本發(fā)明屬于煤層鉆孔抽采瓦斯的封孔技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鉆孔圍巖裂隙結(jié)構(gòu)提高封孔效果的方法。

背景技術(shù)：

目前，煤礦井下鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯是區(qū)域瓦斯治理主要技術(shù)，但是存在鉆孔抽采瓦斯?jié)舛绕停瑖乐赜绊懨簩油咚钩椴尚Ч?。分析其原因在于，大量原生裂隙受到巷道?yīng)力集中區(qū)以及鉆孔破碎區(qū)的共同影響，進一步發(fā)育，同時產(chǎn)生大量的新生裂隙?？妆诿后w裂隙發(fā)育是煤巖體存在大量原生裂隙及巷道掘進產(chǎn)生的應(yīng)力疊加作用綜合作用的結(jié)果。地質(zhì)歷史時期，煤層經(jīng)過多次構(gòu)造運動，產(chǎn)生大量原生裂隙。巷道掘進過程中煤層中原巖應(yīng)力重新分布，巷道圍巖出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)圍巖應(yīng)力大于煤體強度時，巷道圍巖會產(chǎn)生塑性變形，從巷道周邊向圍巖深處擴展，到一定范圍出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)。生產(chǎn)實際中應(yīng)力集中區(qū)變化范圍一般為5～12m。應(yīng)力集中區(qū)促進了煤體裂隙的發(fā)育，施工抽采鉆孔時加劇了煤壁破壞，鉆孔四周形成環(huán)形卸壓圈，鉆孔對煤壁產(chǎn)生徑向裂隙，進一步促進裂隙發(fā)育。瓦斯抽采鉆孔對煤體擾動破壞范圍一般為孔徑的5～10倍。隨后，在抽采瓦斯過程中，隨著大量瓦斯氣體從煤體抽出，煤層瓦斯壓力和瓦斯含量下降，煤體中的瓦斯彈性潛能得以釋放，并由此引發(fā)煤層產(chǎn)生變形、位移、卸壓(地應(yīng)力減小)、煤層透氣性增大等現(xiàn)象，在鉆孔有效作用半徑區(qū)域內(nèi)的煤層形成大量微觀裂隙及孔隙通道。因此預(yù)抽煤層瓦斯后，裂隙發(fā)育程度更高。當(dāng)這些因應(yīng)力擾動產(chǎn)生的裂隙與外界大氣溝通時，如果封孔不嚴或者封孔段短，未超過裂隙顯著發(fā)育范圍時，在抽采負壓作用下空氣就由煤幫和抽采鉆孔周邊進入鉆孔及抽放管路，使抽采系統(tǒng)瓦斯?jié)舛认陆怠Ａ硗?，在瓦斯抽采過程中，由于煤體內(nèi)含有較多的水，瓦斯抽采管上的抽采孔容易被煤漿堵塞，導(dǎo)致抽采效率大大降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種便于操作、改善封孔效果、避免空氣進入由煤幫和抽采鉆孔周邊進入鉆孔內(nèi)、安全可靠、能提高瓦斯抽采效率的基于鉆孔圍巖裂隙結(jié)構(gòu)提高封孔效果的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：基于鉆孔圍巖裂隙結(jié)構(gòu)提高封孔效果的方法，包括以下步驟：

1） 首先確認受巷道掘進影響產(chǎn)生的U型卸壓煤體區(qū)域，由鉆孔的各項參數(shù)得出鉆孔鉆進產(chǎn)生的環(huán)形卸壓煤體區(qū)域，進而得到受鉆孔鉆進集中應(yīng)力影響產(chǎn)生的破碎帶與巷道掘進產(chǎn)生的應(yīng)力集中帶共同影響的煤體裂隙區(qū)域；

2） 根據(jù)煤田地質(zhì)特征，分析煤體構(gòu)造原生裂隙的發(fā)育，考慮圍巖應(yīng)力大于煤體強度以及施工抽采鉆孔時裂隙的進一步發(fā)育狀況，同時考慮瓦斯抽采過程中引發(fā)的煤體變形，煤層透氣性增大所形成的微觀裂隙及孔隙通道；

