本發(fā)明屬于煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種封孔、水力壓裂及瓦斯抽采一體化施工裝置及其施工方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于透氣性差的高瓦斯煤層，水力壓裂技術(shù)可增加煤層裂隙，一方面使得礦山壓力降低，促進(jìn)瓦斯增加解析；另一方面改善煤層透氣性，增加瓦斯運(yùn)移通道。目前水力壓裂技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于我國(guó)諸多煤礦的防突工程中。水力壓裂時(shí)要求封孔憋壓，瓦斯抽采時(shí)要求封孔嚴(yán)密后才能聯(lián)網(wǎng)抽采，而現(xiàn)有封孔技術(shù)顯得過(guò)于復(fù)雜、笨重，封孔效果有限，不適應(yīng)水力壓沖能夠快速封孔、提高封孔效果、并繼續(xù)進(jìn)行瓦斯抽采使用的要求。因此，尋找一種方便快捷、安全高效的封孔、水力壓裂、瓦斯抽采一體化的施工技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種封孔快捷、封孔效果好、水力壓裂和瓦斯抽采能先后使用的封孔、水力壓裂及瓦斯抽采一體化施工裝置及其施工方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：封孔、水力壓裂及瓦斯抽采一體化施工裝置，包括第一囊袋、第二囊袋、注漿管、水力壓裂管、瓦斯抽采管和花管，假定鉆孔由孔口到孔底的軸向方向?yàn)橛勺笙蛴业姆较?，第一囊袋設(shè)置在鉆孔內(nèi)并位于孔口附近，第二囊袋設(shè)置在鉆孔內(nèi)并位于孔底附近，注漿管、瓦斯抽采管均由左向右依次穿過(guò)第一囊袋和第二囊袋后伸入到孔底處，花管左端與瓦斯抽采管右端同軸向固定連接，注漿管、瓦斯抽采管的外圓均與第一囊袋和第二囊袋之間設(shè)置有構(gòu)造相同的密封組件，水力壓裂管的外徑小于瓦斯抽采管的內(nèi)徑，水力壓裂管同軸向設(shè)置在瓦斯抽采管和花管內(nèi)部，水力壓裂管右端向右伸出花管右端，水力壓裂管上均勻設(shè)置有若干個(gè)與瓦斯抽采管內(nèi)壁接觸的支撐件，注漿管上設(shè)置有第一管接頭、第二管接頭和第三管接頭，第一管接頭位于第一囊袋內(nèi)，第一管接頭上設(shè)置有第一單向閥，第二管接頭位于第二囊袋內(nèi)，第二管接頭上設(shè)置有第二單向閥，第三管接頭位于第一囊袋和第二囊袋之間，第三管接頭上設(shè)置有爆破閥。

注漿管與第一囊袋之間的密封組件包括均套在注漿管上的第一緊固螺母、第二緊固螺母、第一橡膠密封圈和第二橡膠密封圈，第一橡膠密封圈位于第一囊袋的袋壁的左側(cè)，第二橡膠密封圈位于第一囊袋的袋壁的右側(cè)，第一橡膠密封圈和第二橡膠密封圈的內(nèi)圈均與注漿管外圓周密封接觸，第一緊固螺母和第二緊固螺母均螺紋連接在注漿管上，第一緊固螺母向右緊壓第一橡膠密封圈使第一橡膠密封圈右側(cè)面與第一囊袋的袋壁左側(cè)密封配合，第二緊固螺母向左緊壓第二橡膠密封圈使第二橡膠密封圈左側(cè)面與第一囊袋的袋壁右側(cè)密封配合。

支撐件包括為同心圓的內(nèi)圓環(huán)和外圓環(huán)，內(nèi)圓環(huán)固定套設(shè)在水力壓裂管外部，內(nèi)圓環(huán)和外圓環(huán)之間沿圓周方向均勻設(shè)置有至少三根支桿，每根支桿均沿外圓環(huán)的徑向方向設(shè)置，外圓環(huán)的外圓周與瓦斯抽采管的內(nèi)壁接觸。

