一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统及方法与流程

本发明属于煤矿瓦斯抽采，涉及一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统及方法。

背景技术：

1、随着我国煤炭资源逐渐走向深部开采阶段，煤层“三高一低一扰动”赋存禀性使得抽采难度增加，抽采效果不佳。其中钻孔的封孔质量是确保煤层瓦斯高效抽采的首要条件。然而，本煤层或邻近层在采动过程中则会对正在开展抽采作业的抽采钻孔产生扰动作用，进而影响抽采钻孔的密封性与抽采效果。即使在煤层瓦斯抽采初期能够达到良好的抽采效果，随着扰动作用的影响，其后期抽采效果亦然会有受到影响的可能。

2、与此同时，受巷道开挖作用的影响，巷道顶板周围所受应力重新分布，沿其径向方向依次可将其分为卸压区、应力集中区以及远处未受影响的原始应力区。在钻孔封孔过程中，卸压区和应力集中区中的塑性区内由于大量裂隙发育而不能作为封孔位置，在该处进行封孔作业均是无效的，不利于煤层瓦斯高效抽采；而对于处在应力集中区中尚未发生损伤破坏的弹性区和原始应力区则作为封孔位置，能够有效避免抽采过程中漏风现象的发生。为了降低扰动作业对钻孔质量的影响，目前主要通过增加封孔长度的方式来减小漏风量、提高抽采效果。然而增加封孔长度存在以下不足：首先，采用“两堵一注”方式进行封孔时，势必增加了封孔成本；其次，在一个钻场中，并非所有的抽采钻孔均会受扰动而发生失效，采用“一刀切”的方式增加所有钻孔的封孔长度，造成不必要的浪费；最后，当封孔长度过长则容易产生“抽采空白带”，导致部分区域抽采不达标，影响后期煤矿安全生产。因此，亟待提出一种新的封孔方法以解决当前扰动作用下钻场内钻孔部分失效、封孔成本高、漏风严重、抽采纯度低的窘境，进而实现煤层瓦斯高效抽采，为助力绿色、清洁、环保的“双碳目标”提供强有力的技术支撑。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统及方法。解决煤层瓦斯抽采过程中扰动作用引起钻孔封孔失效、抽采纯度低等问题。

2、为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统，包括注液管、抽采管路、智能调控系统、分液调节器；注液管和抽采管路布置在钻孔内，沿着抽采管路轴向由钻孔内至外分别布置第一囊袋和第二囊袋，其中在第二囊袋两侧安装有第一测压计和第二测压计，分别用于测定井下巷道大气压和二次封孔段内的密闭空间压力值，p1和p2，第一测压计和第二测压计与智能调控系统连接，并将数据实时传输至智能调控系统；智能调控系统根据测压结果确定漏风位置，利用分液调节器将泵液管路与漏风位置所在抽采钻孔的注液管连接；将充分搅拌后的封堵剂对失效的钻孔进行二次封孔堵漏。

4、进一步的，还包括混合搅拌装置，所述的混合搅拌装置与分液调节器相连接。

5、进一步的，所述的第一囊袋连接排液管，且在排液管出口处安装有安全阀。

6、基于一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统的堵漏方法，包括以下步骤：

7、1）根据每个钻孔内部的测压结果确定发生漏风所在的钻孔，将泵液管路与漏风位置所在抽采钻孔的注液管连接；

8、2）计算失效钻孔封堵所需封堵剂的体积，并将所需体积量的封堵剂流入混合搅拌装置；待封堵剂充分搅拌后，将封堵剂经泵液管路、分液调节器以及注液管泵入失效钻孔内部的密闭空间；

9、3）封堵剂在漏风通道提供的负压作用和自身体积膨胀作用下进入漏风通道内并进行钻孔堵漏；随着封堵剂的持续泵入，密闭空间内的流体压力也随之增大，对失效封孔段的第一囊袋产生挤压作用，并将第一囊袋内的液体经排液管流出，当密闭空间内的封堵剂凝固后，撤出第二囊袋和注液管；在二次封孔堵漏作用下，实现煤层瓦斯高效抽采。

10、优选的，所述钻孔是在钻场内按照布置方案依次钻孔，采用“两堵一注”的封孔方式将钻孔封孔段均布置在应力集中区内的弹性区和原始应力区之间；利用测压计测定钻孔内压力，检查气密性的完好性。

11、优选的，利用第二囊袋两侧的第一测压计和第二测压计分别测定钻孔外部大气压和密闭空间内的压力，检查密闭空间内的气密性，并将测定数据实时传输至智能调控系统；智能调控系统根据测压结果确定漏风位置。

12、优选的，当漏风钻孔数量为0时，表明钻场内的钻孔封孔段均未发生失效，无需调控分液调节器；当漏风钻孔数量为1时，表明钻场内有1处钻孔封孔段发生失效，需要调控分液调节器将泵液管路与该失效钻孔内的注液管连接；

13、当漏风钻孔数量大于1时，表明钻场内有多处钻孔封孔段发生失效，需要依次调控分液调节器将泵液管路与失效钻孔内的注液管连接；同时采用“先重后轻”的原则，首先连接漏风严重的失效钻孔，然后再依次封堵其他失效钻孔。

14、优选的，钻孔封孔段和二次堵漏的位置均布置在应力集中区尚未发生损伤破坏的弹性区和原始应力区之间。

15、更优的，二次堵漏封孔深度超过破碎带的长度，防止巷道内空气经破碎带裂隙进入抽采管路中。

16、优选的，所述的封堵剂包括a液和b液，两者充分混合后发生化学反应，由液体逐渐变为固体，且体积在凝固过程中会发生膨胀；在计算封堵剂用量v时，考虑膨胀系数、流经管路的损失量以及漏风通道体积，计算公式为：

