基于径向强力膨胀瓦斯抽采封孔方法技术

基于径向强力膨胀瓦斯抽采封孔方法，包括以下步骤:（1）、确定封孔位置和封孔深度；（2）、确定具有自身致密性好、强度高、高膨胀性和强渗透性四个特点的封孔材料；（3）、安装径向强力膨胀抽采封孔装置；（4）、将径向强力膨胀抽采封孔装置插入到钻孔内膨胀封孔；（5）、待聚氨酯混合液包膨胀完毕，将孔口管与瓦斯抽采管连接，进行瓦斯抽采。本发明专利技术采用的装置结构简单，封孔速度快，操作简便，能使工人很快的熟练。本发明专利技术很好地提高了抽采钻孔的有效封孔长度，且由于封孔材料的致密性，完全能够承担钻孔与外界巷道的压力差，防止巷道内空气通过封孔材料自身可能存在的裂隙进入钻孔内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种煤层瓦斯抽采
，尤其涉及一种。
技术介绍
矿井瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要因素之一。瓦斯爆炸和瓦斯突出是当今煤矿的灾害之最，每年造成许多的人员伤亡和巨大的财产损失。因此，预防瓦斯灾害是对降低煤矿事故、保质煤炭工业健康持续发展，具有重要意义。瓦斯抽采是降低矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸事故和防治煤与瓦斯突出灾害的重要措施。此外，瓦斯是优质的环保能源，抽采的瓦斯可作为燃料，用于民用和发电，同时也是重要的化工原料。因此瓦斯抽采具有重要的意义。目前，我国矿井瓦斯抽采的封孔方式主要有水泥砂浆封孔和聚氨酯封孔。水泥砂浆封孔的成本虽低，但是水泥砂浆封孔的周期较长，封孔速度极慢。水泥凝固之后会收缩变形，会在孔壁与抽放孔之间形成裂隙。且水泥砂浆对于煤壁的裂隙填补效果不好，难以重填裂隙。在负压抽采下，造成大量的空气进入抽采管道。封孔效果不好。聚氨酯封孔，其具有很好的粘合力，发泡速度快，而且发泡倍数高，其凝固速度快，膨胀后变成坚硬的材料。聚氨酯凝固后防潮，耐老化。目前聚氨酯封孔在瓦斯抽采上得到了广泛的应用。上述传统的封孔方法还具有以下缺陷:首先，没有系统分析和预测巷道两帮与钻孔孔壁煤岩体裂隙发育情况，科学地确定封孔长度和封孔深度，而是根据经验或相关规定确定封孔长度和封孔深度。受封孔工艺限制，易出现两个极端:要么将封孔材料在孔口，封孔深度浅，封堵了煤体比较松软的孔口部分，无法保证有效封孔长度，导致封孔深度浅、预抽瓦斯浓度低；要么，封孔深度和封孔长度过大，造成封孔材料浪费，封孔成本提高，封孔速度慢。其次，没有一个合适的标准来判断封孔材料本身性质的适应性，多数封孔材料受钻孔周边破碎区内瓦斯压力、水锁效应、注浆压力和材料本身的性质等因素的影响，不易渗透到钻孔壁裂隙中，钻孔周边煤、岩体依然存在各种微裂隙和孔洞，巷道内空气依然会通过钻孔周围裂隙圈泄漏与渗入抽采管路中。最后，传统的封孔技术，封孔材料在钻孔内自由膨胀，不受钻孔轴向约束，没有径向压力，难于保证封孔材料自身的致密性，造成封孔不严。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、封孔深度深、封孔效果好的。