一种瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液封孔方法

摘要

本发明公开了一种瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液封孔方法，通过注浆泵以一定的压力将半流体封孔材料注入两段膨胀封堵材料形成的密闭空间内，注满封孔段后继续注浆一段时间，直至其内部浆液达到一定的压强，停止注浆；然后采用抽采管路对钻孔内的高浓度瓦斯进行初步抽采，同时通过注浆封孔前内置在封孔区间内的测压空心橡胶球实时监测浆液内部的压强变化，并通过与之相连的位于孔口的U形管来获取压力读数；一旦内部压力下降到触发浆液补充的压力，则开始向封孔区间内补充浆液，直至重新达到所需的压强。该方法简单、操作方便、处于恒定压强下的流动性极强的半流体状的浆液可以随时主动封堵钻孔周围新发育的裂隙，提高了封孔效果，具有广泛的适用性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种瓦斯抽采钻孔的封孔方法，适用于回采工作面、石门见煤处、煤巷 等地点的瓦斯抽放钻孔的密封，尤其适用于含水钻孔的密封。

背景技术

瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施，抽采瓦斯钻孔封孔质量以及有效抽 采周期决定了矿井瓦斯抽采的效果，而瓦斯抽采率又是衡量抽采效果的重要技术参数之 一，因此抽采瓦斯钻孔的有效封孔技术是提高抽采率至关重要的环节。在瓦斯抽采初期 其浓度一般较高，能够达到预期效果，但随着瓦斯抽采系统的延续，在有效地应力、解 吸瓦斯、抽放负压等综合作用下，抽采钻孔围岩裂隙迅速发育、扩展，发生变形破坏并 出现大量次生裂隙，封孔段与钻孔壁或其围岩拓展裂隙形成“漏气”通道，导致抽采后 期孔口抽采负压急剧下降，降低了瓦斯抽采效果，并缩短了钻孔有效抽采周期，严重影 响煤层瓦斯抽采率。针对煤层尤其是含水煤层瓦斯抽采过程中钻孔围岩不断产生大量新 生孔裂隙，致使抽放瓦斯浓度低、有效抽放周期短等技术难题，传统的一次封孔方法(包 括膨胀水泥砂浆、黄泥浆等)对于钻孔周围产生的裂隙只能进行一次性的封堵，而且封 堵浆液在高湿度的钻孔中凝固成形需要等待较长的时间，影响正常的工期；封孔材料凝 固后一般也会因为自身的收缩性而使钻孔空间无法被完全填满，从而导致裂隙区难以有 效封堵，钻孔漏气严重，密封质量差；在一次封孔的基础上使用二次封孔技术来封堵钻 孔周围的裂隙，不仅耗时耗工，而且还要购置专门的二次封孔设备，增加生产成本。为 解决含水瓦斯抽采钻孔的密封问题，迫切需要一种有效的封孔方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种操作简单、成本低廉、 能大幅度提高钻孔密封效果的含水瓦斯抽采钻孔密封方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液封孔方法，包括如下步骤：

(1)在瓦斯抽采管对应封孔段左右两端的位置分别捆绑一个聚氨酯封孔袋，通过 左端的聚氨酯封孔袋将注浆管和PVC管与瓦斯抽采管捆绑在一起，注浆管和PVC管的 左端均位于左端的聚氨酯封孔袋的左侧，注浆管和PVC管的右端均位于两个聚氨酯封 孔袋之间；PVC管的左端连通一个U型管，PVC管的右端连通一个空心测压橡胶球；

(2)当瓦斯抽采钻孔打钻成孔以后，将经步骤(1)处理的瓦斯抽采管送入瓦斯抽 采钻孔内指定位置，U型管底部朝下；在U型管内注入观测液体，在空心测压橡胶球无 压力情况下，U型管内两侧的观测液体水平高度一致；

(3)封孔段左右两端的聚氨酯封孔袋反应膨胀，最终使得封孔段形成密封空间， 打开注浆管上的注浆管阀门，向封孔段内注入半流体浆液，直至U型管内两侧的观测液 体水平高度差达到设定的停止注浆高度，关闭注浆管阀门；

(4)当U型管内两侧的观测液体水平高度差达到设定的开始注浆高度时，开启注 浆管阀门，直至U型管内两侧的观测液体水平高度差达到设定的停止注浆高度；重复步 骤，保证封孔段内的液压始终保持在一个恒定的压力范围内。

优选的，所述空心测压橡胶球可感知的最小压强为0.1MPa，空心测压橡胶球可感 知的最大压强为4MPa。封孔段内浆液压强范围为0～3Mpa，为了同时保证测量高低压强 时的测压精度，选择敏感度较高的空心测压橡胶球至于浆液中，并且高出浆液最高承压 大约1Mpa作为空心测压橡胶球的最大测压极限，以保证空心测压橡胶球在承压较大时 仍可以保持测压精度。

优选的，开启注浆管阀门后，半流体浆液将以2～3MPa的压强向封孔段内注入。当 浆液承压注入时，压力若太小，浆液无法深入封堵钻孔孔壁裂隙；压力若太大，会挤压 钻孔孔壁以及封孔段两端封堵材料，易造成钻孔失效。最终决定选取2～3MPa作为注入 浆液时浆液承压的压强区间。

优选的，所述设定的停止注浆高度为两侧的观测液体水平高度差达到200～210mm， 所述设定的开始注浆高度为两侧的观测液体水平高度差达到150～160mm。U形管两侧 液面相平时，液面高度均为150mm，左侧液面每升高10mm，孔内压强增加0.5Mpa， 当孔内压强为0～0.5Mpa时，及液面高度为150～160mm时，孔内浆液压强不足，开始补 充浆液；当孔内压强为2.5～3Mpa时，及液面高度为200～210mm时，孔内浆液压强达到 预定压强，停止注浆。

