔的漏风问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种切槽-回填法构建防渗屏障的瓦斯抽采钻孔封孔方法，能够有效密封钻孔周围漏风区域并隔断漏风，可以最大限度地提高抽采瓦斯浓度和煤层瓦斯抽采率。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：在距离钻孔孔口6～8m处的钻孔周围的煤体强漏风区域内掏出一个楔型圆盘状空间，在楔型圆盘状空间的前后两侧钻孔内分别设置一个封孔胶囊，向封孔胶囊及封孔段内注入封孔材料并将楔型圆盘状空间回填密实，形成隔断漏风通道的防渗屏障，完成封孔。

相比现有技术，本发明的一种切槽-回填法构建防渗屏障的瓦斯抽采钻孔封孔方法，在瓦斯抽采过程前通过在钻孔周围的煤体强漏风区域形成隔断漏风通道的防渗屏障，可有效封堵钻孔周围的漏风通道，从而保障了瓦斯抽采质量始终保持在较高水平。另外，本发明改变了现有技术延长封孔段长度、增大注浆压力的防渗思路，将被动的密封转为主动切断漏风通道，较短的封孔长度即可实现良好的封孔效果，节约注浆材料，大幅降低封孔工程量。本发明具有方法简便、节能、环保、高效的特点，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1的剖视图。

图中，1、煤体强漏风区域，2、钻孔，3、瓦斯抽采管，4、封孔注浆管，5、浆液压力管，6、封孔胶囊，7、防渗屏障，8、楔型圆盘状空间。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1和图2示出了本发明较佳的实施例的结构示意图(图中箭头表示漏风)。

实施例1的一种切槽-回填法构建防渗屏障的瓦斯抽采钻孔封孔方法，具体步骤如下(煤质较硬)：

(a)首先将瓦斯抽采的钻孔2钻进到设计的终孔位置；

(b)换用水力割缝钻头，在距离孔口深6m处进行水力切槽，将钻孔2周围由于巷道应力导致的煤体强漏风区域1的煤体冲出，形成楔型圆盘状空间8，圆盘半径为0.5m；

(c)将安装好的带有两个封堵胶囊的瓦斯抽采管3送入钻孔2中，两个封堵胶囊之间的间距5m，并使(b)步骤切出的楔型圆盘状空间8处于两个密封胶囊之间；

(d)封孔注浆管4连接注浆泵，将膨胀水泥浆液注入封孔胶囊6和两个胶囊之间直至封孔段的浆液压力达到3mpa，维持浆液压力管5内浆液压力11min不变并确保楔型圆盘状空间8全部回填，关闭注浆管阀门，完成注浆封孔；

(e)待所注浆液凝固，在水力切槽区域形成浆液构成的防渗屏障7时，将瓦斯抽采管3与巷道中的瓦斯抽采管路连接，进行瓦斯抽采；

重复以上步骤将巷道中所有瓦斯抽采管3并入抽采管路中。

经检验，通过实施例1抽采瓦斯的浓度保持在80％以上，抽采效率为60％。

实施例2的一种水力切槽构建防渗屏障的瓦斯抽采钻孔封孔方法，具体步骤如下(煤质较软)：

(a)首先将瓦斯抽采的钻孔2钻进到设计的终孔位置；

(b)换用水力割缝钻头，在距离孔口深8m处进行水力切槽，将钻孔2周围由于巷道应力导致的煤体强漏风区域1的煤体冲出，形成楔型圆盘状空间8，圆盘半径0.9m；

(c)将安装好的带有两个封堵胶囊的瓦斯抽采管3送入钻孔2中，两个封堵胶囊之间的间距6m，并使(b)步骤切出的楔型圆盘状空间8处于两个密封胶囊之间；

(d)封孔注浆管4连接注浆泵，将聚氨酯浆液注入封孔胶囊6和两个胶囊之间直至封孔段的浆液压力达到3mpa，维持浆液压力管5内浆液压力14min不变并确保楔型圆盘状空间8全部回填，关闭注浆管阀门，完成注浆封孔；

(e)待所注浆液凝固，在水力切槽区域形成浆液构成的防渗屏障7时，将瓦斯抽采管3与巷道中瓦斯抽采管路连接，进行瓦斯抽采；

重复以上步骤将所有瓦斯抽采管3并入瓦斯抽采管路。

经检测，通过实施例2抽采瓦斯的浓度不低于60％，抽采效率为45％。

本发明的原理是根据封孔材料难以深入到钻孔2周围的煤体强漏风区域1的边缘这一客观事实，根据煤体强漏风区域1呈漏斗状的特点，选择合适的位置在煤体强漏风区域1内掏出一个圆盘状空间，这个空间呈楔型状，然后在这一空间填充透气性极低的高膨胀性封孔材料，形成一道隔断漏风的封闭墙，这一方法适用于不同形式的钻孔封堵，根据煤岩硬度选择屏障构建的位置，因此凡应用这一原理的钻孔封孔方法都应属于本发明保护范围。

本发明针对瓦斯抽采钻孔周围裂隙发育、现有封孔方法和技术及新材料均难以深入煤体内部进行有效封堵的现状，提出了将裂隙发育的强漏风区域内一定范围的煤岩体掏出并以透气性较差的封孔材料回填从而构建防渗屏障7的技术来隔断漏风通道，使巷道壁的漏风难以进入钻孔2内部，进而提高抽采的瓦斯质量，弥补了现有技术的不足。本发明改变了现有技术延长封孔段长度、增大注浆压力的防渗思路，将被动的密封转为主动切断漏风通道，较短的封孔长度即可实现良好的封孔效果，节约注浆材料，大幅降低封孔工程量。本发明具有方法简便、节能、环保、高效的特点，在本技术领域内具有广泛的实用性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。