一種以煤巖屑為封孔材料封堵瓦斯抽采鉆孔的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦山安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以煤巖肩為封孔材料封堵瓦斯抽采孔的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]瓦斯一直是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素，隨著煤礦開采深度的增加，瓦斯災(zāi)害會(huì)越來越明顯，大量的淺部低瓦斯礦井在逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦咄咚沟V井，瓦斯事故的起數(shù)和致死率都呈逐年上升的態(tài)勢(shì)。瓦斯對(duì)大氣環(huán)境的破壞也十分嚴(yán)重，瓦斯對(duì)臭氧層的破壞能力是0)2的7倍，其產(chǎn)生的溫室效應(yīng)為0)2的21倍。同時(shí)，瓦斯也是一種清潔、高效和安全的新型能源。對(duì)瓦斯進(jìn)行有效的治理，不但對(duì)煤礦安全和環(huán)境保護(hù)具有重要意義，而且還能緩解能源需求日益緊張的局面。當(dāng)前瓦斯治理的措施較多，這些措施都需要在煤層中鉆取鉆孔并抽采瓦斯，鉆孔的封孔質(zhì)量是影響瓦斯抽采效率、瓦斯抽采濃度和抽采量的關(guān)鍵因素。
[0003]CN102877882A公開了一種封堵瓦斯抽采孔的方法，其步驟如下:在煤體上鉆取鉆孔并在鉆孔內(nèi)安裝瓦斯抽采管，在瓦斯抽采管的兩端設(shè)置布質(zhì)聚氨酯封孔袋，封孔袋中預(yù)先填充有聚氨酯發(fā)泡材料，在靠近孔口的封孔袋內(nèi)預(yù)埋伸入封孔段空間內(nèi)的注漿管，將封孔料用水調(diào)制成封孔漿料，采用注漿設(shè)備將封孔漿料通過注漿管注入封堵段空間內(nèi)即完成瓦斯抽采孔的封堵。所述封孔材料由53?60wt%的硫鋁熟料、10?17wt%的鋁酸鈣粉，20?27wt%的硬石膏、5?12?1:%的白灰和5?9wt%的外加混合劑混合后粉磨至粒度大于200目的粉料組成，外加混合劑由碳酸鋰、硼砂、鋁粉、聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁、硫代硫酸鈉和氟化鈉混合而成。該方法存在以下不足:(I)使用的封孔材料的配方十分復(fù)雜，而且配方中的組分都是封孔現(xiàn)場沒有的，須事先按比例配料并運(yùn)輸至現(xiàn)場，配料操作繁瑣，封孔材料本身的價(jià)格不便宜、再加上運(yùn)輸?shù)暮馁M(fèi)的費(fèi)用，導(dǎo)致該方法的封孔成本過高。(2)采用注漿設(shè)備將封孔漿料泵入封堵段空間內(nèi)，封孔漿料的泵入量難以控制，并且不同的煤巖體能承受的注漿壓力是不同的，泵入量過少會(huì)造成封孔不完全，泵入量過多會(huì)造成封堵段空間壓力過高，導(dǎo)致煤巖體的裂隙擴(kuò)張、裂隙數(shù)量增加，而煤巖體的裂隙擴(kuò)張和增加在瓦斯治理中是應(yīng)當(dāng)盡量避免的，這些都會(huì)對(duì)封孔質(zhì)量造成不利的影響。(3)鉆孔的鉆取與封孔操作是分開進(jìn)行的，不利于操作的簡化，鉆取鉆孔時(shí)產(chǎn)生的煤巖肩和冷卻鉆頭用水從鉆孔中排出后即被廢棄，造成了資源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以煤巖肩為封孔材料封堵瓦斯抽采鉆孔的方法，以簡化封孔操作、降低封孔成本。
[0005]本發(fā)明所述以煤巖肩為封孔材料封堵瓦斯抽采鉆孔的方法，步驟如下:
[0006](I)在需要進(jìn)行瓦斯治理煤層的底抽巷巷幫的煤巖體上鉆取一級(jí)鉆孔，所述一級(jí)鉆孔的長度為8?12米，一級(jí)鉆孔與水平面的夾角為5?80度；
