一种多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置及方法与流程

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，尤其是一种多腔体分段式并应用于下行瓦斯抽采钻孔的排水装置，以及利用该装置进行瓦斯抽采钻孔排水的方法。

背景技术：

煤炭作为重要的开采资源，随着煤层开采深度增加，煤层瓦斯压力及含量逐渐增大，瓦斯灾害愈发严重，威胁着矿井的安全高效发展；同时瓦斯作为一种清洁资源，工业化产出后应用广泛，瓦斯的抽采有利于实现高效节能减排。围绕井下瓦斯灾害，目前通常是采取“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理方针；目前，煤与瓦斯突出及高瓦斯矿井均在井下实施了煤层瓦斯抽采，但下向瓦斯抽采钻孔施工过程中，因水力排渣工艺或含水层的存在，使得孔内常积存大量的水，孔内积水封堵了瓦斯运移通道，增加了抽采阻力，导致瓦斯抽采效果不佳。针对下向瓦斯抽采钻孔积水方法，通常采用压风排水措施，但该技术的排水深度有限，无法实现深孔排水。为实现深孔下向瓦斯抽采钻孔的有效排水，提高瓦斯抽采效果，需要对现有的瓦斯抽采钻孔排水装置及方法做进一步的改进。

技术实现要素：

为解决下行长钻孔瓦斯抽采钻孔有效排水的技术问题，本发明提供了一种多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置及方法，具体技术方案如下。

一种多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置，包括多个分段腔室、注气管、导水管和浮球阀，分段腔室包括连接管和分段隔板，多个分段腔室依次连接，导水管连通相邻的分段腔室，注气管连通孔底分段腔室，孔底分段腔室内还设置有浮球阀和过滤网。

优选的是，连接管之间通过外套螺纹卡箍螺纹连接，每个分段腔室的所述连接管和分段隔板之间密封固定。

优选的是，分段腔室的连接管长度自孔底向孔外依次增大，导水管的下端伸至下分段腔室的底部，导水管的上端伸至上分段腔室的上部。

优选的是，浮球阀包括浮漂、重力板、弹簧和阀板，阀板和重力板之间设置有弹簧，浮漂和阀板之间通过连接绳固定；过滤网设置在阀板下方。

还优选的是，注气管上设置有进水口和进气口，进水口处设置有水密封装置。

还优选的是，分段腔室的孔口分段腔室内设置有抽水管，抽水管和抽水泵相连。

进一步优选的是，分段腔室的长度为6～10m。

一种多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水方法，利用上述的一种多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置，步骤包括：

步骤a.从孔底分段腔室开始组装，组装后分段腔室逐段放入下行瓦斯抽采钻孔内；

步骤b.通过注气管向孔底分段腔室内注水，浮漂带动阀板打开，钻孔内积水进入孔底分段腔室，直至多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置内水位和钻孔内水位齐平；

步骤c.封闭注气管的注水口，通过注气管向孔底分段腔室内注气，孔底分段腔室内的水被排出，弹簧带动阀板关闭；

步骤d.继续注气，气体沿孔底分段腔室内的导水管进入孔底分段腔室相连的上一分段腔室内，各分段腔室内的水逐段向上排出；

步骤e.多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置内的水排完后，重复步骤b至步骤d，直至完成瓦斯抽采钻孔的排水。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明提供的多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置，设置有多个分段腔室，通过多个分段腔室解决了长钻孔排水遇到的压风排水设施无法满足长距离排水的技术问题，多个腔室可拆卸连接从而方便拆装和重复利用。

(2)该装置的导水管连接分段腔室，并且通过导水管的管端设置保证了注气排水过程中不会发生回流；通过注气管和孔底分段腔室内相连，注水利用浮漂的浮力开启浮球阀，孔内积水进入分段腔室，对装置进行注气，利用气压使水分段逐级向上排出；孔底分段腔室还设置过滤网，从而保证装置内水体的洁净，防止堵管。

(3)装置还优选分段腔室的长度向上依次增大，从而方便水的排出，更好的保证上一段分段腔室的存水；并且对分段腔室的最大长度及合理的长度进行了确定，在该范围内能保证各级分段腔室稳定排水，并方便安装使用。

