CN109441398A - 一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置及使用方法 - Google Patents
一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置及使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，该装置包括，钻孔、前端单向阀、末端单向阀、前端耐高压过滤式装置、后端耐高压过滤式装置、末端封口注浆管、带手轮气动调节阀、普通注浆管、快速接头、固定装置、瓦斯抽采管、孔洞。所述两个耐高压过滤式装置长度0.7m左右，所述两根不同规格注浆管可根据需要接不同的长度。本发明装置结构比较简单且质量轻，使用前可将注浆管盘成圆盘状，便于携带。使用时，先连接所述瓦斯抽采管，然后将封孔装置的所述两个耐高压过滤装置固定在所述瓦斯抽采管上，随同所述瓦斯抽采管一同送入钻孔即可。同时，成本低，封口气密性好，不易漏气，该装置的操作技术要求低。本发明还提供了上述装置的使用方法。
Description
技术领域
本发明涉及煤层瓦斯抽采治理技术领域，具体是一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置及使用方法
背景技术
煤炭作为我国主体能源有着战略性地位，在不可再生能源消耗中煤炭占70％以上，未来短时间内这种态势不会有很大变化。据权威预测，2050年煤炭在不可再生能源消耗中占的比重将达50％以上，故煤炭在以后发展过程中仍然作为我国的主体能源来消费。
瓦斯事故在矿井事故中，其影响程度是最恶劣的，表现形式主要有，瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出。据现有文献，我国最早发生煤矿瓦斯爆炸事故是1603年山西省高平县唐安镇一煤矿。煤与瓦斯突出造成的事故主要有：破坏巷道及机电设备，破坏煤矿的通风系统造成风流紊乱，喷出的瓦斯或煤粉在达到爆炸条件时能够发生爆炸等。据文献资料，煤与瓦斯突出造成的死亡人数占较大瓦斯事故死亡人数的44.2％。
由于我国煤炭埋藏深，赋存的地质条件复杂，煤层瓦斯含量大等因素，直接影响到我国煤矿的安全高效开采。我国是煤炭消费大国，煤炭需求量的加大导致的结果是往更深处开采煤层，国有重点煤矿的开采深度将以10～25m/年速度递增，这无疑增加了瓦斯对矿井安全开采造成的威胁程度，煤与瓦斯突出也就越可能发生。
打钻是煤矿瓦斯整治的主要技术手段之一，普遍适用于瓦斯抽采(放)、瓦斯压力参数的测试、煤层注水和煤层增透等方面。钻孔成孔后通常要对钻孔实施密封，钻孔的密封性是维持孔底负压或正压的关键因素。
我国约有2/3瓦斯抽采矿井钻孔封孔段达不到设计要求，且密封性能差，有 65％左右的采煤面预抽瓦斯浓度低于30％，远远低于《防治煤与瓦斯突出规定》中的要求，以上显示的数据可以反映出我国煤矿当前抽放钻孔封孔质量差的基本现状。我国煤矿约有80％的注水工作面中，水压达不到6.0MPa，水力影响半径大多低于5.0m。钻孔瓦斯压力测试失败率大多高于50％。有关低透突出煤层，增透钻孔封孔中，封孔成功率低于70％；高压注水钻孔和水力制裂钻孔封孔成功率低于70％。可见，我国各种类型的钻孔封孔没能达到预期理想的目标。
高地应力及采掘扰动条件下，钻孔周围的煤岩体容易发生一定程度的破坏 (在松软的煤岩层中破坏更为明显)，这无疑给封孔带来了很大的难度。现有的封孔工艺操作复杂，实际封孔时往往因为人为的原因导致封孔达不到设定的参数，降低了封孔质量。在这种情况下，结构简单、使用方便富有新意的一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置及使用方法油然而生。
发明内容
针对上述现象与技术问题，本发明的目的是提供一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置及使用方法，在操作过程中大大降低了操作难度，有利于封孔装置在封孔过程中提高封孔效率，采用的带压注浆可提高浆液在钻孔壁的扩散范围，增加封孔的密封性，配套的封孔材料后期有一定的膨胀性能，强化了封孔的密封性。