注漿管在鉆孔內(nèi)的部分由至少三根管體組成，相鄰兩根管體之間通過(guò)第四管接頭同軸向密封并固定連接。

封孔、水力壓裂及瓦斯抽采一體化施工裝置的施工方法，包括以下步驟，

（1）、實(shí)施水力壓裂及瓦斯抽采一體化的鉆孔作業(yè)；

（2）、將安裝連接好的封孔、水力壓裂及瓦斯抽采一體化施工裝置由鉆孔的孔口放入到鉆孔內(nèi)；

（3）、將注漿泵與注漿管的左端連接，啟動(dòng)注漿泵，注漿泵的進(jìn)漿管通過(guò)連接pd復(fù)合材料漿料容器，pd復(fù)合材料漿料由注漿管通過(guò)第一管接頭和第一單向閥向第一囊袋中，同時(shí)pd復(fù)合材料漿料由注漿管通過(guò)第二管接頭和第二單向閥向第二囊袋中，第一囊袋和第二囊袋被pd復(fù)合材料漿撐開(kāi)與鉆孔的內(nèi)壁緊密壓接，直到達(dá)到爆破閥設(shè)定壓力后爆破閥打開(kāi)，停止注入pd復(fù)合材料漿料；

（4）、將注漿泵的進(jìn)漿管與pd復(fù)合材料漿料容器分開(kāi)，馬上連接水泥砂漿容器，注漿泵將水泥砂漿通過(guò)注漿管和打開(kāi)的爆破閥注入到第一囊袋與第二囊袋之間封孔段的鉆孔內(nèi)進(jìn)行封孔作業(yè)，水泥砂漿被壓入到鉆孔內(nèi)壁周圍的巖體裂隙內(nèi)，達(dá)到設(shè)定壓力后并保持一段時(shí)間后停止注入水泥砂漿；

（5）、封孔完成后，水力壓裂管左端連接高壓水泵，高壓水泵抽水通過(guò)水力壓裂管對(duì)鉆孔底部周圍煤體實(shí)施縫網(wǎng)改造作業(yè)；

（6）、水力壓裂作業(yè)完成后，瓦斯抽采管聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行瓦斯抽采作業(yè)，或者將水力壓裂管從瓦斯抽采管抽出后再將瓦斯抽采管聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行瓦斯抽采作業(yè)。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明中的支撐件起到確保瓦斯抽采管與水力壓裂管之間保持同軸度，支撐件采用同心圓的內(nèi)圓環(huán)和外圓環(huán)以及徑向設(shè)置支桿，這樣可使盡量不減少瓦斯抽采管通道的截面積。支撐件與水力壓裂管固定連接，這樣可以在水力壓裂作業(yè)完成后將水力壓裂管抽出以提高瓦斯抽采的效率，當(dāng)然也可以不抽出?；ü芪挥谕咚钩椴晒苡叶耍ㄗ钅┒耍ü艿墓鼙谏暇鶆虿贾脠A孔，以便于在負(fù)壓作用下抽取鉆孔內(nèi)的瓦斯。瓦斯抽采管、水力壓裂管、注漿管皆穿過(guò)第一囊袋和第二囊袋的內(nèi)部，其中瓦斯抽采管和注漿管外圓均設(shè)置有與第一囊袋和第二囊袋的袋壁密封連接的密封組件，密封組件采用第一橡膠密封圈和第二橡膠密封圈的內(nèi)圈與瓦斯抽采管、注漿管的外壁密封連接，并通過(guò)第一緊固螺母和第二緊固螺母壓緊第一橡膠密封圈和第二橡膠密封圈，使第一橡膠密封圈和第二橡膠密封圈的側(cè)面與囊袋的袋壁密封配合。這種密封結(jié)構(gòu)便于安裝，密封效果好。

水力壓裂管同軸向置于瓦斯抽采管內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)為：（1）節(jié)省安裝空間，便于安裝第一囊袋和第二囊袋；（2）水力壓裂與瓦斯抽采互不影響，實(shí)現(xiàn)鉆孔后水力壓裂作業(yè)和瓦斯抽采作業(yè)兩用，降低了鉆孔作業(yè)的數(shù)量，降低施工成本。

