瓦斯抽采孔排水方法与流程

本发明属于煤矿瓦斯抽采领域，具体的是瓦斯抽采孔排水方法。

背景技术：

煤矿开采时，需要在巷道面钻设瓦斯抽采孔将煤层中的瓦斯抽采出来，以保证煤矿开采的安全进行。瓦斯抽采时，按钻孔角度分为上向孔、下向孔和水平孔，将由水平面向下延伸的钻孔称为下向孔，将由水平面向上延伸的钻孔称为上向孔。

目前，瓦斯抽采通常采用深孔抽采，抽采孔开设在岩层内并向煤层深部延伸，抽采孔周围岩层和煤层的水的渗水、涌水以及钻孔作业等施工用水等汇入抽采孔内。而抽采孔内设置有用于抽出瓦斯的抽采管，若抽采孔内的水进入抽采管，会影响抽采管截面，增加抽采管阻力，因此，需要对抽采孔进行排水。

传统的采用自动放水器排出上向孔内的水，自动放水器通过其浮力自动控制，成本高，且在孔内涌水量大时，自动放水器动作频繁，易发生堵塞和损坏，故，在涌水量较大的抽采孔内，采用不连入抽采系统，待其水量明显下降后再进行抽采，如此便造成一些涌水和瓦斯涌出量均较大的钻孔不能及时抽采。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种瓦斯抽采孔排水方法，实现上向孔排水与排气同步进行，提高抽采效率。

本发明采用的技术方案是：瓦斯抽采孔排水方法，

步骤一、上向抽采孔内埋设封孔埋管；

步骤二、利用设置于封孔埋管底端的连接装置组装排水管和排气管：

所述连接装置包括外管和内管；所述外管两端贯通，一端为插接端，另一端为连接端；在所述外管的外壁设置有由外管内腔沿其径向贯通的孔口；所述内管呈l形，一端为插接端，另一端为连接端；内管插接于外管内，在外管的内壁与内管的外壁之间设置有插接空间；内管的插接端沿外管轴向向外管的插接端延伸，连接端沿外管径向穿过外管的孔口，且内管的外壁与孔口密封连接；

将封孔埋管的底端插入插接空间，并锁紧外管与封孔埋管；

所述排水管一端为进水口，另一端为出水口，排水管的进水口与外管的连接端相连接，使封孔埋管、外管和排水管贯通形成排水通路；在排水管的出水口设置通断排水管出水口的常闭的单向阀门；

所述排气管包括相互独立的抽入段和排出段；抽入段插入封孔埋管内，且其底端插入内管，顶端延伸至封孔埋管上方的抽采孔区域内；排出段的一端管口与内管的连接端相连接，另一端管口连接抽采系统，使抽入段、内管和排出段贯通形成排气通路；

步骤三、启动抽采系统，将抽采孔内的瓦斯气体经排气通路抽出；抽采孔内的水在重量作用下经排水通路排出。

进一步的，步骤一中，首先，准备封孔埋管、注浆管、排气管和所述连接装置；

将封孔埋管的底端插入插接空间，并锁紧外管与封孔埋管的相对位置，将注浆管连接于外管的连接端，使注浆管、外管和封孔埋管贯通形成注浆通路；

将排气管的抽入段插入封孔埋管内，且其底端插入内管，顶端延伸至封孔埋管上方的抽采孔区域内；将排出段的一端管口与内管的连接端相连接，另一端管口敞开，使抽入段、内管和排出段贯通形成返浆通路；

并将封孔埋管设置于抽采孔内，在抽采孔的内壁与封孔埋管的外壁之间填充预封材料封堵抽采孔与封孔埋管之间的开口；

接着，由注浆管向封孔埋管内注浆，至到浆液由排气管的排出段的管口流出时停止注浆；

然后，清通封孔埋管的内腔，清除超出封孔埋管顶端的浆液；

最后，封堵封孔埋管与外界的连接通路，养护直至抽采孔内的浆液固化。

进一步的，注浆完成后，拆卸连接装置、排气管和注浆管。

进一步的，所述排气管的抽入段的外壁密布有排气孔；步骤二中，将排气管的抽入段插入封孔埋管内时，先在排气管的抽入段的顶端安装封堵其顶端开口的堵头支架，所述堵头支架包括封堵帽和设置于封堵帽外周的支架一；所述排气管的抽取端插接于封堵帽内，并通过螺钉将排气管与封堵帽相连接。