(4)利用该装置进行排水时，通过分段密闭空间压气排水实现水的逐级上排功能，解决了煤层下向瓦斯抽采深孔排水问题，有效避免了压风排水设施排水深度有限，无法实现深孔排水的缺点。采用密闭腔室注气分段排水原理实现深孔排水，将向上压送钻孔水划分为多段，排水更方便，进而提高了煤层下向钻孔瓦斯抽采效果。

附图说明

图1是多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置结构示意图；

图2是孔底分段腔室及内部结构示意图；

图3是剖面结构示意图；

图4是实施例2中的多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置结构示意图；

图中：1-分段腔室；11-孔底分段腔室；12-孔口分段腔室；13-连接管；14-分段隔板；2-注气管；21-进水口；22-进气口；23-水封装置；24-电动阀门；3-导水管；4-浮球阀；41-浮漂；42-重力板；43-弹簧；44-阀板；5-过滤网；6-螺纹卡箍；7-抽水泵。

具体实施方式

结合图1至图4所示，本发明提供的多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置及方法具体实施方式如下。

实施例1

一种多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置具体结构包括多个分段腔室1、注气管2、导水管3和浮球阀4。多个分段腔室1将下行的长钻孔划分为多个阶段，每个阶段的距离分别进行注气排水，从而注气压不需要很大即可满足要求。分段腔室1包括连接管13和分段隔板14，多个分段腔室1依次连接，导水管3连通相邻的分段腔室1，注气管2连通孔底分段腔室1，孔底分段腔室1内还设置有浮球阀4和过滤网5。该装置设置有多个分段腔室1，通过多个分段腔室1解决了长钻孔排水遇到的压风排水设施无法满足长距离排水的技术问题，多个腔室可拆卸连接从而方便拆装和重复利用。

连接管13之间通过外套螺纹卡箍6螺纹连接，每个分段腔室1的所述连接管13和分段隔板14之间密封固定。分段腔室1的长度为6～10m，分段腔室1的连接管长度可以自孔底向孔外依次增大，导水管3的下端伸至下分段腔室1的底部，导水管3的上端伸至上分段腔室1的上部。浮球阀4包括浮漂41、重力板42、弹簧43和阀板44，阀板44和重力板42之间设置有弹簧43，浮漂41和阀板44之间通过连接绳固定，过滤网5设置在阀板44下方。注气管2上设置有进水口21和进气口22，进水口22处设置有水密封装置。分段腔室1的孔口分段腔室12内设置有抽水管，抽水管和抽水泵7相连。

其中，导水管3分别连接各个分段腔室，并且通过导水管3的管端设置保证了注气排水过程中不会发生回流；通过注气管2和孔底分段腔室11内相连，注水利用浮漂的浮力开启浮球阀4，孔内积水进入分段腔室1，对装置进行注气，利用气压使水分段逐级向上排出；孔底分段腔室11还设置过滤网5，从而保证装置内水体的洁净，防止堵管。分段腔室1的长度可以向上依次增大，从而方便水的排出，更好的保证上一段分段腔室的存水；并且对分段腔室1的最大长度及合理的长度进行了确定，在该范围内能保证各级分段腔室稳定排水，并方便安装使用。

一种多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水方法，利用上述的一种多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置，步骤包括：

步骤a.从孔底分段腔室11开始组装，组装后分段腔室1逐段放入下行瓦斯抽采钻孔内。

步骤b.通过注气管2向孔底分段腔室11内注水，浮漂41带动阀板44打开，钻孔内积水进入孔底分段腔室11，直至多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置内水位和钻孔内水位齐平。

步骤c.封闭注气管2的注水口21，通过注气管2向孔底分段腔室内注气，孔底分段腔室11内的水被排出，弹簧43带动阀板44关闭。

步骤d.继续注气，气体沿孔底分段腔室11内的导水管3进入孔底分段腔室11相连的上一分段腔室内，各分段腔室1内的水逐段向上排出。

步骤e.多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置内的水排完后，重复步骤b至步骤d，直至完成瓦斯抽采钻孔的排水。

该方法，通过分段密闭空间压气排水实现水的逐级上排功能，解决了煤层下向瓦斯抽采深孔排水问题，有效避免了压风排水设施排水深度有限，无法实现深孔排水的缺点。采用密闭腔室注气分段排水原理实现深孔排水，将向上压送钻孔水划分为多段，排水更方便，进而提高了煤层下向钻孔瓦斯抽采效果。