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案:，包括以下步骤: (1)、应用RFPA-3D数值模拟软件，分析巷道两帮与钻孔孔壁四周煤体裂隙情况，预测巷道两帮塑性变形区和钻孔环形卸压圈的范围，进而根据孔壁四周煤体的裂隙情况及封孔长度应不低于巷道两帮裂隙发育范围，确定封孔位置和封孔深度； (2)、根据钻孔孔壁裂隙发育情况与孔壁裂隙特点，以及原有抽采瓦斯钻孔封孔技术及工艺存在的影响抽采瓦斯浓度与效果因素，确定具有自身致密性好、强度高、高膨胀性和强渗透性四个特点的封孔材料； (3)、安装径向强力膨胀抽采封孔装置:径向强力膨胀抽采封孔装置包括瓦斯抽采管和瓦斯抽采花管，瓦斯抽采花管后端与瓦斯抽采管前端连接，瓦斯抽采管外部由前到后依次设有均为圆环形的前固定挡板、前移动挡板、后移动挡板和后固定挡板，前固定挡板位于瓦斯抽采管前端，瓦斯抽采管外部在前固定挡板和前移动挡板之间设有前橡胶变形筒体，瓦斯抽采管外部在后移动挡板和后固定挡板之间设有后橡胶变形筒体，前移动挡板后表面设有前橡胶垫，后移动挡板前表面设有后橡胶垫，瓦斯抽采管外部在前橡胶垫和后橡胶垫之间设有聚氨酯混合液包；前橡胶垫的外边沿向后折弯形成盘状结构，后橡胶垫的外边沿向前折弯形成盘状结构； (4 )、将径向强力膨胀抽采封孔装置插入到钻孔内，瓦斯抽采花管距离钻孔孔口处6-8m后停止；具有鼓胀性、粘结性的聚氨酯混合液包位于前橡胶垫和后橡胶垫之间，待聚氨酯膨胀，轴向推动前移动挡板和后移动挡板分别沿瓦斯抽采管向前和向后移动，在前固定挡板和后固定挡板的阻挡下，前移动挡板和后移动挡板分别推动前橡胶变形筒体和后橡胶变形筒体产生径向变形，前橡胶变形筒体和后橡胶变形筒体径向膨胀封堵注浆段两端；聚氨酯混合液继续膨胀，由于前固定挡板和后固定挡板的封堵，聚氨酯充填、渗透到煤体裂隙中，形成一段聚氨酯充填煤体，达到密封抽采钻孔及周围孔壁煤体扰动裂隙的目的； (5)、待聚氨酯混合液包膨胀完毕，将孔口管与瓦斯抽采管连接，进行瓦斯抽采。步骤(3)中的前固定挡板和后固定挡板分别焊接在瓦斯抽采管上，前移动挡板和后移动挡板穿套并滑动连接在瓦斯抽采管上。步骤(3)中聚氨酯混合液包捆绑在前橡胶垫和后橡胶垫之间的瓦斯抽采管上。采用上述技术方案，本专利技术根据以下原理进行设计:首先，分析和预测巷道两侧与钻孔四周的孔壁煤体裂隙情况，孔壁煤体裂隙发育是地应力叠加作用的结果。地质历史时期，煤层经过多次构造运动，产生大量原生裂隙。巷道掘进过程中煤层中原岩应力重新分布，巷道围岩出现应力集中现象。当围岩应力小于煤体强度时，煤层不发生破坏并处于弹性状态；当围岩应力大于煤体强度时，巷道围岩会产生塑性变形，从巷道周边向围岩深处扩展，到一定范围出现塑性变形区。其次，封孔主要目的是使抽采管路与钻孔壁形成的空间内能够起到有效的填充和密封作用，并且能渗入钻孔煤壁的裂隙中，更好地起到严密封堵效果，以及根据孔壁煤体裂隙特点，可得出封孔材料需要满足几个主要的性质特征:1、致密性好，材料内部结构严实、无微观孔洞和裂隙。2、强度高，材料受到到较大应力作用时不易被压缩或产生裂隙。3、高膨胀性，能够高倍地膨胀，在轴向约束下能充满钻孔，并产生径向压力。4、强渗透性，在煤体内容易克服钻孔周围裂隙区内瓦斯压力、水锁效应的阻挡作用，向钻孔周围裂隙内逐渐渗透，实现封堵裂隙效果最大化。最后，运用径向强力膨胀的封孔技术，在封孔材料两端设计了轴向约束装置，使封孔材料轴向膨胀受阻，产生很大的径向压力，使封孔材料发生强力径向膨胀，充分渗入孔壁煤体裂隙内，达到良好的封孔效果。本专利技术中的前橡胶变形筒体和后橡胶变形筒体均为软质橡胶，受挤压容易变形。前移动挡板和后移动挡板可受轴向压力而移动。前移动挡板、后移动挡板、前固定挡板和后固定挡板均为圆环形，瓦斯抽采管从其中间穿出。且前移动挡板、后移动挡板、前固定挡板和后固定挡板的直径略小于钻孔直径。