[0007](2)在瓦斯抽采管上固定木楔，將固定了木楔的瓦斯抽采管安裝在一級(jí)鉆孔中，然后用密封材料將瓦斯抽采管靠近一級(jí)鉆孔孔口的部段進(jìn)行封堵，封堵長度為0.5?2米；
[0008](3)將鉆孔設(shè)備的鉆桿和鉆頭穿過瓦斯抽采管，沿著一級(jí)鉆孔的方向在煤巖體上鉆取二級(jí)鉆孔，鉆取二級(jí)鉆孔的過程中通過中空的鉆桿向鉆頭注水，與鉆頭換熱后的水將鉆取二級(jí)鉆孔時(shí)產(chǎn)生的煤巖肩沿孔壁沖下，回填至瓦斯抽采管的外壁與一級(jí)鉆孔的內(nèi)壁之間，部分水被回填的煤巖肩吸收，未被吸收的水經(jīng)過回填的煤巖肩后從一級(jí)鉆孔的孔口端流出，二級(jí)鉆孔的深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度后停止鉆孔，待回填的煤巖肩固結(jié)后即完成瓦斯抽采孔的封堵。
[0009]上述方法的步驟(3)中，控制鉆取二級(jí)鉆孔的鉆進(jìn)速度使產(chǎn)生的煤巖肩的粒徑不超過10mm，具體的鉆進(jìn)速度根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況而定，鉆進(jìn)速度越低，產(chǎn)生的煤巖肩越細(xì)。
[0010]上述方法中，二級(jí)鉆孔的設(shè)計(jì)長度應(yīng)保證二級(jí)鉆孔將瓦斯抽采管與待治理瓦斯的煤層貫通，并保證瓦斯抽采管的外壁與一級(jí)鉆孔的內(nèi)壁之間環(huán)形體空間的回填長度至少為瓦斯抽采管長度的一半。若瓦斯抽采管外壁與一級(jí)鉆孔內(nèi)壁之間的環(huán)形空間體已被鉆取二級(jí)鉆孔時(shí)回填的煤巖肩填滿，那么在二級(jí)鉆孔的繼續(xù)鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的煤巖肩在與鉆頭換熱后的水流作用下，會(huì)從鉆桿與二級(jí)鉆孔和瓦斯抽采管之間的空隙中流出。
[0011]上述方法的步驟(2)中，瓦斯抽采管上至少有兩處固定有木楔，每一處固定2?3個(gè)木楔；優(yōu)選方案為將木楔固定在各瓦斯抽采管的接頭處。
[0012]上述方法的步驟⑵中，用密封材料將瓦斯抽采管靠近一級(jí)鉆孔孔口的部段封堵I?4處。
[0013]上述方法的步驟(2)中，所述密封材料為麻袋片，封堵時(shí)用防水膠帶將麻袋片固定在瓦斯抽采管上。
[0014]上述方法中，所述一級(jí)鉆孔與水平面的夾角為仰角，一級(jí)鉆孔與水平面的夾角優(yōu)選為30?60度。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]1、本發(fā)明提供了一種技術(shù)構(gòu)思不同的封堵瓦斯抽采鉆孔的新方法，該方法充分利用煤巖肩和冷卻鉆頭后的水，以鉆孔時(shí)產(chǎn)生的煤巖肩作為封孔材料，與鉆頭換熱后的水流將煤巖肩帶入瓦斯抽采管與一級(jí)鉆孔壁之間，在煤巖肩的回填過程中，煤巖肩吸收水分后重量增加，再加上水流的帶動(dòng)作用，煤巖肩會(huì)形成密實(shí)的堆積層，鉆孔鉆取完畢后，煤巖肩會(huì)脫水、粘化和固結(jié)，形成堅(jiān)固的封孔層，從而保證了良好的密封效果；并且，本發(fā)明所述方法就地取材，充分利用現(xiàn)場資源，避免了事先準(zhǔn)備封孔材料并運(yùn)輸至封孔現(xiàn)場的操作，兼具簡化封孔操作、降低封孔成本和避免資源的浪費(fèi)的優(yōu)勢(shì)。
[0017]2、由于本發(fā)明所述方法將封孔與鉆取鉆孔的操作同時(shí)進(jìn)行，并且鉆孔具有一定的仰角，因此在二級(jí)鉆孔的鉆進(jìn)過程中，煤巖肩可容易地隨水流沿鉆孔壁回填至瓦斯抽采管的外壁與一級(jí)鉆孔的內(nèi)壁之間，無需采用注漿設(shè)備，也無需制備封孔漿料，不但有效地簡化了現(xiàn)有瓦斯抽采孔的封堵操作，而且節(jié)約了注漿設(shè)備的費(fèi)用，有利于封孔成本的降低。