3） 根據(jù)巷道兩幫和鉆孔周圍煤體形成的裂隙發(fā)育范圍，考慮抽采過程中隨著瓦斯的抽出因壓力下降形成的微觀裂隙及孔隙通道,封孔長度應(yīng)大于受鉆孔鉆進影響產(chǎn)生的破碎帶與巷道掘進產(chǎn)生的應(yīng)力集中帶共同影響的煤體裂隙區(qū)域，確定適宜的封孔深度；

4） 使用流動性好、致密性好、強度高、高粘結(jié)性、強滲透性、有自我膨脹性的封孔材料密封抽采管與環(huán)形卸壓煤體區(qū)域之間的環(huán)形空間，并使封孔材料注入到微觀裂隙及孔隙通道內(nèi)，進行有效的封孔；為了保證封孔效果，防止封孔材料進入封孔范圍之外的煤裂隙，在封孔裝置兩端采用阻擋結(jié)構(gòu)限位，確保抽采管上設(shè)置的抽采孔的通透性；

5） 待鉆孔內(nèi)的封孔材料固化完畢，在抽采管的外圓上穿套上一個限位盤，限位盤上設(shè)有充填孔，限位盤的外邊緣上固定設(shè)置一個套筒，套筒的一端圓周邊緣設(shè)有一圈尖銳結(jié)構(gòu)，采用人力或巷道內(nèi)壓縮空氣推動限位盤沿抽采管向巷道壁移動，套筒端部的一圈尖銳結(jié)構(gòu)扎入到巷道壁內(nèi)，然后在抽采管上設(shè)有與限位盤頂壓接觸的限位環(huán)，接著通過充填孔向套筒、抽采管外壁、限位盤和巷道壁之間形成的空間內(nèi)充填步驟4 ）中所使用的封孔材料；

6）待套筒內(nèi)的封孔材料固化完畢后，將抽采管與瓦斯抽采支管連接，進行正常瓦斯抽采；

7）根據(jù)抽采瓦斯?jié)舛?、抽采純量的變化來分析檢驗封孔效果。

在封孔前預(yù)先在抽采管內(nèi)設(shè)置有抽采防堵塞裝置，并在抽采管上的抽采孔處設(shè)置一塊網(wǎng)板，步驟6）中在瓦斯抽采過程中，出現(xiàn)煤漿堵塞網(wǎng)板時，啟動抽采防堵塞裝置，將網(wǎng)板上堵塞的煤漿吹開，從而確保瓦斯抽采作業(yè)的正常連續(xù)進行。

抽采防堵塞裝置包括設(shè)在抽采管抽采端的堵板和同軸向設(shè)在抽采管內(nèi)的一根疏通管，疏通管的一端與堵板內(nèi)壁固定連接，疏通管外側(cè)與抽采管內(nèi)壁之間設(shè)有連接支撐桿，疏通管側(cè)部設(shè)有與每塊網(wǎng)板一一對應(yīng)設(shè)置的噴氣嘴，疏通管的另一端通過一個彎頭連接有一根送風(fēng)管，送風(fēng)管垂直穿過抽采管伸入到巷道內(nèi)，送風(fēng)管與抽采管外壁連接處設(shè)有密封圈，送風(fēng)管上套設(shè)有壓緊套，送風(fēng)管上螺紋連接有將壓緊套緊壓密封圈外圓周的鎖緊螺母，送風(fēng)管上設(shè)有單向閥，送風(fēng)管的進風(fēng)口連接井下的高壓送風(fēng)機。

