高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置及方法与流程

本发明涉及煤层钻孔封孔，特别涉及一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置及方法。

背景技术：

1、为消除煤与瓦斯突出灾害危险，需对突出煤层进行瓦斯抽采，在我国很大一部分瓦斯的开采是通过井下小孔径钻孔的抽采来实现，由于我国大部分矿区煤体松软，渗透率较低，导致抽采效果不甚理想，而煤层注水技术作为传统技术手段，通过向煤体中注入高压水以促进煤体裂隙的发育，可以显著提高煤层渗透率和瓦斯抽采率。

2、在实际生产过程中，无论是瓦斯抽采还是煤层注水，都需要向煤体内部施工钻孔，然而，瓦斯抽采钻孔由于其面临的压力较低，所以进行封孔时常常采用短距离注浆封孔即可，不需要耐受高压，与之相反的是，煤层注水在进行作业时，往往需要采用几兆帕甚至是几十兆帕的压力进行注水，以实现低渗煤层的强渗增透，因此由于面临工况条件的不同，导致针对两种技术需要施工不同的钻孔以完成作业。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置及方法，满足高瓦斯煤层注水需求的同时方便瓦斯抽采，解决因煤层注水和瓦斯抽采面临工况条件的不同，导致需要施工不同的钻孔以完成作业的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提出了一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置，包括紧贴注水孔内壁的钻孔套管、封孔组件和穿过封孔组件的注水采气管，所述封孔组件包括位于钻孔套管内前后端的孔底封孔组件、孔口封孔组件，所述孔底封孔组件包括吸水膨胀橡胶塞，所述吸水膨胀橡胶塞前端呈圆台状、后端呈圆柱状，所述钻孔套管的前端呈渐缩状态，在钻孔套管的最前端设有镂空状的卡槽架，所述卡槽架由4～6根金属杆围成，其形状与吸水膨胀橡胶塞的前端形状一致；所述封孔装置还包括定滑轮和钢丝绳组合形成的牵拉装置，所述定滑轮固定在卡槽架前端，所述钢丝绳一端固定在吸水膨胀橡胶塞上、另一端与定滑轮配合后向后穿出吸水膨胀橡胶塞，通过拉动钢丝绳能将吸水膨胀橡胶塞牵拉至钻孔套管的前端，使吸水膨胀橡胶塞的前端紧密契合在卡槽架内，使吸水膨胀橡胶塞的后端卡紧在钻孔套管的渐缩段内；所述孔口封孔组件包括安装有注浆管、回浆管的吸水膨胀橡胶圆柱，所述注浆管的出浆口靠近吸水膨胀橡胶圆柱，回浆管的回浆口靠近吸水膨胀橡胶塞，注水采气管穿过吸水膨胀橡胶圆柱、吸水膨胀橡胶塞的中心对应通孔后深入注水孔内能进行注水或抽采瓦斯。

3、上述方案中：所述卡槽架由4根金属杆围成，每根金属杆呈“l”型，4根金属杆呈“十”字分布，构造简单，设置方便。

4、上述方案中：当注水孔为穿过了在初始打孔位置的煤层并到达了其它煤层的钻孔时，所述钻孔套管长度大于初始打孔位置的煤层长度；当注水孔为顺着煤层的走向或者倾向方向而打的钻孔时，所述钻孔套管长度大于钻孔长度的一半，保证煤层注水效果好，满足密封性能要求。

5、本发明还提出了一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔方法，包括以下步骤：

6、s1、钻孔施工形成注水孔，将上述的高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置安装在注水孔内，先根据注水孔的钻孔类型选择并安装合适的钻孔套管，将钢丝绳一端与吸水膨胀橡胶塞连接、另一端与定滑轮配合后穿出吸水膨胀橡胶塞，然后将注水采气管穿过吸水膨胀橡胶塞后安装进钻孔套管的卡槽架的前端，拉紧钢丝绳使吸水膨胀橡胶塞的前端与卡槽架紧密契合，使吸水膨胀橡胶塞的后端卡紧在钻孔套管的渐缩段内，然后将安装好注浆管、回浆管的吸水膨胀橡胶圆柱穿过注水采气管并安装在钻孔套管的后端；

7、s2、通过注浆管进行带压注浆，当回浆管有浆液溢出时停止注浆，完成封孔；

8、s3、将注水采气管与瓦斯抽采系统连接后进行瓦斯抽采，待抽采压力降低至设定压力后，注水采气管与井下注水管路连接，然后进行带压煤层注水，由于吸水膨胀橡胶塞、吸水膨胀橡胶圆柱膨胀效应以及卡槽架的固定作用，满足密封性，实现注水保压，从而进一步驱替煤层瓦斯，产生二次解吸效应，提高瓦斯抽采压力。

9、上述方案中：注浆采用水泥浆，调试方便，造价成本低，密封性能好。

10、本发明的有益效果：

11、钻孔套管的前端呈渐缩状态，且在最前端设有镂空状的卡槽架，通过牵拉装置，能使吸水膨胀橡胶塞的前端紧密契合在圆台状的卡槽架内，使吸水膨胀橡胶塞的后端卡紧在钻孔套管的渐缩段内，吸水膨胀橡胶塞的后端呈圆柱状，能有效保证水膨胀橡胶塞与钻孔套管渐缩段内壁的卡接力度；通过两个固定点充分保障了煤层钻孔封孔装置的安装稳定性，同时也满足密封要求，避免因注浆时，钻孔套管内外压力不同导致吸水膨胀橡胶塞被压力推至钻孔套管端口从而脱出的情况发生，避免因注水时，钻孔套管内外压力不同导致吸水膨胀橡胶塞被压力推回钻孔套管内部，从而导致钻孔套管内壁与吸水膨胀橡胶塞出现缝隙影响密封效果的情况发生；