綜上所述，為降低噸煤瓦斯治理成本，提高鉆孔利用率，本發(fā)明提出的穿層壓裂-瓦斯抽采一體化鉆孔封孔的施工裝置和施工方法，即在水力壓裂工序后繼續(xù)將此孔應(yīng)用于瓦斯抽采；并提出新的穿層壓裂-瓦斯抽采一體化鉆孔封孔工藝，保證鉆孔良好的多用性，少鉆孔從而降低施工成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的施工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中水力壓裂管、支撐件和瓦斯抽采管的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是注漿管與第一囊袋之間的密封組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的施工方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的封孔、水力壓裂及瓦斯抽采一體化施工裝置，包括第一囊袋1、第二囊袋2、注漿管3、水力壓裂管4、瓦斯抽采管5和花管6，假定鉆孔7由孔口到孔底的軸向方向?yàn)橛勺笙蛴业姆较?，第一囊?設(shè)置在鉆孔7內(nèi)并位于孔口附近，第二囊袋2設(shè)置在鉆孔7內(nèi)并位于孔底附近，注漿管3、瓦斯抽采管5均由左向右依次穿過(guò)第一囊袋1和第二囊袋2后伸入到孔底處，花管6左端與瓦斯抽采管5右端同軸向固定連接，注漿管3、瓦斯抽采管5的外圓均與第一囊袋1和第二囊袋2之間設(shè)置有構(gòu)造相同的密封組件8，水力壓裂管4的外徑小于瓦斯抽采管5的內(nèi)徑，水力壓裂管4同軸向設(shè)置在瓦斯抽采管5和花管6內(nèi)部，水力壓裂管4右端向右伸出花管6右端，水力壓裂管4上均勻設(shè)置有若干個(gè)與瓦斯抽采管5內(nèi)壁接觸的支撐件9，注漿管3上設(shè)置有第一管接頭10、第二管接頭11和第三管接頭12，第一管接頭10位于第一囊袋1內(nèi)，第一管接頭10上設(shè)置有第一單向閥13，第二管接頭11位于第二囊袋2內(nèi)，第二管接頭11上設(shè)置有第二單向閥14，第三管接頭12位于第一囊袋1和第二囊袋2之間，第三管接頭12上設(shè)置有爆破閥15。

注漿管3與第一囊袋1之間的密封組件8包括均套在注漿管3上的第一緊固螺母16、第二緊固螺母17、第一橡膠密封圈18和第二橡膠密封圈19，第一橡膠密封圈18位于第一囊袋1的袋壁的左側(cè)，第二橡膠密封圈19位于第一囊袋1的袋壁的右側(cè)，第一橡膠密封圈18和第二橡膠密封圈19的內(nèi)圈均與注漿管3外圓周密封接觸，第一緊固螺母16和第二緊固螺母17均螺紋連接在注漿管3上，第一緊固螺母16向右緊壓第一橡膠密封圈18使第一橡膠密封圈18右側(cè)面與第一囊袋1的袋壁左側(cè)密封配合，第二緊固螺母17向左緊壓第二橡膠密封圈19使第二橡膠密封圈19左側(cè)面與第一囊袋1的袋壁右側(cè)密封配合。

支撐件9包括為同心圓的內(nèi)圓環(huán)20和外圓環(huán)21，內(nèi)圓環(huán)20固定套設(shè)在水力壓裂管4外部，內(nèi)圓環(huán)20和外圓環(huán)21之間沿圓周方向均勻設(shè)置有至少三根支桿22，每根支桿22均沿外圓環(huán)21的徑向方向設(shè)置，外圓環(huán)21的外圓周與瓦斯抽采管5的內(nèi)壁接觸。