抽采防堵塞裝置將將網(wǎng)板上堵塞的煤漿吹開的具體操作過程為：當(dāng)煤層內(nèi)的水與煤形成煤漿將網(wǎng)板堵塞時，設(shè)置在抽采管道上的流量計或壓力表監(jiān)測到瓦斯流量變小，啟動高壓送風(fēng)機，高壓風(fēng)由送風(fēng)管進入到疏通管，最后由噴氣嘴噴向網(wǎng)板，網(wǎng)板外的煤漿被吹散，網(wǎng)板疏通，從而使瓦斯抽采作業(yè)正常進行。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用以下原理：根據(jù)孔壁煤體裂隙對封孔效果影響可知，由于巷道掘進形成的圍巖應(yīng)力集中區(qū)和抽采鉆孔四周形成的環(huán)形卸壓圈，而使巷道兩幫煤體和鉆孔四周煤體形成一定的裂隙發(fā)育范圍。巷道煤壁卸壓范圍一般在4-6m，應(yīng)力擾動范圍可達8m左右；施工抽采鉆孔時加劇了煤壁破壞，鉆孔四周形成環(huán)形卸壓圈，鉆孔對煤壁產(chǎn)生徑向裂隙，進一步促進裂隙發(fā)育。瓦斯抽采鉆孔對煤體擾動破壞范圍一般為孔徑的5-10倍。封孔段必須超過鉆孔破碎帶與巷道應(yīng)力集中帶共同影響的煤體裂隙區(qū)域，由此可以確定封孔長度應(yīng)不低于8m的孔壁裂隙發(fā)育范圍；同時采用具有致密性好，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴實；強度高，材料受到到較大應(yīng)力作用時不易產(chǎn)生裂隙；高粘結(jié)性，能夠和鉆孔壁面結(jié)合成一體；強滲透性，在煤體內(nèi)容易克服鉆孔周圍裂隙區(qū)內(nèi)瓦斯壓力、水鎖效應(yīng)的阻擋等作用的封孔材料，使抽采管路與鉆孔壁形成的空間內(nèi)能夠起到有效的填充和密封作用，并且能滲入鉆孔煤壁的裂隙中，更好地起到嚴密封堵效果。

本發(fā)明還在巷道內(nèi)壁外設(shè)置了一道封孔結(jié)構(gòu)，即在鉆孔周圍的套筒、抽采管外壁、限位盤和巷道壁之間形成的空間封孔材料進行密封，這樣充分提高了密封效果，進一步避免空氣由煤幫和抽采鉆孔周邊進入鉆孔及抽放管路。

本發(fā)明還在抽采管內(nèi)設(shè)置了抽采防堵塞裝置。在抽采管上的抽采孔被煤漿堵塞時，及時將抽采孔處設(shè)置的網(wǎng)板吹開，充分提高瓦斯抽采效率。由于送風(fēng)管上設(shè)有單向閥，這樣就避免在抽采瓦斯過程中出現(xiàn)漏氣情況（即由送風(fēng)管進入空氣）。密封圈、壓緊套和鎖緊螺母的設(shè)置，確保密封的可靠性。連接支撐桿與堵板起到固定疏通管的作用。

本發(fā)明在對鉆孔漏氣的主要因素進行分析，提出可行的封孔方法，采用合適封孔材料填充于瓦斯抽采鉆孔對煤壁產(chǎn)生的徑向裂隙，徹底封堵瓦斯裂隙通道，防止巷道空氣從煤層裂隙進入鉆孔及抽放管路，并可及時疏通抽采孔被堵塞。本發(fā)明得出基于鉆孔圍巖裂隙結(jié)構(gòu)的提高封孔效果的方法，為改善當(dāng)前瓦斯抽采封孔裝置漏氣嚴重、抽采體積分數(shù)低的被動局面提供有效的技術(shù)途徑。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中抽采管和抽采防堵塞裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中封孔區(qū)域的示意圖；

圖3是鉆孔封孔區(qū)域在封孔前的剖面圖；

圖4是鉆孔封孔區(qū)域在封孔后的剖面圖。

具體實施方式

如圖1-圖4所示，本發(fā)明的基于鉆孔圍巖裂隙結(jié)構(gòu)提高封孔效果的方法，包括以下步驟：

1） 首先確認受巷道掘進影響產(chǎn)生的U型卸壓煤體區(qū)域5，由鉆孔的各項參數(shù)得出鉆孔鉆進產(chǎn)生的環(huán)形卸壓煤體區(qū)域6，進而得到受鉆孔鉆進集中應(yīng)力影響產(chǎn)生的破碎帶與巷道掘進產(chǎn)生的應(yīng)力集中帶共同影響的煤體裂隙區(qū)域7；圖1中標號4為沒有受到巷道掘進影響及鉆孔鉆進影響的煤體；

3） 根據(jù)煤田地質(zhì)特征，分析煤體構(gòu)造原生裂隙的發(fā)育，考慮圍巖應(yīng)力大于煤體強度以及施工抽采鉆孔時裂隙的進一步發(fā)育狀況，同時考慮瓦斯抽采過程中引發(fā)的煤體變形，煤層透氣性增大所形成的微觀裂隙及孔隙通道9；

