一种基于三堵两注的凝胶-水泥双层复合封孔方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯抽采领域，具体地说是涉及一种基于三堵两注的凝胶-水泥双层复合封孔方法。

背景技术：

1、煤矿瓦斯抽采钻孔封孔质量直接影响抽采效果和矿井安全。瓦斯抽采钻孔在钻进过程中，孔口段煤体受钻机扰动和应力卸荷作用，往往形成大范围的破碎带和裂隙发育区，尤其是针对松软低透突出煤层等复杂条件。该破碎煤体段不仅是瓦斯漏气的主要通道，也是钻孔失稳坍塌的薄弱环节。

2、传统封孔技术包括聚氨酯封孔、水泥浆封孔及两堵一注带压封孔工艺。聚氨酯封孔反应速度快、操作要求高，封孔段耐压值小。水泥浆封孔虽强度高，但对孔口破碎段的微裂隙渗透封堵能力有限，浆液难以进入破碎煤体的细微裂隙空间。两堵一注工艺通过在封孔段两端设置封孔囊袋，中间带压注浆。但采用单一封孔材料存在明显不足：水泥基封孔材料对煤体微裂隙渗透能力有限，难以深入封堵钻孔周围煤体的微裂隙网络；对于钻孔孔口破碎段，单一水泥封孔效果不理想，且高压注浆可能对破碎煤体造成二次损伤；凝胶材料虽渗透性好，但单一凝胶固化强度不足，难以保证钻孔长期稳定。另外，现有复合封孔技术多采用凝胶与水泥混合注入或简单分层注入的方式，难以实现两种材料在钻孔中的有序分布和功能协同。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提出一种基于三堵两注的凝胶-水泥双层复合封孔方法。该方法可实现深部完整段水泥高强度封孔与孔口破碎段凝胶渗透封堵的分区协同。

2、本发明所采用的技术解决方案是：

3、一种基于三堵两注的凝胶-水泥双层复合封孔方法，包括以下步骤：

4、步骤一、将钻孔沿轴向划分为第一注浆段和第二注浆段，第一注浆段为水泥封孔段，第二注浆段为凝胶封孔段；

5、步骤二、组装并下放封孔管柱；

6、所述封孔管柱包括抽采管、第一注浆管和第二注浆管，以及沿抽采管自孔底向孔口方向依次安装的第一封孔囊袋、第二封孔囊袋和第三封孔囊袋，第一封孔囊袋、第二封孔囊袋和第三封孔囊袋通过第一注浆管连通，且第一注浆管在位于第一封孔囊袋和第二封孔囊袋之间的管段上安装有爆破阀；

7、将组装好的封孔管柱送入钻孔内预定位置，所述第一注浆段对应处于第一封孔囊袋和第二封孔囊袋之间区域，第二注浆段对应处于第二封孔囊袋和第三封孔囊袋之间区域；第二注浆段与第二注浆管相连通；

8、步骤三、实施封孔作业；

9、（1）通过第一注浆管分别向第一封孔囊袋、第二封孔囊袋和第三封孔囊袋注入水泥基封孔材料，使得第一封孔囊袋、第二封孔囊袋和第三封孔囊袋膨胀并分别与孔壁紧密贴合，封堵钻孔；

10、（2）当第一注浆管内注浆压力达到设计爆破压力时，第一封孔囊袋和第二封孔囊袋之间的爆破阀爆破，水泥基封孔材料通过第一注浆管注入第一注浆段；水泥基封孔材料在压力作用下填充第一注浆段内的环空空间及深部煤体裂隙，凝固后形成深部水泥封孔层，完成深部高强度封孔；

11、（3）待第一注浆段水泥注浆完成并初凝后，通过第二注浆管向第二注浆段内注入凝胶浆液，凝胶浆液在压力作用下渗透进入孔口破碎煤体的微裂隙网络中，逐渐失去流动性并固化，形成外围凝胶封堵层，完成孔口破碎段的渗透密封与加固；