17、

18、式中，vg表示流经管路的损失量，cm3；vm表示钻孔封孔段内二次封孔的密闭空间体积，cm3；vl表示漏风通道体积，cm3；i表示抽采钻场内第i个失效钻孔；a1表示封堵剂体积的膨胀系数；a2表示补偿系数。

19、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

20、（1）本发明采用二次封孔的方式对采动作用引起的失效钻孔进行具有针对性的封孔作业，相较于采用全部增加封孔段注浆长度来提高钻孔密封性的传统工艺，更加具有针对性和目标导向性；同时采用“一钻场一堵漏”的智能调控二次封孔的方式，有效避免了采用“一刀切”方式导致的资源浪费和过长封孔段引起抽采空白带的发生。

21、（2）本发明通过测压计对钻场内各个抽采钻孔内部的气密性进行检测与记录，并利用智能调控系统对测定数据进行实时判定与分析，及时地确定失效钻孔、开展二次堵漏封孔作业，极大地提高了钻孔二次封孔质量与效果。

22、（3）本发明利用排液管将第一囊袋内的液体抽出，封堵剂占据受采动作用导致密封效果较差第一囊袋的体积，增加二次堵漏空间，同时避免了因封堵剂所在密闭空间内压力过大而导致封孔段周围壁面发生损伤破坏，有效地确保了二次封孔质量，进而提高煤层瓦斯抽采效果。

技术特征：

1.一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统，其特征在于，包括注液管（2）、抽采管路（4）、智能调控系统（12）、分液调节器（14）；注液管（2）和抽采管路（4）布置在钻孔（15）内，沿着抽采管路（4）轴向由钻孔（15）内至外分别布置第一囊袋（5）和第二囊袋（7），其中在第二囊袋（7）两侧安装有第一测压计（6）和第二测压计（9），分别用于测定井下巷道大气压和二次封孔段内的密闭空间压力值，p1和p2，第一测压计（6）和第二测压计（9）与智能调控系统（12）连接，并将数据实时传输至智能调控系统（12）；智能调控系统（12）根据测压结果确定漏风位置，利用分液调节器（14）将泵液管路与漏风位置所在抽采钻孔的注液管（2）连接；将充分搅拌后的封堵剂（11）对失效的钻孔（15）进行二次封孔堵漏。

2.根据权利要求1所述的一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统，其特征在于，还包括混合搅拌装置（13），所述的混合搅拌装置（13）与分液调节器（14）相连接。

3.根据权利要求2所述的一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统，其特征在于，所述的第一囊袋（5）连接排液管（10），且在排液管（10）出口处安装有安全阀。

4.基于如权利要求3所述的一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统的堵漏方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的基于一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统的堵漏方法，其特征在于，所述钻孔（15）是在钻场内按照布置方案依次钻孔，采用“两堵一注”的封孔方式将钻孔（15）封孔段均布置在应力集中区内的弹性区和原始应力区之间；利用测压计测定钻孔（15）内压力，检查气密性的完好性。

6.根据权利要求4所述的基于一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统的堵漏方法，其特征在于，利用第二囊袋（7）两侧的第一测压计（6）和第二测压计（9）分别测定钻孔（15）外部大气压和密闭空间内的压力，检查密闭空间内的气密性，并将测定数据实时传输至智能调控系统（12）；智能调控系统（12）根据测压结果确定漏风位置。

7.根据权利要求4所述的基于一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统的堵漏方法，其特征在于，当漏风钻孔数量为0时，表明钻场内的钻孔封孔段均未发生失效，无需调控分液调节器（14）；当漏风钻孔数量为1时，表明钻场内有1处钻孔封孔段发生失效，需要调控分液调节器（14）将泵液管路与该失效钻孔内的注液管（2）连接；

8.根据权利要求4所述的基于一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统的堵漏方法，其特征在于，封孔段（3）和二次堵漏的位置均布置在应力集中区尚未发生损伤破坏的弹性区和原始应力区之间。

9.根据权利要求8所述的基于一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统的堵漏方法，其特征在于，二次堵漏封孔深度超过破碎带（1）的长度，防止巷道内空气经破碎带（1）裂隙进入抽采管路（4）中。

10.根据权利要求4所述的基于一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统的堵漏方法，其特征在于，所述的封堵剂（11）包括a液和b液，两者充分混合后发生化学反应，由液体逐渐变为固体，且体积在凝固过程中会发生膨胀；在计算封堵剂（11）用量v时，考虑膨胀系数、流经管路的损失量以及漏风通道体积，计算公式为：

技术总结
本发明公开了一种提高瓦斯抽采效果钻孔二次堵漏系统及方法，属于煤矿瓦斯抽采技术领域；通过测压计对钻场内各个抽采钻孔内部的气密性进行检测与记录，利用智能调控系统对测定数据进行判定，确定失效钻孔、开展二次堵漏封孔作业，采用“一钻场一堵漏”的调控二次封孔的方式，有效避免了采用“一刀切”方式导致的资源浪费和过长封孔段引起抽采空白带的发生；本发明利用排液管将第一囊袋内的液体抽出，封堵剂占据受采动作用导致密封效果较差第一囊袋的体积，增加二次堵漏空间，同时避免了因封堵剂所在密闭空间内压力过大而导致封孔段周围壁面发生损伤破坏，有效地确保了二次封孔质量，进而提高煤层瓦斯抽采效果。

技术研发人员：田新亮,孙全吉,姚理忠,凡向林
受保护的技术使用者：山西潞安环保能源开发股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17