12、牵拉装置包括定滑轮及钢丝绳，镂空状的卡槽架方便安装定滑轮且方便钢丝绳通过，利用牵拉装置固定吸水膨胀橡胶塞，可以通过拉出钢丝绳长度判断吸水膨胀橡胶塞至钻孔套管端口距离，直至其完全嵌入固定，极大地简化了安装流程；

13、孔口封孔组件包括安装有注浆管、回浆管的吸水膨胀橡胶圆柱，注浆管的出浆口靠近吸水膨胀橡胶圆柱，能使浆液根据高低差从孔口开始慢慢灌至孔底，结合实际运用场所，有效减少注浆时间；回浆管的回浆口靠近吸水膨胀橡胶塞，根据浆液溢出情况可以保证浆液到达孔底，避免内部注浆不满导致封孔效果差、密封性差、稳固性差的情况；

14、采用注水采气管穿过封孔组件对注水孔内部进行注水或者瓦斯抽采，满足注水耐受高压需求的同时满足瓦斯抽采的密封性能要求，一孔多用，适用范围广，而且5进行煤层注水后，由于吸水膨胀橡胶膨胀效应以及卡槽架的固定作用，可以实现注水保压，从而进一步驱替瓦斯，产生二次解吸效应，提高瓦斯抽采压力，使煤层注水与瓦斯抽采施作后相互为对方提供所需环境，互利共赢；

15、综上所述，具有稳固性好、密封性能好、安装灵活、互利共赢等优点。

技术特征：

1.一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置，包括紧贴注水孔(5)内壁的钻孔套管(1)、封孔组件和穿过封孔组件的注水采气管(4)，所述封孔组件包括位于钻孔套管(1)内前后端的孔底封孔组件(2)、孔口封孔组件(3)，其特征在于：所述孔底封孔组件(2)包括吸水膨胀橡胶塞(12)，所述吸水膨胀橡胶塞(12)前端呈圆台状、后端呈圆柱状，所述钻孔套管(1)的前端呈渐缩状态，在钻孔套管(1)的最前端设有镂空状的卡槽架(17)，所述卡槽架(17)由4～6根金属杆围成，其形状与吸水膨胀橡胶塞(12)的前端形状一致；所述封孔装置还包括定滑轮(16)和钢丝绳(15)组合形成的牵拉装置，所述定滑轮(16)固定在卡槽架(17)前端，所述钢丝绳(15)一端固定在吸水膨胀橡胶塞(12)上、另一端与定滑轮(16)配合后向后穿出吸水膨胀橡胶塞(12)，通过拉动钢丝绳(15)能将吸水膨胀橡胶塞(12)牵拉至钻孔套管(1)的前端，使吸水膨胀橡胶塞(12)的前端紧密契合在卡槽架(17)内，使吸水膨胀橡胶塞(12)的后端卡紧在钻孔套管(1)的渐缩段内；所述孔口封孔组件(3)包括安装有注浆管(13)、回浆管(14)的吸水膨胀橡胶圆柱(11)，所述注浆管(13)的出浆口靠近吸水膨胀橡胶圆柱(11)，回浆管(14)的回浆口靠近吸水膨胀橡胶塞(12)，注水采气管(4)穿过吸水膨胀橡胶圆柱(11)、吸水膨胀橡胶圆塞(12)的中心对应通孔后深入注水孔内能进行注水或抽采瓦斯。

2.根据权利要求1所述的高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置，其特征在于：所述卡槽架(17)由4根金属杆围成，每根金属杆呈“l”型，4根金属杆呈“十”字分布。

3.根据权利要求1所述的高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置，其特征在于：当注水孔(5)为穿过了在初始打孔位置的煤层并到达了其它煤层的钻孔时，所述钻孔套管(1)长度大于初始打孔位置的煤层长度；当注水孔(5)为顺着煤层的走向或者倾向方向而打的钻孔时，所述钻孔套管(1)长度大于钻孔长度的一半。

4.一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔方法，其特征在于：注浆采用水泥浆。

技术总结
本发明公开了一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置及方法，封孔装置包括紧贴注水孔内壁的钻孔套管、封孔组件和穿过封孔组件的注水采气管、定滑轮和钢丝绳组合形成的牵拉装置，封孔组件包括位于钻孔套管内前后端的孔底封孔组件、孔口封孔组件，钻孔套管的前端呈渐缩状态，在钻孔套管的最前端设有镂空状的卡槽架，封孔方法包括以下步骤：钻孔施工形成注水孔，将封孔装置安装在注水孔内，通过注浆管进行带压注浆，将注水采气管与瓦斯抽采系统连接后进行瓦斯抽采，待抽采压力降至设定压力后，注水采气管与井下注水管路连接，然后进行带压煤层注水。本发明具有稳固性好、密封性能好、安装灵活、互利共赢等优点。

技术研发人员：牛富强,刘震,胡松,韩晶,陈瑶,杨赫,郝真理,陈岑,孙荣建,王小夏
受保护的技术使用者：淮北矿业股份有限公司袁店一井煤矿
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13