12、步骤四、待水泥基封孔材料和凝胶浆液分别完全凝固后，将抽采管外端与瓦斯抽采系统连接，进行瓦斯抽采。

13、优选的，根据钻孔处地质条件和孔口破碎段发育情况，将钻孔沿轴向自孔底向孔口依次划分为第一注浆段和第二注浆段，第一注浆段对应地层深部完整区，第二注浆段对应孔口破碎区。

14、优选的，所述封孔管柱还包括第一返浆管和第二返浆管；所述第一返浆管依次穿过第三封孔囊袋和第二封孔囊袋且末端与第一注浆段连通；所述第二返浆管穿过第三封孔囊袋且末端与第二注浆段连通，第二返浆管的末端处于第二注浆段的浅部区域；所述第二注浆管穿过第三封孔囊袋且末端与第二注浆段连通，第二注浆管的末端处于第二注浆段的深部区域；

15、在封孔作业时，当第一注浆段空间注满后，水泥基封孔材料从第一返浆管流出；当第二注浆段空间注满后，凝胶浆液从第二返浆管流出。

16、优选的，所述第一封孔囊袋、第二封孔囊袋和第三封孔囊袋均为可膨胀囊袋。

17、优选的，所述水泥基封孔材料为膨胀水泥加水制得的膨胀水泥浆，水灰比为0.4~0.5；所述凝胶浆液为有机凝胶与水混合而成，有机凝胶加量为水质量的0.06%~0.1%。

18、优选的，所述第二注浆段的注浆压力低于第一注浆段的注浆压力，第一注浆段中爆破阀的爆破压力设置为1.0~2.0mpa，第二注浆段的注浆压力设置为0.4~1.2mpa。

19、本发明的有益技术效果如下：

20、本发明通过将凝胶材料与水泥基封孔材料分区协同应用于瓦斯抽采钻孔封孔，水泥在深部形成高强度支护层，凝胶深入孔口破碎煤体微裂隙形成致密密封层，两者协同使瓦斯抽采浓度较传统单一水泥封孔提高35%以上，显著提升了封孔性能。同时通过三个囊袋一次注浆和爆破阀自动切换实现工序简化，无需扫孔即可直接连接抽采。本发明封孔方法通过注浆压力分区控制及封孔段长度可调使其广泛适用于松软低透突出煤层等复杂条件，且材料来源广泛、施工效率高，综合成本显著降低，产品在复杂矿井条件下的封孔成功率和抽采效果获得根本性改善。

1.一种基于三堵两注的凝胶-水泥双层复合封孔方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于三堵两注的凝胶-水泥双层复合封孔方法，其特征在于：根据钻孔处地质条件和孔口破碎段发育情况，将钻孔沿轴向自孔底向孔口依次划分为第一注浆段和第二注浆段，第一注浆段对应地层深部完整区，第二注浆段对应孔口破碎区。

3.根据权利要求1所述的一种基于三堵两注的凝胶-水泥双层复合封孔方法，其特征在于：所述封孔管柱还包括第一返浆管和第二返浆管；所述第一返浆管依次穿过第三封孔囊袋和第二封孔囊袋且末端与第一注浆段连通；所述第二返浆管穿过第三封孔囊袋且末端与第二注浆段连通，第二返浆管的末端处于第二注浆段的浅部区域；所述第二注浆管穿过第三封孔囊袋且末端与第二注浆段连通，第二注浆管的末端处于第二注浆段的深部区域；

4.根据权利要求1所述的一种基于三堵两注的凝胶-水泥双层复合封孔方法，其特征在于：所述第一封孔囊袋、第二封孔囊袋和第三封孔囊袋均为可膨胀囊袋。

5.根据权利要求1所述的一种基于三堵两注的凝胶-水泥双层复合封孔方法，其特征在于：所述水泥基封孔材料为膨胀水泥加水制得的膨胀水泥浆，水灰比为0.4~0.5；所述凝胶浆液为有机凝胶与水混合而成，有机凝胶加量为水质量的0.06%~0.1%。

6.根据权利要求1所述的一种基于三堵两注的凝胶-水泥双层复合封孔方法，其特征在于：所述第二注浆段的注浆压力低于第一注浆段的注浆压力，第一注浆段中爆破阀的爆破压力设置为1.0~2.0mpa，第二注浆段的注浆压力设置为0.4~1.2mpa。