3） 根據(jù)巷道1兩幫和鉆孔2周圍煤體形成的裂隙發(fā)育范圍，考慮抽采過程中隨著瓦斯的抽出因壓力下降形成的微觀裂隙及孔隙通道9,封孔長度應(yīng)大于受鉆孔2鉆進影響產(chǎn)生的破碎帶與巷道1掘進產(chǎn)生的應(yīng)力集中帶共同影響的煤體裂隙區(qū)域7，確定適宜的封孔深度；

4） 使用流動性好、致密性好、強度高、高粘結(jié)性、強滲透性、有自我膨脹性的封孔材料3密封抽采管8與環(huán)形卸壓煤體區(qū)域6之間的環(huán)形空間，并使封孔材料3注入到微觀裂隙及孔隙通道9內(nèi)，進行有效的封孔；為了保證封孔效果，防止封孔材料3進入封孔范圍之外的煤裂隙，在封孔裝置兩端采用阻擋結(jié)構(gòu)（采用限位擋板26）限位，確保抽采管8上設(shè)置的抽采孔的通透性；

5） 待鉆孔2內(nèi)的封孔材料3固化完畢，在抽采管8的外圓上穿套上一個限位盤10，限位盤10上設(shè)有充填孔11，限位盤10的外邊緣上固定設(shè)置一個套筒12，套筒12的一端圓周邊緣設(shè)有一圈尖銳結(jié)構(gòu)13，采用人力或巷道1內(nèi)壓縮空氣推動限位盤10沿抽采管8向巷道1壁移動，套筒12端部的一圈尖銳結(jié)構(gòu)13扎入到巷道1壁內(nèi)，然后在抽采管8上設(shè)有與限位盤10頂壓接觸的限位環(huán)14，接著通過充填孔11向套筒12、抽采管8外壁、限位盤10和巷道1壁之間形成的空間內(nèi)充填步驟4 ）中所使用的封孔材料3；

6）待套筒12內(nèi)的封孔材料3固化完畢后，將抽采管8與瓦斯抽采支管連接，進行正常瓦斯抽采；

7）根據(jù)抽采瓦斯?jié)舛?、抽采純量的變化來分析檢驗封孔效果。

在封孔前預(yù)先在抽采管8內(nèi)設(shè)置有抽采防堵塞裝置，并在抽采管8上的抽采孔處設(shè)置一塊網(wǎng)板15，步驟6）中在瓦斯抽采過程中，出現(xiàn)煤漿堵塞網(wǎng)板15時，啟動抽采防堵塞裝置，將網(wǎng)板15上堵塞的煤漿吹開，從而確保瓦斯抽采作業(yè)的正常連續(xù)進行。

抽采防堵塞裝置包括設(shè)在抽采管8抽采端的堵板16和同軸向設(shè)在抽采管8內(nèi)的一根疏通管17，疏通管17的一端與堵板16內(nèi)壁固定連接，疏通管17外側(cè)與抽采管8內(nèi)壁之間設(shè)有連接支撐桿18，疏通管17側(cè)部設(shè)有與每塊網(wǎng)板15一一對應(yīng)設(shè)置的噴氣嘴19，疏通管17的另一端通過一個彎頭20連接有一根送風(fēng)管21，送風(fēng)管21垂直穿過抽采管8伸入到巷道1內(nèi)，送風(fēng)管21與抽采管8外壁連接處設(shè)有密封圈22，送風(fēng)管21上套設(shè)有壓緊套23，送風(fēng)管21上螺紋連接有將壓緊套23緊壓密封圈22外圓周的鎖緊螺母24，送風(fēng)管21上設(shè)有單向閥25，送風(fēng)管21的進風(fēng)口連接井下的高壓送風(fēng)機。

抽采防堵塞裝置將將網(wǎng)板15上堵塞的煤漿吹開的具體操作過程為：當(dāng)煤層內(nèi)的水與煤形成煤漿將網(wǎng)板15堵塞時，設(shè)置在抽采管8道上的流量計或壓力表監(jiān)測到瓦斯流量變小，啟動高壓送風(fēng)機，高壓風(fēng)由送風(fēng)管21進入到疏通管17，最后由噴氣嘴19噴向網(wǎng)板15，網(wǎng)板15外的煤漿被吹散，網(wǎng)板15疏通，從而使瓦斯抽采作業(yè)正常進行。

本實施例并非對本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。