进一步的，步骤一中使用的排气管清除浆液后作为步骤二中的排气管使用；

步骤一中使用的连接装置清除浆液后作为步骤二中的连接装置使用。

进一步的，所述连接装置上设置有包括锁紧套和滚珠；

沿外管周向，在外管的管壁上设置有一圈定位孔，所述定位孔贯穿外管管壁与外管内腔相连通；

所述锁紧套的内腔沿其轴向设置有一段逐渐扩大的锥形段；

在每个所述定位孔内活动设置有一粒所述滚珠；

所述锁紧套套装于外管的外周，并沿外管轴向与外管螺纹配合连接，且沿外管的连接端至插接端方向，所述锁紧套的内腔的锥形段呈扩大趋势，所述滚珠外侧与锁紧套的内壁挤压配合，内侧与封孔埋管的外壁挤压配合。

进一步的，在外管的内壁环绕其轴向设置的开口朝向外管插接端的插槽；在外管的内壁与插槽对应处设置有沿其径向向外凹陷的的密封圈槽，在密封圈槽内卡接有与外管内壁以及封孔埋管外壁挤压配合的密封圈。

进一步的，沿外管周向，在外管的管壁上设置有多个泄压孔一，所述泄压孔一贯穿外管的管壁与外管内腔相连通；沿外管轴向，所述泄压孔一位于外管的插接端与密封圈槽之间；

在锁紧套的管壁上有与泄压孔一对应的泄压孔二。

进一步的，步骤三中，抽采系统启动后，在抽采孔内形成负压，负压值为p1；抽采孔内的水经过封孔埋管汇集于排水管,水压值为p2，直至p2＞p1，排水管的单向阀门自动打开进行排水；排水直至p2≤p1，单向阀门自动关闭。

本发明的有益效果是：本发明公开的瓦斯抽采孔排水方法，通过连接装置将排水管与封孔埋管连通形成排水通路；通过连接装置使排气管穿插在封孔埋管内形成排气通路；通过连接装置内管和外管的设计，使排水通路与排气通路相互独立，互不干扰，实现气水分离，使得能够同时进行瓦斯抽采与抽采孔排水，从而实现瓦斯抽采及时进行的目的。且采用重力自流排水，排水工艺简单易控，排水成本低廉。

附图说明

图1为封孔埋管埋设示意图；

图2位抽采孔排水示意图；

图3位连接装置组装封孔埋管、排水管和排气管的剖视图。

图中，连接装置1、外管11、孔口111、泄压孔一112、插槽113、密封圈槽114、定位孔115、插接空间116、内管12、锁紧套13、泄压孔二131、滚珠14、封孔埋管2、排水管3、单向阀门31、排气管4、排气孔41、堵头支架42、封堵帽421、支架一422、抽入段43、排出段44、注浆管5、预封材料6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明如下：

瓦斯抽采孔排水方法，步骤一、上向抽采孔内埋设封孔埋管2；

步骤二、利用设置于封孔埋管2底端的连接装置1组装排水管3和排气管4：

如图2和图3所示，所述连接装置1包括外管11和内管12；所述外管11两端贯通，一端为插接端，另一端为连接端；在所述外管11的外壁设置有由外管11内腔沿其径向贯通的孔口111；所述内管12呈l形，一端为插接端，另一端为连接端；内管12插接于外管11内，在外管11的内壁与内管12的外壁之间设置有插接空间116；内管12的插接端沿外管11轴向向外管11的插接端延伸，连接端沿外管11径向穿过外管11的孔口111，且内管12的外壁与孔口111密封连接；

将封孔埋管2的底端插入插接空间116，并锁紧外管11与封孔埋管2；

所述排水管3一端为进水口，另一端为出水口，排水管3的进水口与外管11的连接端相连接，使封孔埋管2、外管11和排水管3贯通形成排水通路；在排水管3的出水口设置通断排水管3出水口的常闭的单向阀门31；

所述排气管4包括相互独立的抽入段43和排出段44；抽入段43插入封孔埋管2内，且其底端插入内管12，顶端延伸至封孔埋管2上方的抽采孔区域内；排出段44的一端管口与内管12的连接端相连接，另一端管口连接抽采系统，使抽入段43、内管12和排出段44贯通形成排气通路；