注漿管3在鉆孔7內(nèi)的部分由至少三根管體組成，相鄰兩根管體之間通過(guò)第四管接頭23同軸向密封并固定連接。

如圖4所示，封孔、水力壓裂及瓦斯抽采一體化施工裝置的施工方法，包括以下步驟，

（1）、實(shí)施水力壓裂及瓦斯抽采一體化的鉆孔7作業(yè)；

（2）、將安裝連接好的封孔、水力壓裂及瓦斯抽采一體化施工裝置由鉆孔7的孔口放入到鉆孔7內(nèi)；

（3）、將注漿泵與注漿管3的左端連接，啟動(dòng)注漿泵，注漿泵的進(jìn)漿管通過(guò)連接pd復(fù)合材料漿料容器，pd復(fù)合材料漿料由注漿管3通過(guò)第一管接頭10和第一單向閥13向第一囊袋1中，同時(shí)pd復(fù)合材料漿料由注漿管3通過(guò)第二管接頭11和第二單向閥14向第二囊袋2中，第一囊袋1和第二囊袋2被pd復(fù)合材料漿撐開(kāi)與鉆孔7的內(nèi)壁緊密壓接，直到達(dá)到爆破閥15設(shè)定壓力后爆破閥15打開(kāi)，停止注入pd復(fù)合材料漿料；

（4）、將注漿泵的進(jìn)漿管與pd復(fù)合材料漿料容器分開(kāi)，馬上連接水泥砂漿容器，注漿泵將水泥砂漿通過(guò)注漿管3和打開(kāi)的爆破閥15注入到第一囊袋1與第二囊袋2之間封孔段的鉆孔7內(nèi)進(jìn)行封孔作業(yè)，水泥砂漿被壓入到鉆孔7內(nèi)壁周圍的巖體裂隙內(nèi)，達(dá)到設(shè)定壓力后并保持一段時(shí)間后停止注入水泥砂漿；

（5）、封孔完成后，水力壓裂管4左端連接高壓水泵，高壓水泵抽水通過(guò)水力壓裂管4對(duì)鉆孔7底部周圍煤體實(shí)施縫網(wǎng)改造作業(yè)；

（6）、水力壓裂作業(yè)完成后，瓦斯抽采管5聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行瓦斯抽采作業(yè)，或者將水力壓裂管4從瓦斯抽采管5抽出后再將瓦斯抽采管5聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行瓦斯抽采作業(yè)。

本發(fā)明中的支撐件9起到確保瓦斯抽采管5與水力壓裂管4之間保持同軸度，支撐件9采用同心圓的內(nèi)圓環(huán)20和外圓環(huán)21以及徑向設(shè)置支桿22，這樣可使盡量不減少瓦斯抽采管5通道的截面積。支撐件9與水力壓裂管4固定連接，這樣可以在水力壓裂作業(yè)完成后將水力壓裂管4抽出以提高瓦斯抽采的效率，當(dāng)然也可以不抽出?；ü?位于瓦斯抽采管5右端（最末端），花管6的管壁上均勻布置圓孔，以便于在負(fù)壓作用下抽取鉆孔7內(nèi)的瓦斯。瓦斯抽采管5、水力壓裂管4、注漿管3皆穿過(guò)第一囊袋1和第二囊袋2的內(nèi)部，其中瓦斯抽采管5和注漿管3外圓均設(shè)置有與第一囊袋1和第二囊袋2的袋壁密封連接的密封組件8，密封組件8采用第一橡膠密封圈18和第二橡膠密封圈19的內(nèi)圈與瓦斯抽采管5、注漿管3的外壁密封連接，并通過(guò)第一緊固螺母16和第二緊固螺母17壓緊第一橡膠密封圈18和第二橡膠密封圈19，使第一橡膠密封圈18和第二橡膠密封圈19的側(cè)面與囊袋的袋壁密封配合。這種密封結(jié)構(gòu)便于安裝，密封效果好。

水力壓裂管4同軸向置于瓦斯抽采管5內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)為：（1）節(jié)省安裝空間，便于安裝第一囊袋1和第二囊袋2；（2）水力壓裂與瓦斯抽采互不影響，實(shí)現(xiàn)鉆孔7后水力壓裂作業(yè)和瓦斯抽采作業(yè)兩用，降低了鉆孔7作業(yè)的數(shù)量，降低施工成本。

本實(shí)施例并非對(duì)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(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)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(hù)范圍。