一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，其包括钻孔、前端单向阀、末端单向阀、前端耐高压过滤式装置、后端耐高压过滤式装置、末端封口注浆管、带手轮气动调节阀、普通注浆管、快速接头、固定装置、瓦斯抽采管和孔洞,所述前端耐高压过滤式装置和后端耐高压过滤式装置长度0.7m左右，所述末端封口注浆管和所述普通注浆管可根据需要接不同的长度。封孔装置的所述前端耐高压过滤式装置和后端耐高压过滤式装置靠一根所述末端封口注浆管连接，外端连接注浆泵，起到传递浆液的作用，使得浆液按要求先后进入所述前端耐高压过滤式装置和所述后端耐高压过滤式装置，注浆时在所述前端单向阀和所述末端单向阀的作用下，浆液先进入所述前端耐高压过滤式装置和所述后端耐高压过滤式装置而不发生回流，发生膨胀后，其间隔的一段距离形成了注浆空腔，当浆液压力达到所设值打开所述带手轮气动调节阀，所述普通注浆管中的浆液进入注浆封孔段，实现所述钻孔封孔。
本发明所述的一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，其中，所述浆液进入前端耐高压过滤式装置和所述的后端耐高压过滤式装置迫使耐高压过滤装置发生膨胀，两端形成堵头。
本发明所述的一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，其中，注浆达到一定压力时，打开所述带手轮气动调节阀，所述普通注浆管中的浆液进入注浆封孔段。
本发明所述的一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，其中，所述的浆液为乳液改性水泥。
本发明所述的一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，其中，所述的孔洞是均匀在瓦斯抽采管末端进行物理打孔，提高瓦斯抽采效率。
一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)注浆准备
根据孔型选择相应规格型号的封孔器产品及瓦斯抽放管，并检查是否完好无损。连接好注浆泵、搅拌器，空转检验注浆泵、搅拌器是否工作正常，验证压力表是否完好(应选用量值范围0～6MPa的隔膜压力表)检验方法：取适量长度的PE管，一端连接泵另一端折住，泵入清水看压力表有无数值。检查搅拌桶内不得有碎石子、煤块、凝固水泥块等杂物，防止堵塞注浆管路，造成封孔失败。
按所需量准备好注浆材料，注意检查注浆材料完好，无硬化结块现象，否则，应停止使用。
(2)孔底末端耐高压过滤式装置安装与固定
根据封孔深度要求，将封孔器孔底部末端耐高压过滤式装置套在所述固定装置上，所述的固定装置是由卡箍组成，卡箍事先扣在准备好的所述瓦斯抽采管上 (常用管径1.5吋)，两个卡箍距离有耐高压过滤式装置决定，防止耐高压过滤式装置在输送进钻孔时滑动或者脱落；耐高压过滤式装置的两端用铁丝紧固在所述瓦斯抽采管上(要点是铁丝需紧固在耐高压过滤式装置开口的内侧，即将耐高压过滤式装置两出口扎实，铁丝茬子要打圈处理，以防耐高压过滤式装置在膨胀的过程中被扎破)。
(3)封孔注浆胶管固定
按顺序接好Polyvinyl chloride塑胶所述瓦斯抽采管，并逐步将封孔器推送至孔内要求位置，所述末端封口注浆管和所述普通注浆管(所述普通注浆管(10)的长度由封口段决定,使其出浆口处于封口段里)一同每2米用宽胶带固定在封孔套管上，防止在送钻孔过程中胶管来回摆动。
(4)孔口耐高压过滤式装置套管固定
将孔口用已备好的所述快速接头与所述末端封口注浆管进行连接，来回抽动接口处确定耐高压过滤式装置已安装牢固后，用铁丝打圈卡住所述快速接头的开关槽口以防注浆时压力过大冲开，并将耐高压过滤式装置紧固方式将孔口所述耐高压过滤式装置固定在孔口所述瓦斯抽采管上，并推送进所述钻孔内,将孔口所述瓦斯抽采管用铁丝固定在钻孔附近的支护材料上，将所述末端封口注浆管和所述普通注浆管按时间顺序接到注浆泵出口注浆管上，即可进行注浆操作。
(5)注浆液配比
在搅拌桶内按水灰比0.7∶1(水为0.7，灰为1)的比例调配注浆液。
在调配浆液和注浆过程中的过程中需不停搅拌，以免浆液凝固。
2、注浆操作
(1)在确认以上准备工作无误后启动注浆泵，开始注浆时速度不宜过快，注浆泵进气阀手柄一般控制在打开行程的三分之一至二分之一处。