步骤三、启动抽采系统，将抽采孔内的瓦斯气体经排气通路抽出；抽采孔内的水在重量作用下经排水通路排出。

本发明公开的瓦斯抽采孔排水方法，通过连接装置1将排水管3与封孔埋管2连通形成排水通路；通过连接装置1使排气管4穿插在封孔埋管2内形成排气通路；通过连接装置1内管12和外管11的设计，使排水通路与排气通路相互独立，互不干扰，实现气水分离，使得能够同时进行瓦斯抽采与抽采孔排水，从而实现瓦斯抽采及时进行的目的。

并且，由于封孔埋管2采用插接的方式插入连接装置1的外管11和内管12之间的插接空间116并锁紧，连接工艺简单，连接可靠。当然，插接空间116的宽度尺寸需要大于封孔埋管2的壁厚，使得不仅能够容纳封孔埋管2插入，还能使封孔埋管2插入后，封孔埋管2内腔与排气管4相连通。

而排水管3出水口设置的常闭的单向阀门31，其在自然状态下处于关闭状态，起到封堵排水管3出水口的作用，可避免瓦斯经封堵排水管3的出水口泄露；当单向阀门31内外压差为正值时，该单向阀门31开启，水流出。具体抽采时，抽采系统启动后，瓦斯气体经排气通路抽出，在抽采孔内形成负压，设定负压值为p1；抽采孔内的水经过封孔埋管2汇集于排水管3,水压值为p2，直至p2＞p1，单向阀门31内外的压差为正值，排水管3的单向阀门31自动打开进行排水；排水直至p2≤p1，单向阀门31内外的压差为负值，单向阀门31自动关闭。该排水方式，利于重力自流排水，排水结构简单易控，排水成本低廉。

可以将注浆管5通过封孔埋管2伸入抽采孔内进行注浆，但是，其结构复杂，不易操作。本发明，如图1和图3所示，步骤一中，首先，准备封孔埋管2、注浆管5、排气管4和所述连接装置1；

将封孔埋管2的底端插入插接空间116，并锁紧外管11与封孔埋管2的相对位置，将注浆管5连接于外管11的连接端，使注浆管5、外管11和封孔埋管2贯通形成注浆通路；

将排气管4的抽入段43插入封孔埋管2内，且其底端插入内管12，顶端延伸至封孔埋管2上方的抽采孔区域内；将排出段44的一端管口与内管12的连接端相连接，另一端管口敞开，使抽入段43、内管12和排出段44贯通形成返浆通路；

并将封孔埋管2设置于抽采孔内，在抽采孔的内壁与封孔埋管2的外壁之间填充预封材料6封堵抽采孔与封孔埋管2之间的开口；

接着，由注浆管5向封孔埋管2内注浆，至到浆液由排气管4的排出段44的管口流出时停止注浆；

然后，清通封孔埋管2的内腔，清除超出封孔埋管2顶端的浆液；

最后，封堵封孔埋管2与外界的连接通路，养护直至抽采孔内的浆液固化。

注浆时，由注浆管5向上使浆液经过封孔埋管2注入抽采孔。在重力作用下，浆液由下向上堆积，抽采孔的底部开口被封闭，抽采孔内空间缩小，抽采孔内的气体经过排气管4排出，释放压力，保证注浆工作顺利完成。随着浆液的液面逐渐上升至排气管4的顶端，浆液会经过排气管4流出，提示浆液高度达到要求，注浆完成。本发明，封孔埋管2的埋设以及后续排水所需要的部件大致相同，如都采用封孔埋管2、连接装置1和排气管4，仅仅注浆管5与排水管3的区别，不仅减小了施工现场的部件种类，还使得封孔埋管2埋设时所用的部件可以为后续排水加以利用。

为了利于安装后续排水所需相关部件，优选的，注浆完成后，拆卸连接装置1、排气管4和注浆管5。

将封孔埋管2埋设时所用的连接装置1、排气管4和注浆管5拆卸后，可以更换新的连接装置1和排气管4进行排水，也可以清除之前的旧连接装置1和排气管4中的浆液后与封孔埋管2组装进行排水。

