抽采管、抽采系统及下向钻孔抽采方法

摘要

本发明公开了一种抽采管、抽采系统及下向钻孔抽采方法，其中：抽采管包括护壁套管和通气管，两者并排固定设置；所述通气管一端的侧壁上开设有第一开孔，所述护壁套管的对应位置设置有第二开孔，所述第一开孔和第二开孔连通。本发明提供的抽采管、抽采系统及下向钻孔抽采方法，其抽采管的通气管和护壁套管通过第一开孔连通，而其他地方两个管子并不连通，在抽采过程中，通气管和护壁套管构成连通器，这样，护壁套管中沉积的水分就极易被抽采出来，水分被抽采之后，煤层中的瓦斯可以经由护壁套管上的通孔进入到护壁套管中，从而提高了瓦斯的抽采浓度。

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术，尤其涉及一种抽采管、抽采系统及下向钻 孔抽采方法。

背景技术

煤孔生产中，煤层一般位于岩石层下方，在采煤作业之前，需要对煤 气中的瓦斯进行抽采，以保证生产作业的安全性。现有技术中使用下向抽 采工艺抽采瓦斯，该工艺具体包括如下步骤：从岩石区向下钻孔，直至钻 入煤区中设定的深度；全程下护壁套管；进行封孔；将护壁套管位于巷道 内的一端与抽采泵连接；进行抽采。封孔深度参照《防治煤与瓦斯突出规 定》第五十条的规定为5m。

现有护壁套管的结构示意图参见图1，护壁套管包括护孔管1和封孔 管5，两者相互连通。护孔管1的总长度取决于煤层的厚度，封孔管5的 总长度取决于岩石层的厚度。护孔管1上开设有通孔11。实际应用中，每 节护孔管的长度一定，可以根据需要将多根护孔管连接以达到要求的长 度；封孔管也一样。钻孔完毕后，将护壁套管下到钻出的孔中，护孔管1 位于煤层中，煤层中的瓦斯经由通孔11进入到护孔管1内部，护孔管1 和封孔管5连通，将抽采泵连接在封孔管的端部以抽出瓦斯。

现有技术至少存在以下问题，一些情况下，煤层中含有丰富的水份， 这些水份经由通孔进入到护壁套管中并沉积，堵塞了通孔，煤层中的瓦斯 无法进入到护壁套管中，使得抽采到的瓦斯浓度大大降低，且沉积在护壁 套管中的水分难以被抽采出来。

发明内容

本发明提供一种抽采管、抽采系统及下向钻孔抽采方法，用以提高瓦斯 抽采的浓度。

本发明提供一种抽采管，其中：

包括护壁套管和通气管，两者并排固定设置；

所述通气管一端的侧壁上开设有第一开孔，所述护壁套管的对应位置设 置有第二开孔，所述第一开孔和第二开孔连通。

如上所述的抽采管，优选的是：

所述通气管内部还设置有比例控制阀，以控制所述通气管内气体的流通 或断开。

如上所述的抽采管，优选的是：

所述护壁套管包括护孔管和封孔管，所述护孔管和封孔管的两端都带有 丝扣，所述护孔管和封孔管之间通过管节密封连通。

如上所述的抽采管，优选的是：

所述通气管为不锈钢钢管或耐磨橡胶管。

如上所述的抽采管，优选的是：

每根所述护孔管的孔壁上开设有小孔，所述小孔的直径为10mm-25mm， 所述小孔的数量为20-30个，沿着所述护孔管的表面均匀布置。

本发明还提供一种抽采系统，其特征在于：包括本发明任一所述的抽采 管，所述抽采管的护壁套管的一端与抽采泵连通；所述抽采管的通气管的一 端与压风系统连通。

本发明再提供一种下向钻孔抽采方法，其中，包括：

使用钻头从岩石区向下钻孔，直至钻入煤区中设定的深度；

继续向下钻3-8m；

将本发明任一所述的抽采管下至所述设定的深度；

将所述抽采管的护壁套管位于巷道内的一端与抽采泵连接，将所述抽采 管的通气管位于巷道内的一端与压风系统连接；

进行抽采。

如上所述的下向钻孔抽采方法，优选的是，在从岩石区向下钻孔，直至 钻入煤区中设定的深度之前还包括：

对岩石层进行喷注水泥浆的处理。

如上所述的下向钻孔抽采方法，优选的是，在将本发明任一所述的抽采 管下至所述设定的深度之后还包括：

对抽采管和岩石层之间的孔隙进行注浆处理，进行注浆处理的长度为 12-15m。

本发明提供的抽采管、抽采系统及下向钻孔抽采方法，其抽采管的通气 管和护壁套管通过第一开孔连通，而其他地方两个管子并不连通，在抽采过 程中，通气管和护壁套管构成连通器，这样，护壁套管中沉积的水分就极易 被抽采出来，水分被抽采之后，煤层中的瓦斯可以经由护壁套管上的通孔进 入到护壁套管中，从而提高了瓦斯的抽采浓度。