(2)注浆开始后操作人员需时刻注意观察压力表数值变化情况(此项非常关键，压力表数值的变化直接反应注浆情况，是分析孔内各项情况的依据)，在耐高压过滤式装置未注满带压前注浆压力一般不高于0.6MPa，在耐高压过滤式装置即将注满时压力会快速上升至所述带手轮气动调节阀设定压力值2.0MPa左右，关闭所述末端封口注浆管管路上的阀门，停止供浆，此时打开所述带手轮气动调节阀，压力值会急速下降并接近0位，通过所述普通注浆管注浆封堵两耐高压过滤式装置中间孔段，速度可适当提高；中间段即将注满时所述带手轮气动调节阀数值会持续上升，在上升至(1.2～1.5)MPa时停止注浆，观察压力数值情况，正常情况应为带压后压力数值基本保持不变，若压力不能保持，则说明未能注满，需继续尝试注浆直至注满并保持带压。
(4)注浆结束及清洗
注满带压后需先将注浆泵泄压，然后去掉注浆管连接管，并对孔口注浆管弯折封堵处理，此时整个过程即为结束。
注浆完成后需及时清洗注浆泵，并将隔膜压力表拆卸下来，对表身下部的孔内进行清洗，防止有注浆材料残留影响表的准确性，清洗完成后装回即可。搅拌桶内剩余注浆材料应进行处理并清洗干净，防止结块的颗粒在下次注浆时堵塞注浆泵或注浆管。
另外，该发明具有以下优点：
①通过抽采量统计，耐高压过滤式钻孔定位封孔装置比一堵一注+普通水泥和一堵一注+膨胀水泥抽采效果更好，抽采纯度更高；
②耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，具备封孔气密性好，不易漏气，初抽浓度符合《防治煤与瓦斯突出规定》第50条“预抽瓦斯浓度不低于30％的规定”综上所述：该发明具备结构简单，设计合理，操作简单，气密性好，封孔不漏气，可以调节封孔的长度，抽放稳定，成本低，可显著的提高瓦斯抽采浓度，可以有效利用瓦斯，把瓦斯变废为宝。
附图说明
图1为本发明的主结构示意图。
图2为本发明另一角度结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，包括钻孔11、前端单向阀2、末端单向阀1、前端耐高压过滤式装置3、后端耐高压过滤式装置4、末端封口注浆管6、带手轮气动调节阀9、普通注浆管10、快速接头12、固定装置7、瓦斯抽采管5和孔洞8,前端耐高压过滤式装置3和后端耐高压过滤式装置4长度0.7m左右，末端封口注浆管6和普通注浆管10可根据需要接不同的长度。封孔装置的前端耐高压过滤式装置3和后端耐高压过滤式装置4靠一根末端封口注浆管6连接，外端连接注浆泵，起到传递浆液的作用，使得浆液按要求先后进入前端耐高压过滤式装置3和后端耐高压过滤式装置4，注浆时在前端单向阀2和末端单向阀1的作用下，浆液先进入前端耐高压过滤式装置3和所述后端耐高压过滤式装置4而不发生回流，发生膨胀后，其间隔的一段距离形成了注浆空腔，当浆液压力达到所设值打开所述带手轮气动调节阀9，普通注浆管10中的浆液进入注浆封孔段，实现钻孔11封孔。
本实施例一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置的使用方法，包括如下步骤：
(1)注浆准备
根据孔型选择相应规格型号的封孔器产品及瓦斯抽放管，并检查是否完好无损。连接好注浆泵、搅拌器，空转检验注浆泵、搅拌器是否工作正常，验证压力表是否完好(应选用量值范围0～6MPa的隔膜压力表)检验方法：取适量长度的PE管，一端连接泵另一端折住，泵入清水看压力表有无数值。检查搅拌桶内不得有碎石子、煤块、凝固水泥块等杂物，防止堵塞注浆管路，造成封孔失败。
按所需量准备好注浆材料，注意检查注浆材料完好，无硬化结块现象，否则，应停止使用。
(2)孔底末端耐高压过滤式装置安装与固定
根据封孔深度要求，将封孔器孔底部末端耐高压过滤式装置套在所述固定装置上，所述的固定装置是由卡箍组成，卡箍事先扣在准备好的所述瓦斯抽采管上(常用管径1.5吋)，两个卡箍距离有耐高压过滤式装置决定，防止耐高压过滤式装置在输送进钻孔时滑动或者脱落；耐高压过滤式装置的两端用铁丝紧固在所述瓦斯抽采管上(要点是铁丝需紧固在耐高压过滤式装置开口的内侧，即将耐高压过滤式装置两出口扎实，铁丝茬子要打圈处理，以防耐高压过滤式装置在膨胀的过程中被扎破)。
(3)封孔注浆胶管固定
按顺序接好Polyvinyl chloride塑胶所述瓦斯抽采管，并逐步将封孔器推送至孔内要求位置，所述末端封口注浆管和所述普通注浆管(所述普通注浆管(10)的长度由封口段决定,使其出浆口处于封口段里)一同每2米用宽胶带固定在封孔套管上，防止在送钻孔过程中胶管来回摆动。