为了避免防止排气管4的抽入段43贴抽采孔的孔壁时水流进入排气管4，以及防止排气管4的抽入段43插管过程中杂物进入排气管4，优选的，所述排气管4的抽入段43的外壁密布有排气孔41；步骤二中，将排气管4的抽入段43插入封孔埋管2内时，先在排气管4的抽入段43的顶端安装封堵其顶端开口的堵头支架42，所述堵头支架42包括封堵帽421和设置于封堵帽421外周的支架一422；所述排气管4的抽取端插接于封堵帽421内，并通过螺钉将排气管4与封堵帽421相连接。其中，封堵帽421用于封堵排气管4的抽入段43的顶端开口，防止插管过程中杂物进入，排气孔41则用于气体进入排气管4。支架一422则用于防止排气管4的抽入段43贴抽采孔内壁。

为了节约资源，优选的，步骤一中使用的排气管4清除浆液后作为步骤二中的排气管4使用；步骤一中使用的连接装置1清除浆液后作为步骤二中的连接装置1使用。

为了锁紧封孔埋管2与连接装置1，避免连接失效。优选的，所述连接装置1上设置有包括锁紧套13和滚珠14；沿外管11周向，在外管11的管壁上设置有一圈定位孔115，所述定位孔115贯穿外管11管壁与外管11内腔相连通；

所述锁紧套13的内腔沿其轴向设置有一段逐渐扩大的锥形段；在每个所述定位孔115内活动设置有一粒所述滚珠14；所述锁紧套13套装于外管11的外周，并沿外管11轴向与外管11螺纹配合连接，且沿外管11的连接端至插接端方向，所述锁紧套13的内腔的锥形段呈扩大趋势，所述滚珠14外侧与锁紧套13的内壁挤压配合，内侧与封孔埋管2的外壁挤压配合。

该结构，锁紧套13内腔的直径较大的一端临近外管11的插接端，并套装于外管11上。由于锁紧套13的内腔锥形段的设置，当锁紧套13沿外管11轴向朝向外管11的插接端移动时，锁紧套13的内壁逐渐加大对滚珠14的挤压，使滚珠14沿定位孔115轴向移动逐步加压封孔埋管2的外壁，从而紧紧固定封孔埋管2。待需要松开对封孔埋管2的固定时，沿外管11轴向朝向外管11的连接端移动锁紧套13，与滚珠14接触的锁紧套13内腔的尺寸逐渐增大，对滚珠14的挤压作用越来越小，从而松开封孔埋管2，可沿封孔埋管2轴向将封孔埋管拔出。其结构简单，锁紧可靠且锁紧力可调。

外管11的内壁与内管12的外壁之间的插接空间116可以沿外管11轴向贯通，但是，如此设置，在注浆时，浆液上升容易嵌入封孔埋管2外壁与外管11内壁之间，最优的，在外管11的内壁环绕其轴向设置的开口朝向外管11插接端的插槽113；在外管11的内壁与插槽113对应处设置有沿其径向向外凹陷的的密封圈槽114，在密封圈槽114内卡接有与外管11内壁以及封孔埋管2外壁挤压配合的密封圈。

插槽113的设置，不仅缓解了上述问题，且沿外管11轴向起到限制封孔埋管11插接深度的作用；沿径向对封孔埋管11的插接端起到限位的作用，避免了封孔埋管11过度偏离外管11轴线。当然，在插槽113与内管12的外壁之间设置有间距，该间距连通外管11的内腔位于插槽113一端的部分以及位于插槽113另一端的部分。

密封圈槽114内设置密封圈在外管11内壁与封孔埋管外壁之间形成密封，避免封孔埋管内腔经过外管11内壁与封孔埋管外壁之间的间隙与外管11外壁区域相连通。

为了利于将连接装置1与封孔埋管2分离，优选的，沿外管11周向，在外管11的管壁上设置有多个泄压孔一112，所述泄压孔一112贯穿外管11的管壁与外管11内腔相连通；沿外管11轴向，所述泄压孔一112位于外管11的插接端与密封圈槽114之间；在锁紧套13的管壁上有与泄压孔一112对应的泄压孔二131。

由于无论是注浆封孔后或者排水过程中，封孔埋管2、连接装置1和抽采孔包围的区域均为密闭区域，通过泄压孔一112和泄压孔二131的设置，当封孔埋管2沿外管11轴向分离封孔埋管2与外管11时，封孔埋管2的管口到达泄压孔一112的位置，密闭区域的压力经泄压孔一112释放，从而降低了封孔埋管2与外管11分离的反向推力。