附图说明

图1为现有护壁套管的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的抽采管的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的抽采系统的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的下向钻孔抽采方法的流程示意图；

图5a为本发明实施例四提供的下向钻孔抽采方法的流程示意图；

图5b为瓦斯抽采纯量变化趋势图；

图5c示意了单孔瓦斯浓度变化趋势图。

附图标记：

1、22-护孔管；    11-通孔；        2-护壁套管；

3-通气管；        31-第一开孔；    21-第二开孔；

4-管节；          5-封孔管；       6-比例控制阀；

23-小孔；         24-封孔管；      7-压风系统；

8-抽采泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例一提供的抽采管的结构示意图。本发明实施例一提 供一种抽采管，其中包括护壁套管2和通气管3，两者并排固定设置；通气 管3一端的侧壁上开设有第一开孔31，护壁套管2的对应位置设置有第二开 孔21，第一开孔31和第二开孔21连通。

对应位置是指，护壁套管和通气管平排设置后，开设的第一开孔在通气 管上的位置，和第二开孔在护壁套管上开设的位置应便于连通。通气管和护 壁套管通过第一开孔连通，而其他地方两个管子并不连通，在抽采过程中， 通气管和护壁套管构成连通器，这样，护壁套管中沉积的水分就极易被抽采 出来，水分被抽采之后，煤层中的瓦斯可以经由护壁套管上的通孔进入到护 壁套管中，从而提高了瓦斯的抽采浓度。

进一步地，通气管3内部还设置有比例控制阀6，以控制通气管3内气 体的流通或断开。

承上述内容知，设置通气管主要是为了实现抽出护壁套管中沉积的水分， 而护壁套管中水分沉积需要时间，通气管无需一直处于直通状态，所以在通 气管内部设置了比例控制阀，以在需要排水之时，打开比例控制阀。实际应 用中，可以将多个抽采管的通气管与一个压风系统连接，此时可以只设置一 个比例控制阀，设置比例控制阀的动作时间，以控制自动排水频率。通气管 中气流处于流通状态，便于使钻孔内的水分进入抽采系统中；通气管中气流 处于断开状态，便于提高瓦斯抽采效率。在本实施例中，比例控制阀以通过 时间控制为例，每30分钟，比例控制阀自动开启一次，一次开启持续2分钟。

护壁套管的优选实现方式为：护壁套管2包括护孔管22和封孔管24， 护孔管22和封孔管24的两端都带有丝扣，护孔管22和封孔管24之间通过 管节4密封连通。

护壁套管比如为4节，根据煤层和岩石层的厚度，前2节为封孔管，后 2节为护孔管。护孔管和护孔管之间、封孔管和封孔管之间都可以采用管节 密封连通。采用护孔管和封孔管连接构成护壁套管，连接关系简单，且性能 可靠。

通气管的优选实现方式为：通气管3为不锈钢钢管或耐磨橡胶管。通气 管的作用是为了使外部空气与护壁套管中的空气能够实现连通，通气管的粗 细并不影响连通的实质，实际使用中，通气管的直径为护壁套管直径的1/4， 以避免过于增加容置护壁套管和通气管的钻孔尺寸。

进一步地，每根护孔管22的孔壁上开设有小孔23，小孔23的直径为 10mm-25mm，小孔23的数量为20-30个，沿着护孔管22的表面均匀布置。

小孔直径太大，煤层中的煤渣易进入到护孔管中，上述尺寸的小孔即可 有效防止煤渣进入。以一根护孔管上均匀开设30个小孔、护孔管的直径为2 英寸为例，30个小孔的暴露面积是护孔管横截面面积的3.1倍，保证了瓦斯 有足够的通路进入到护孔管中。实际应用中，位于煤层中的护孔管上都开设 小孔，以利于气体流通。另外，位于护壁套管最前端的那根护孔管与尖锥连 接，尖锥上面不开设小孔，以更利于护壁套管向煤层中推进且不进入煤渣。

本发明实施例一提供的抽采管，设置了通气管，能够及时排出护壁套管 中沉积的水分，使得煤层中的瓦斯有足够的通路进入到护壁套管中，提高了 瓦斯抽采的浓度和抽采效率，增加了采煤作业的安全性。

本发明实施例二提供一种抽采系统，包括本发明任意实施例所述的抽采 管，抽采管的护壁套管2的一端与抽采泵8连通；抽采管的通气管3的一端 与压风系统7连通。图3为本发明实施例二提供的抽采系统的结构示意图。 具体地，抽采管的通气管与压风系统压风管连通。