(4)孔口耐高压过滤式装置套管固定
将孔口用已备好的所述快速接头与所述末端封口注浆管进行连接，来回抽动接口处确定耐高压过滤式装置已安装牢固后，用铁丝打圈卡住所述快速接头的开关槽口以防注浆时压力过大冲开，并将耐高压过滤式装置紧固方式将孔口所述耐高压过滤式装置固定在孔口所述瓦斯抽采管上，并推送进所述钻孔内,将孔口所述瓦斯抽采管用铁丝固定在钻孔附近的支护材料上，将所述末端封口注浆管和所述普通注浆管按时间顺序接到注浆泵出口注浆管上，即可进行注浆操作。
(5)注浆液配比
在搅拌桶内按水灰比0.7∶1(水为0.7，灰为1)的比例调配注浆液。
在调配浆液和注浆过程中的过程中需不停搅拌，以免浆液凝固。
2、注浆操作
(1)在确认以上准备工作无误后启动注浆泵，开始注浆时速度不宜过快，注浆泵进气阀手柄一般控制在打开行程的三分之一至二分之一处。
(2)注浆开始后操作人员需时刻注意观察压力表数值变化情况(此项非常关键，压力表数值的变化直接反应注浆情况，是分析孔内各项情况的依据)，在耐高压过滤式装置未注满带压前注浆压力一般不高于0.6MPa，在耐高压过滤式装置即将注满时压力会快速上升至所述带手轮气动调节阀设定压力值2.0MPa左右，关闭所述末端封口注浆管管路上的阀门，停止供浆，此时打开所述带手轮气动调节阀，压力值会急速下降并接近0位，通过所述普通注浆管注浆封堵两耐高压过滤式装置中间孔段，速度可适当提高；中间段即将注满时所述带手轮气动调节阀数值会持续上升，在上升至(1.2～1.5)MPa时停止注浆，观察压力数值情况，正常情况应为带压后压力数值基本保持不变，若压力不能保持，则说明未能注满，需继续尝试注浆直至注满并保持带压。
(4)注浆结束及清洗
注满带压后需先将注浆泵泄压，然后去掉注浆管连接管，并对孔口注浆管弯折封堵处理，此时整个过程即为结束。
注浆完成后需及时清洗注浆泵，并将隔膜压力表拆卸下来，对表身下部的孔内进行清洗，防止有注浆材料残留影响表的准确性，清洗完成后装回即可。搅拌桶内剩余注浆材料应进行处理并清洗干净，防止结块的颗粒在下次注浆时堵塞注浆泵或注浆管。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围限制，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术方案作出各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，其特征在于：钻孔(11)、前端单向阀(2)、末端单向阀(1)、前端耐高压过滤式装置(3)、后端耐高压过滤式装置(4)、末端封口注浆管(6)、带手轮气动调节阀(9)、普通注浆管(10)、快速接头(12)、固定装置(7)、瓦斯抽采管(5)和孔洞(8),所述前端耐高压过滤式装置(3)和所述后端耐高压过滤式装置(4)长度0.7m左右，所述末端封口注浆管(6)和所述普通注浆管(10)可根据需要接不同的长度。封孔装置的所述前端耐高压过滤式装置(3)和所述后端耐高压过滤式装置(4)靠一根所述末端封口注浆管(6)连接，外端连接注浆泵，起到传递浆液的作用，使得浆液按要求先后进入所述前端耐高压过滤式装置(3)和所述后端耐高压过滤式装置(4)，注浆时在所述前端单向阀(2)和所述末端单向阀(1)的作用下，浆液先进入所述前端耐高压过滤式装置(3)和所述后端耐高压过滤式装置(4)而不发生回流，发生膨胀后，其间隔的一段距离形成了注浆空腔，当浆液压力达到所设值打开所述带手轮气动调节阀(9)，所述普通注浆管(10)中的浆液进入注浆封孔段，实现所述钻孔(11)封孔。
2.根据权利要求1所述的一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，其特征在于：浆液进入所述的前端耐高压过滤式装置(3)和所述的后端耐高压过滤式装置(4)迫使耐高压过滤装置发生膨胀，两端形成堵头。
3.根据权利要求1所述的一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，其特征在于：注浆达到一定压力时，打开所述带手轮气动调节阀(9)，所述普通注浆管(10)中的浆液进入注浆封孔段。
4.根据权利要求1所述的一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，其特征在于：所述的浆液为乳液改性水泥。
