[发明专利]煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置及封孔方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯灾害防治及瓦斯利用领域，具体涉及一种煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置及封孔方法。

背景技术

高瓦斯矿井是众多煤矿发展的必然趋势。随着开采深度的增加，煤层原始瓦斯含量逐渐增高，且随采掘作业进度的加快，瓦斯涌出量也随之增大，工作面瓦斯问题依然是威胁矿井正常安全生产的首要问题。瓦斯抽采是矿井瓦斯治理的治本之策，而抽采钻孔封孔工作是煤矿瓦斯抽采最基本的工作之一，但由于井下地质条件较为复杂，同时受当前技术水平的限制，致使钻孔封孔质量差、漏气现象严重，从而导致抽采瓦斯浓度偏低、抽采效果差、抽采达标周期长等问题，不能很好的解决煤层瓦斯问题。抽采瓦斯浓度偏低，达不到瓦斯合理利用的标准，不得不将低浓度瓦斯直接排放到大气中，这不但造成清洁能源的浪费，还会对大气造成严重污染。因此，无论从瓦斯灾害防治、保护环境，还是从资源利用的角度出发，保证良好的封孔质量都具有重要意义。

为此，国内外研究开发了多种封孔方法与装备，大量实验表明：水泥砂浆等固体封孔材料由于自身固有缺陷及煤岩体的蠕变效应等因素，封孔材料固化后难以有效封堵钻孔周边的裂隙通道；聚氨酯材料等封孔装置抗压能力较差，容易导致钻孔漏气失效问题，且成本较高。鉴于当前煤炭市场的严峻形势，如何实现安全性高、成本低廉、简单高效封孔，对提高瓦斯的抽采水平、矿井安全开采以及煤矿的综合效益具有十分重要的意义。

发明内容

本发明为了解决现有封孔技术中的不足之处，提供一种封孔效果明显、安全性高、操作方便快速、封孔成本低廉、可重复使用，且可改善封孔作业环境的煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置及封孔方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置，包括相互平行设置的瓦斯抽采管、注气管和注水管；以瓦斯抽采管的一端为内端，另一端为外端；瓦斯抽采管上由内向外依次设有第一限位块、第一膨胀气囊、第二限位块、第三限位块、第二膨胀气囊和第四限位块，注气管由外向内依次穿过第四限位块、第二膨胀气囊、第三限位块和第二限位块，注气管的内端口与第一膨胀气囊内部连通，注气管上开设有与第二膨胀气囊内部连通的注气孔，注水管由外向内依次穿过第四限位块、第二膨胀气囊和第三限位块，注水管的内端口位于第二限位块和第三限位块之间；

第一限位块、第二限位块、第三限位块和第四限位块均与瓦斯抽采管外表面固定并密封连接，第三限位块和第四限位块均与注气管外表面密封连接，第三限位块和第四限位块均与注水管外表面密封连接。

注气管上由外向内依次设有第一单向阀、第一压力表和手自一体泄压阀，手自一体泄压阀位于第四限位块外侧。

注水管上由外向内依次设有第二单向阀和第二压力表，第二压力表位于第四限位块外侧。

煤矿用两头气堵及中间水封穿层钻孔封孔装置的封孔方法，包括以下步骤：

（1）、将待封钻孔清理干净，并将孔内的浮煤和岩屑吹出；

（2）、在钻孔外安装封孔装置：根据瓦斯抽采工作对封孔长度、始封深度相关参数的要求，确定第一膨胀气囊、第二膨胀气囊植入钻孔内的合适位置以及注气管、注水管的长度，将第一限位块、第一膨胀气囊、第二限位块、第三限位块、第二膨胀气囊和第四限位块固定在瓦斯抽采管的相应位置，然后一起送入到钻孔指定位置，同时装配上注气管和注水管，注气管上安装上第一单向阀、第一压力表和手自一体泄压阀，在注水管上安装上第二单向阀和第二压力表；

（3）、将安装好的封孔装置由外向内放入到钻孔内，直到第四限位块也放置到钻孔内即可；

（4）、将注气管与井下压风系统相连接，且要保证密封性良好，打开第一单向阀和手自一体泄压阀利用压风系统向第一膨胀气囊和第二膨胀气囊内注气，当第一压力表显示≥0.5MPa后停止注气，并关闭第一单向阀和手自一体泄压阀，第一膨胀气囊和第二膨胀气囊膨胀后与钻孔的内壁接触并密封，实现“两头气堵”；

（5）、将注水管与井下供水系统相连接，且要保证密封性良好，然后打开第二单向阀，利用井下供水系统向第一膨胀气囊和第二膨胀气囊之间的空间注水，水在注水压力作用下进入钻孔裂隙，起到封堵钻孔形成初期漏气通道的作用，当第二压力表显示≥1MPa后停止向钻孔内注水，并关闭第二单向阀，实现“中间水封”；

（6）、封孔完成后，按照封孔作业规程的要求连接瓦斯抽采管，进行瓦斯联抽工作；

（7）、在日常生产过程中定期查看第一压力表和第二压力表的示数，当压力示数低于设定值时，利用井下压风系统和供水系统对其进行补充空气或水，以保持钻孔的良好密封性；