优选的，所述半流体浆液为非凝固、无机类半流体封孔浆液。作为一种无机类材料， 在搅拌、注入的过程中不会产生热量，非凝固、半流体的状态可以使得浆液在压力的作 用下随时填充孔壁裂隙。

优选的，所述半流体浆液为主料、辅料和水的混合物，其中主料为钠基膨润土和高 岭土的混合，辅料为硅酸钠、硅酸锂、二氧化硅、氯化钠中的一种或两种以上的混合， 主料与辅料的质量和与水的质量比为1：8～12。膨润土和高岭土可以保持浆液的水分不 流失，并且有一定的润滑作用，有利于浆液渗入填充裂隙。辅料作用主要在于使浆液体 积保持一定的体积，以及良好的亲水性，不会产生分离现象。料水比保持在1：8～12， 此时浆液稠稀度最适宜渗透封堵孔壁裂隙。

优选的，所述半流体浆液在瓦斯抽采钻孔的整个使用寿命周期内始终不脱水。为了 能够实时封堵抽采瓦斯过程中瓦斯抽放孔周围产生的裂隙，浆液必须时刻保持流动性。

有益效果：本发明提供的瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液封孔方法，在对钻孔内进行 密封时，以一定的压力将半流体状的封孔浆液注入，注满密闭空间后仍继续带压注一段 时间，直到达到提示停止注浆的压力阀值。所注的封孔浆液始终处于一种相对恒压的状 态，所以一旦钻孔周围出现新发育的裂隙，浆液分子可以主动渗透，自动填堵裂隙，隔 绝漏气通道，减少空气的进入，从而提高瓦斯抽采浓度。而且在整个抽采过程中，封孔 段内的浆液始终不脱水，保持半流体状态，所以尤其适用于封堵含水瓦斯钻孔。本方法 解决了瓦斯抽采过程中新生裂隙难以封堵的问题，其方法简单、易操作、可显著提高瓦 斯抽采的效果、具有极好的推广价值。

附图说明

图1为本发明的实施示意图；

图中：1—瓦斯抽采钻孔，2—封孔段，3—瓦斯抽采管，4—注浆管，5—空心测压 橡胶球，6—U形管，7—PVC管，8—聚氨酯封孔袋，9—瓦斯抽采管阀门，10—注浆管 阀门，11—半流体浆液，12—瓦斯，13裂隙群。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液封孔方法，通过注浆泵以一定的压力将半流体封 孔材料注入两段膨胀封堵材料形成的密闭空间内，注满封孔段后继续注浆一段时间，直 至其内部浆液达到一定的压强，停止注浆；然后采用抽采管路对钻孔内的高浓度瓦斯进 行初步抽采，同时通过注浆封孔前内置在封孔区间内的测压空心橡胶球实时监测浆液内 部的压强变化，并通过与之相连的位于孔口的U形管来获取压力读数；一旦内部压力下 降到触发浆液补充的压力，则开始向封孔区间内补充浆液，直至重新达到所需的压强。 该方法具体包括如下步骤：

(1)在瓦斯抽采管3对应封孔段2左右两端的位置分别捆绑一个聚氨酯封孔袋8， 通过左端的聚氨酯封孔袋8将注浆管4和PVC管7与瓦斯抽采管3捆绑在一起，注浆 管4和PVC管7的左端均位于左端的聚氨酯封孔袋8的左侧，注浆管4和PVC管7的 右端均位于两个聚氨酯封孔袋8之间；PVC管7的左端连通一个U型管6，PVC管7 的右端连通一个空心测压橡胶球5；空心测压橡胶球5可感知的最小压强为0.1MPa，空 心测压橡胶球5可感知的最大压强为4MPa；

(2)按照常规方法在巷道钻场内施工瓦斯抽采钻孔1，当瓦斯抽采钻孔1打钻成孔 以后，将经步骤(1)处理的瓦斯抽采管3送入瓦斯抽采钻孔1内指定位置，U型管6 底部朝下；在U型管6内注入观测液体，在空心测压橡胶球5无压力情况下，U型管6 内两侧的观测液体水平高度一致；如图1所示；

(3)封孔段2左右两端的聚氨酯封孔袋8反应膨胀，最终使得封孔段2形成密封 空间，打开注浆管4上的注浆管阀门10，半流体浆液11将以2～3MPa的压强向封孔段 2内注入，直至U型管6内两侧的观测液体水平高度差达到设定的停止注浆高度(两侧 的观测液体水平高度差达到200～210mm)，关闭注浆管阀门10；

(4)当U型管6内两侧的观测液体水平高度差达到设定的开始注浆高度(两侧的 观测液体水平高度差达到150～160mm)时，开启注浆管阀门10，直至U型管6内两侧 的观测液体水平高度差达到设定的停止注浆高度；重复步骤4，保证封孔段2内的液压 始终保持在一个恒定的压力范围内。

所述半流体浆液11为非凝固、无机类半流体封孔浆液，由主料、辅料和水混合而 成，其中主料为钠基膨润土和高岭土的混合，辅料为硅酸钠、硅酸锂、二氧化硅、氯化 钠中的一种或两种以上的混合，主料与辅料的质量和与水的质量比为1：8～12；所述半 流体浆液11在瓦斯抽采钻孔1的整个使用寿命周期内始终不脱水。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。