5.根据权利要求1所述的一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置，其特征在于：所述的孔洞(8)是均匀在所述的瓦斯抽采管(5)末端进行物理打孔，提高瓦斯抽采效率。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种耐高压过滤式钻孔定位封孔装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)注浆准备
根据孔型选择相应规格型号的封孔器产品及瓦斯抽放管，并检查是否完好无损。连接好注浆泵、搅拌器，空转检验注浆泵、搅拌器是否工作正常，验证压力表是否完好(应选用量值范围0～6MPa的隔膜压力表)检验方法：取适量长度的PE管，一端连接泵另一端折住，泵入清水看压力表有无数值。检查搅拌桶内不得有碎石子、煤块、凝固水泥块等杂物，防止堵塞注浆管路，造成封孔失败。
按所需量准备好注浆材料，注意检查注浆材料完好，无硬化结块现象，否则，应停止使用。
(2)孔底末端耐高压过滤式装置安装与固定
根据封孔深度要求，将封孔器孔底部末端耐高压过滤式装置(3)套在所述固定装置(7)上，所述的固定装置(7)是由卡箍组成，卡箍事先扣在准备好的所述瓦斯抽采管(5)上(常用管径1.5吋)，两个卡箍距离有耐高压过滤式装置决定，防止耐高压过滤式装置在输送进钻孔时滑动或者脱落；耐高压过滤式装置的两端用铁丝紧固在所述瓦斯抽采管(5)上(要点是铁丝需紧固在耐高压过滤式装置开口的内侧，即将耐高压过滤式装置两出口扎实，铁丝茬子要打圈处理，以防耐高压过滤式装置在膨胀的过程中被扎破)。
(3)封孔注浆胶管固定
按顺序接好Polyvinyl chloride塑胶所述瓦斯抽采管(5)，并逐步将封孔器推送至孔内要求位置，所述末端封口注浆管(6)和所述普通注浆管(10)(所述普通注浆管(10)的长度由封口段决定,使其出浆口处于封口段里)一同每2米用宽胶带固定在封孔套管上，防止在送钻孔过程中胶管来回摆动。
(4)孔口耐高压过滤式装置套管固定
将孔口用已备好的所述快速接头(12)与所述末端封口注浆管(6)进行连接，来回抽动接口处确定耐高压过滤式装置已安装牢固后，用铁丝打圈卡住所述快速接头(12)的开关槽口以防注浆时压力过大冲开，并将耐高压过滤式装置紧固方式将孔口所述耐高压过滤式装置(3)固定在孔口所述瓦斯抽采管(5)上，并推送进所述钻孔(11)内,将孔口所述瓦斯抽采管(5)用铁丝固定在钻孔附近的支护材料上，将所述末端封口注浆管(6)和所述普通注浆管(10)按时间顺序接到注浆泵出口注浆管上，即可进行注浆操作。
(5)注浆液配比
在搅拌桶内按水灰比0.7∶1(水为0.7，灰为1)的比例调配注浆液。
在调配浆液和注浆过程中的过程中需不停搅拌，以免浆液凝固。
2、注浆操作
(1)在确认以上准备工作无误后启动注浆泵，开始注浆时速度不宜过快，注浆泵进气阀手柄一般控制在打开行程的三分之一至二分之一处。
(2)注浆开始后操作人员需时刻注意观察压力表数值变化情况(此项非常关键，压力表数值的变化直接反应注浆情况，是分析孔内各项情况的依据)，在耐高压过滤式装置未注满带压前注浆压力一般不高于0.6MPa，在耐高压过滤式装置即将注满时压力会快速上升至所述带手轮气动调节阀(9)设定压力值2.0MPa左右，关闭所述末端封口注浆管(6)管路上的阀门，停止供浆，此时打开所述带手轮气动调节阀(9)，压力值会急速下降并接近0位，通过所述普通注浆管(10)注浆封堵两耐高压过滤式装置中间孔段，速度可适当提高；中间段即将注满时所述带手轮气动调节阀(9)数值会持续上升，在上升至(1.2～1.5)MPa时停止注浆，观察压力数值情况，正常情况应为带压后压力数值基本保持不变，若压力不能保持，则说明未能注满，需继续尝试注浆直至注满并保持带压。
(4)注浆结束及清洗
注满带压后需先将注浆泵泄压，然后去掉注浆管连接管，并对孔口注浆管弯折封堵处理，此时整个过程即为结束。
注浆完成后需及时清洗注浆泵，并将隔膜压力表拆卸下来，对表身下部的孔内进行清洗，防止有注浆材料残留影响表的准确性，清洗完成后装回即可。搅拌桶内剩余注浆材料应进行处理并清洗干净，防止结块的颗粒在下次注浆时堵塞注浆泵或注浆管。
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