本发明实施例二提供的抽采系统，其通气管能够及时排出进入抽采系统 中的水分，提高了瓦斯抽采的效率和抽采浓度，增加了采煤作业的安全性。

本发明实施例三提供一种下向钻孔抽采方法，其优选的是使用本发明任 意实施例所提供的抽采管，该方法的流程示意图参见图4，其中，该方法包 括：

步骤41、使用钻头从岩石区向下钻孔，直至钻入煤区中设定的深度。

上述钻孔技术可以采用已有的煤层钻孔技术进行。

步骤42、继续向下钻3-8m。

在本实施例中，以继续向下钻5m为例，多钻的5m深的孔可以用于沉积 水分和煤渣。

步骤43、将本发明任意实施例所述的抽采管下至设定的深度。

位于煤层的那部分抽采管的护壁套管外侧可以包裹纱网，以过滤煤层中 的煤渣。抽采管的护壁套管和通气管处理连通之外，还应连接紧密，以防脱 落。

步骤44、将抽采管的护壁套管位于巷道内的一端与抽采泵连接，将抽采 管的通气管位于巷道内的一端与压风系统连接。

压风系统为井下作业的常用设备，在本实施例中，通气管与压风系统 通过高压胶管连接后，可以通过检测护壁套管管口的出风情况来检验钻孔是 否通畅。

步骤45、进行抽采。

本发明实施例三提供的下向钻孔抽采方法，能够有效排除抽采管中沉积 的水分，提高了瓦斯抽采的浓度抽采效率。

图5a为本发明实施例四提供的下向钻孔抽采方法的流程示意图。本发明 实施例三在实施例二的技术方案基础之上，优选的是在步骤41之前还包括：

步骤61、对岩石层进行喷注水泥浆的处理。

在本步骤中，岩石层是指钻孔开孔位置周边的岩石层。实际应用中，岩 石层可能为破碎状态，或岩石上有裂痕，为了保证钻孔后岩石层的强度，在 钻孔前对岩石破碎的地方或者岩石上有裂纹的地方进行喷注水泥浆的处理， 所谓喷注水泥浆包括两个步骤，首先是在岩石表面喷上水泥浆，然后在岩石 上钻一些小孔，以灌入水泥浆。进行喷注操作后的岩石的强度会增强，保证 了后续钻孔操作的安全性。

由于钻孔精度、操作条件的限制，钻孔的尺寸和抽采管的尺寸难以完全 一致，为了防止岩石层中的空气进入到护壁套管中，优选的是，在步骤43之 后还包括步骤71：对抽采管和岩石层之间的孔隙进行注浆处理以封孔，进行 注浆处理的长度为12-15m。

进行注浆处理的目的是为了封孔，即封住位于岩石段的钻孔的孔壁和抽 采管之间的孔隙。参照《防治煤与瓦斯突出规定》，封孔的长度不低于5m， 本发明实施例以12m为例。岩壁如有破碎的现象，封孔应封至岩石层和煤层 的交界面，封孔处理的步骤如下：

在抽采管中护壁套管的护孔管的预设位置上焊接两层间距500mm的挡 板，在两块挡板间缠绕干海带并捆扎牢固；将装配好挡板的护壁套管和通气 管下入钻孔中，两块挡板边缘留有豁口，以便通气管通过；封孔管跟着护孔 管进入钻孔的同时下入4英寸的注浆管到距离上方挡板4m-6m处，同时用面 纱和聚氨酯在孔口1m处封好；然后下入返浆管；向钻孔和封孔管之间的孔 隙中注入快速膨胀水泥和水的混合溶液，快速膨胀水泥和水的重量比例为 1∶1；两个小时后，使用注浆管以不低于3MPa的注浆压力向孔隙中注入普通 水泥浆；再以不低于5MPa的注浆压力对孔隙进行点浆处理以完成封孔操作。

由于快速膨胀水泥膨胀速度快，且效果好，大大提高了喷浆操作的效率， 节省了大量的时间成本。

使用本发明实施例四提供的下向钻孔抽采方法的抽采效果图参见图5b 和图5c，其中图5b示意了为采集10个日期的瓦斯抽采纯量变化趋势图，每 两个日期之间间隔一个月。瓦斯抽采纯量是指单位时间内抽出的瓦斯的体积。 随着时间的增长，煤层中释放的瓦斯浓度越来越多，且抽采管便于及时排水， 多释放出来的瓦斯都能进入到抽采管中，瓦斯的抽采纯量也相应增加，以下 向钻孔124个为例，抽采纯量最高值可达到3.09m³/min，百孔平均抽采纯量 可达到2.5m³/min。图5c示意了对一个钻孔抽采57天的瓦斯浓度变化趋势图， 可以看出，连续抽采57天，由于通风管输入空气，该钻孔瓦斯的抽采浓度稍 有下降，但参见图5b可知，所有钻孔的总瓦斯抽采纯量是增加的。使用本法 发明实施例四提供的下向钻孔抽采方法，瓦斯的抽采浓度最高可达90％以上， 实际经验表明，连续抽采3-6个月，单孔的瓦斯浓度不低于40％，大大提高 了瓦斯的抽采量和抽采浓度。

本发明实施例四提供的下向钻孔抽采方法，封孔操作效率高，大大提高 了下向钻孔的工作效率，保证了瓦斯抽采的高效进行。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技 术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。