[0018]3、本發(fā)明所述方法在鉆取二級(jí)鉆孔時(shí)產(chǎn)生的煤巖肩的尺寸較小，在水流作用下，煤巖肩很容易進(jìn)入瓦斯抽采管的外壁與一級(jí)鉆孔的內(nèi)壁之間并在其中堆積密實(shí)，水在煤巖肩中飽和后，過量的水在重力的作用下透過回填的煤巖肩從一級(jí)鉆孔的孔口端流出，由于水流是在自然情況下透過堆積的煤巖肩層流出，不用額外施加壓力，這就避免了瓦斯抽采管與一級(jí)鉆孔壁之間因壓力過大而導(dǎo)致煤巖體出現(xiàn)裂隙擴(kuò)張和增加的現(xiàn)象。
[0019]4、本發(fā)明所述方法的操作簡單、成本低廉并且封孔效果好，具有極大的實(shí)用價(jià)值，容易在工程實(shí)踐中推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0020]圖1是采用本發(fā)明所述方法封堵瓦斯抽采鉆孔的示意圖；
[0021]圖中，I一煤巖體，2一底抽巷巷幫，3一一級(jí)鉆孔，4一二級(jí)鉆孔，5一瓦斯抽米管，6—接頭套管，7—木楔，8—密封材料，9一煤巖肩，α —一級(jí)鉆孔與水平面的夾角。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述以煤巖肩為封孔材料封堵瓦斯抽采鉆孔的方法作進(jìn)一步說明。
[0023]實(shí)施例1
[0024]本實(shí)施例中，封堵瓦斯抽采鉆孔的示意圖見圖1，瓦斯抽采鉆孔的總長度為38m，其中，一級(jí)鉆孔3的長度為12m、一級(jí)鉆孔與水平面的夾角(仰角)α為60°、孔徑約為120mm，二級(jí)鉆孔4的長度為26m、直徑約為75mm。
[0025](I)根據(jù)實(shí)際工程需要，確定需要進(jìn)行瓦斯治理煤層，在該煤層的煤層底抽巷安設(shè)鉆孔機(jī)，采用直徑為113mm的鉆頭和直徑為50mm的鉆桿，底抽巷巷幫2的煤巖體I上鉆取一級(jí)鉆孔3。
[0026](2)將三根外徑為85mm、內(nèi)徑為75mm瓦斯抽采管5用接頭套管6和粘接劑連接在一起，連接后其總長度為13.5m，在第一根與第二根瓦斯抽采管的接頭處用鋼絲固定兩個(gè)木楔7，兩個(gè)木楔沿瓦斯抽采管的徑向分布，同樣地，在第二根和第三根瓦斯抽采管的接頭處用鋼絲固定兩個(gè)木楔，木楔起到將瓦斯抽采管固定在一級(jí)鉆孔3中的作用。將固定了木楔的瓦斯抽采管逐漸推送至一級(jí)鉆孔3中，在推送過程中，在距離瓦斯抽采管端部(靠近一級(jí)鉆孔孔口的一端)3.5m和1.5m處，分別用麻袋片包裹瓦斯抽采管后用防水膠帶將麻袋片纏繞固定，每一處麻袋片的封堵長度均為0.5m，當(dāng)瓦斯抽采管被推送至一級(jí)鉆孔底部后，距離瓦斯抽采管端部1.5m處的封堵段正好位于一級(jí)鉆孔3的孔口處。
[0027](3)該步驟采用直徑為65mm的鉆頭、外徑為50mm的中空鉆桿，將所述鉆桿和鉆頭穿過瓦斯抽采管5，開啟鉆孔設(shè)備沿著一級(jí)鉆孔的方向在煤巖體上鉆取二級(jí)鉆孔4，控制鉆取二級(jí)鉆孔的鉆進(jìn)速度以將煤巖體鉆成粒徑不超過1mm的煤巖肩，鉆取二級(jí)鉆孔的過程中通過中空的鉆桿向鉆頭注水，與鉆頭換熱后的水將鉆取二級(jí)鉆孔時(shí)產(chǎn)生的煤巖肩沿孔壁沖下，回填至瓦斯抽采管5的外壁與一級(jí)鉆孔3的內(nèi)壁之間，部分水被回填的煤巖肩吸收，未被吸收的水經(jīng)過回填的煤巖肩后從一級(jí)鉆孔的孔口端流出，二級(jí)鉆孔深度達(dá)到26m時(shí)停止鉆孔，取出鉆頭和鉆桿，煤巖肩逐步積聚、脫水、粘化和固結(jié)，3天后，回填的煤巖肩完全固結(jié)，即完成瓦斯抽采孔的封堵。
[0028]實(shí)施例2
[0029]本實(shí)施例中，瓦斯抽采鉆孔的總長度為35m，其中，一級(jí)鉆孔3的長度為Sm、一級(jí)鉆孔與水平面的夾角(仰角)α為30°、孔徑約為120_，二級(jí)鉆孔4的長度為27m、直徑約為75mm0
[0030](I)根據(jù)實(shí)際工程需要，確定需要進(jìn)行瓦斯治理煤層，在該煤層的煤層底抽巷安設(shè)鉆孔機(jī)，采用直徑