实施例2

多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置的具体结构包括多个分段腔室1、注气管2、导水管3和浮球阀4。其中，瓦斯抽采钻孔下行布置，垂直或倾斜向下钻设，多个分段腔室1将下行的长钻孔划分为多个阶段，分段腔室1包括连接管13和分段隔板14，多个分段腔室1依次连接，从而放入下行的瓦斯抽采钻孔中，导水管3连通每个相邻的分段腔室1，注气管连2通孔底分段腔室11，孔底分段腔室11内还设置有浮球阀4和过滤网5，用于控制装置内进水以及防止装置堵塞。

具体的是，各个分段腔室1的连接管13之间通过外套螺纹卡箍6螺纹连接，每个连接管13的两端均设置有外接螺纹，每段连接管13的管径均相等，并且每个分段腔室的连接管13和分段隔板14之间密封固定，可以是整体制作而成。分段腔室1的长度约为6～10m，经过井下排水经验，在现有的排水钻孔直径等条件下，每段6m左右时为最佳的排水长度，此时排水不需要太大的气压，并且方便控制和安装；当每段长度为10m以上时设备的排水能力有所下降，另外在特殊的地质条件和施工条件下也可以根据具体的情况进行调整设计。分段腔室的连接管13长度可以自孔底向孔外依次增大，从而方便水的排出，更好的保证上一段分段腔室1的存水。

导水管3的下端伸至下分段腔室1的底部，为了更好的吸水可以在导水管的下端设置漏斗状吸水口，导水管3的上端伸至上分段腔室1的上部，通过导水管3的组合结构装置整体实现了分段逐级排水的功能。另外孔底分段腔体11上设置的浮球阀4包括浮漂41、重力板42、弹簧43和阀板44，重力板42固定在分段腔体内部，阀板44的上方，阀板44和重力板42之间设置有弹簧43，浮漂41和阀板44之间通过连接绳固定，过滤网5设置在阀板44下方。注气管2上设置有进水口21和进气口22，进水口21用于前期注水，进气口22上还设置有电动阀门24，进气口21用于向装置内注气排水，可以在进水口21处设置有水封装置23，这样既方便注水，又能够保证注气时不会发生漏风。分段腔室1的孔口分段腔室12内可以设置有抽水管，即装置的最上端一段分段腔室通过抽水管将水排出，该抽水管和抽水泵7相连。注气管2和孔底分段腔室11连接处，孔底分段腔室11的进气口设置在其连接管13的上部，从而可以保证空气从上方进入，不会直接进入导水管中。导水管3穿过分段隔板的位置，设置止水塞，保证导水管3和分段隔板14之间的密封性。

一种多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水方法，利用上述的一种多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置，步骤包括：

步骤a.从孔底分段腔室11开始组装，螺纹卡箍6对接各个分段腔室1，保证分段腔室1之间导水管3的导水能力，并做好密封，组装后分段腔室1逐段放入下行瓦斯抽采钻孔内。

步骤b.通过注气管2向孔底分段腔室内11注水，注水体积略预计略小于孔底分段腔体的体积，浮漂带动阀板打开，钻孔内积水进入孔底分段腔室11，直至多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置内水位和钻孔内水位齐平。

步骤c.封闭注气管的注水口21，通过注气管2向孔底分段腔室内注气，孔底分段腔室11内的水被排出，弹簧43带动阀板44关闭。

步骤d.继续注气，气体沿孔底分段腔室11内的导水管进入孔底分段腔室11相连的上一分段腔室内，各分段腔室内的水逐段向上排出。

步骤e.多腔体分段式下行瓦斯抽采钻孔排水装置内的水排完后，重复步骤b至步骤d，直至完成瓦斯抽采钻孔的排水。

该方法，通过分段密闭空间压气排水实现水的逐级上排功能，解决了煤层下向瓦斯抽采深孔排水问题，有效避免了压风排水设施排水深度有限，无法实现深孔排水的缺点。采用密闭腔室注气分段排水原理实现深孔排水，将向上压送钻孔水划分为多段，排水更方便，进而提高了煤层下向钻孔瓦斯抽采效果。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。