在前移动挡板和后移动挡板上分别固定有圆环形的前橡胶垫和后橡胶垫，前橡胶垫和后橡胶垫的直径略大于钻孔的直径，以防聚氨酯流出。本专利技术采用聚氨酯作为封孔材料对煤矿瓦斯抽采装置进行封孔。由于聚氨酯具有发泡速度快、粘度大，且凝固之后具有很好的致密性。本专利技术能够很好的约束聚氨酯的轴向膨胀。由于聚氨酯膨胀效果十分明显，聚氨酯在前固定挡板和后固定挡板被封堵下，自身膨胀可以进入劈裂、扩展孔壁内煤体裂隙，充填孔隙和煤体凹凸面。待聚氨酯充分的径向膨胀固化后与钻孔周围煤体紧密结合，最终彻底封堵瓦斯裂隙通道。在负压抽采下，由于聚氨酯的致密性，可以很好的封堵在钻孔有效作用半径区域内的煤层形成大量微观裂隙、孔隙通道，且不会随着抽采裂隙进一步发育。与之前所使用的封孔法相比，本专利技术具有以下优点: 1、根据煤岩体孔裂隙结构及力学性质、矿山压力显现规律、煤矿抽采瓦斯技术及工艺，结合RFPA-3D数值模拟研究结果，分析和预测巷道两侧与钻孔四周的孔壁煤体裂隙情况，确定巷道两侧塑性变形区和钻孔环形卸压圈的范围。根据孔壁煤体的裂隙情况及封孔长度应不低于孔壁裂隙发育范围，确定其封孔长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于径向强力膨胀瓦斯抽采封孔方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、应用RFPA‑3D数值模拟软件，分析巷道两帮与钻孔孔壁四周煤体裂隙情况，预测巷道两帮塑性变形区和钻孔环形卸压圈的范围，进而根据孔壁四周煤体的裂隙情况及封孔长度应不低于巷道两帮裂隙发育范围，确定封孔位置和封孔深度；（2）、根据钻孔孔壁裂隙发育情况与孔壁裂隙特点，以及原有抽采瓦斯钻孔封孔技术及工艺存在的影响抽采瓦斯浓度与效果因素，确定具有自身致密性好、强度高、高膨胀性和强渗透性四个特点的封孔材料；（3）、安装径向强力膨胀抽采封孔装置：径向强力膨胀抽采封孔装置包括瓦斯抽采管和瓦斯抽采花管，瓦斯抽采花管后端与瓦斯抽采管前端连接，瓦斯抽采管外部由前到后依次设有均为圆环形的前固定挡板、前移动挡板、后移动挡板和后固定挡板，前固定挡板位于瓦斯抽采管前端，瓦斯抽采管外部在前固定挡板和前移动挡板之间设有前橡胶变形筒体，瓦斯抽采管外部在后移动挡板和后固定挡板之间设有后橡胶变形筒体，前移动挡板后表面设有前橡胶垫，后移动挡板前表面设有后橡胶垫，瓦斯抽采管外部在前橡胶垫和后橡胶垫之间设有聚氨酯混合液包；前橡胶垫的外边沿向后折弯形成盘状结构，后橡胶垫的外边沿向前折弯形成盘状结构；（4）、将径向强力膨胀抽采封孔装置插入到钻孔内，瓦斯抽采花管距离钻孔孔口处6‑8m后停止；具有鼓胀性、粘结性的聚氨酯混合液包位于前橡胶垫和后橡胶垫之间，待聚氨酯膨胀，轴向推动前移动挡板和后移动挡板分别沿瓦斯抽采管向前和向后移动，在前固定挡板和后固定挡板的阻挡下，前移动挡板和后移动挡板分别推动前橡胶变形筒体和后橡胶变形筒体产生径向变形，前橡胶变形筒体和后橡胶变形筒体径向膨胀封堵注浆段两端；聚氨酯混合液继续膨胀，由于前固定挡板和后固定挡板的封堵，聚氨酯充填、渗透到煤体裂隙中，形成一段聚氨酯充填煤体，达到密封抽采钻孔及周围孔壁煤体扰动裂隙的目的；（5）、待聚氨酯混合液包膨胀完毕，将孔口管与瓦斯抽采管连接，进行瓦斯抽采。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明杰，宝坤，王凯，卢坤鹏，谭志宏，范豪杰，李卫东，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41