一种瓦斯抽采钻孔免注浆定点封孔的方法

1.本发明涉及一种瓦斯抽采钻孔封孔的方法，具体是一种瓦斯抽采钻孔免注浆定点封孔的方法。


背景技术：

2.瓦斯灾害严重威胁矿井安全生产。目前，防治煤矿井下瓦斯灾害最有效的措施是瓦斯抽采，而我国95％以上高瓦斯和突出矿井属于低透气性煤层，其透气性系数只有10-3
～10-4
md，煤层透气性差，加之目前瓦斯抽采钻孔封孔不严造成抽采过程中漏气严重，钻孔的瓦斯抽采浓度衰减较快，瓦斯抽采困难、瓦斯抽采效率低是国内突出矿井普遍存在的技术难题。
3.我国大部分煤矿均为有瓦斯涌出的矿井，全国煤矿的年瓦斯涌出量在100亿m3以上。随着开采深度的不断增加，地应力与瓦斯压力不断增大，瓦斯涌出量不断加大，煤与瓦斯突出危险也不断增加，瓦斯事故已成为我国煤矿灾害中危害最大的自然灾害之一。在治理煤矿瓦斯问题的过程中，钻孔瓦斯抽采是最有效的措施之一。而打好钻孔后一般都要求对钻孔进行密封，钻孔密封是保持孔内负压的关键因素。封孔质量的好坏直接影响后续通过钻孔进行瓦斯抽采的效率，而影响封孔质量最主要的因素是封孔材料和封孔工艺。
4.目前，我国煤矿瓦斯抽采钻孔最常用封孔方法为注浆法，注浆材料主要有聚氨酯、水泥砂浆等，应用时均存在不同程度的问题。其中采用聚氨酯为注浆材料，在将液态聚氨酯注入钻孔进行封孔时，由于聚氨酯材料本身渗透性能差，流动性差，因此其凝固后不能很好的封堵钻孔周围的孔裂隙。采用水泥砂浆为注浆材料，在将水泥砂浆注入钻孔进行封孔时，其凝固后易收缩开裂，且凝固时间长，操作复杂。另外上述两种材料注浆封孔之前，均需要在现场制备成液态的注浆材料(液态聚氨酯或液态水泥砂浆)，这样在后续注入钻孔后才能使其凝固进行封堵，如提前制备则会导致注浆材料部分凝固，因此上述注浆封堵过程操作过程繁琐，需要较大的人力、物力，封孔效率低，且两种注浆材料价格高昂，造成封孔成本高，且封孔后凝固后的封孔材料连通瓦斯抽采管只能一次性使用，无法重复利用，在对新的钻孔进行封孔时需要重新配备注浆材料及抽采管。因此，如何提供一种方法，能在保证封孔质量的前提下，还具有封孔过程简洁快速，且在当前钻孔完成瓦斯抽采后能进行回收重复利用，是本行业的研究方向之一。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种瓦斯抽采钻孔免注浆定点封孔的方法，能在保证封孔质量的前提下，无需注浆封孔过程，使封孔过程简洁快速，且在当前钻孔完成瓦斯抽采后能进行回收重复利用。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种瓦斯抽采钻孔免注浆定点封孔的方法，具体步骤为：
7.a、根据煤层情况确定打钻位置，按照设计要求施工形成瓦斯抽采钻孔；
8.b、选取外径为瓦斯抽采钻孔直径0.5～0.7倍的pvc封孔管，选取外径为瓦斯抽采钻孔直径1.1～1.2倍的形状记忆聚氨酯管，所述形状记忆聚氨酯管的内径略大于pvc封孔管的外径，形状记忆聚氨酯管的长度为pvc封孔管长度的1/3～1/2，所述pvc封孔管由花管和实管同轴组成，花管位于pvc封孔管前段，将形状记忆聚氨酯管套在pvc封孔管外面，且形状记忆聚氨酯管处于pvc封孔管前段；在形状记忆聚氨酯管前端和后端均安装橡胶变头，形状记忆聚氨酯管通过橡胶变头与pvc封孔管的外壁密封固定连接；所述形状记忆聚氨酯管的形状恢复温度为40～50℃；
9.c、对形状记忆聚氨酯管进行加热，温度为55～60℃，此时形状记忆聚氨酯管由刚性体变为弹性体，对形状记忆聚氨酯管的外径进行施压形变使其外径变小，直至形状记忆聚氨酯管的外径小于瓦斯抽采钻孔直径，然后将pvc封孔管前段连同形状记忆聚氨酯管一起送入瓦斯抽采钻孔内一定深度，pvc封孔管后段的端部处于瓦斯抽采钻孔外部；
10.d、形状记忆聚氨酯管进入瓦斯抽采钻孔后，等待一段时间，当形状记忆聚氨酯管的温度低于40℃时，形状记忆聚氨酯管的外径逐步恢复到原有直径，此时形状记忆聚氨酯管由弹性体恢复成刚性体，由于形状记忆聚氨酯管外径为钻孔直径的1.1～1.2倍，其在恢复过程中对钻孔孔壁进行挤压，直至形成刚性体使形状记忆聚氨酯管与瓦斯抽采钻孔的孔壁压紧固定，此时形状记忆聚氨酯管对pvc封孔管与瓦斯抽采钻孔之间的间隙进行封堵，即完成免注浆定点封孔，最后将pvc封孔管后段的端部接入瓦斯抽采系统，对该瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采；
11.e、当该瓦斯抽采钻孔完成瓦斯抽采工作后，将瓦斯抽采系统与pvc封孔管后段的端部分离，然后将高温扰动发射头通过pvc封孔管后段的端部伸入到pvc封孔管前段并开启高温扰动设备，利用高温扰动设备调节高温扰动发射头的温度，使加热温度为60～80℃，热量通过花管上各个通孔及部分实管传递给形状记忆聚氨酯管，由于温度升高，此时形状记忆聚氨酯管再次由刚性体变为弹性体，形状记忆聚氨酯管对瓦斯抽采钻孔的挤压力快速减小，接着对处于瓦斯抽采钻孔外部的pvc封孔管施加拉力，由于形状记忆聚氨酯管通过橡胶变头与pvc封孔管固定连接，并且其此时为弹性体，因此形状记忆聚氨酯管能随着pvc封孔管一起被拉出，待形状记忆聚氨酯管低于形状恢复温度时，重新由弹性体恢复成刚性体，使其能对下一瓦斯抽采钻孔进行封孔工作，从而实现重复利用。
12.进一步，所述pvc封孔管的长度为13～14m，形状记忆聚氨酯管的长度为5～7m。采用这种长度的pvc封孔管能保证其伸入至瓦斯抽采钻孔内所需的深度，另外采用这种长度的形状记忆聚氨酯管能在对瓦斯抽采钻孔进行封堵时，保证其封堵段长度，最终保证对瓦斯抽采钻孔的封孔效果。
13.进一步，所述形状记忆聚氨酯管的前端距离pvc封孔管前段的端部为0.4～0.7m。设置这个距离便于在形状记忆聚氨酯管的前端安装橡胶变头，保证形状记忆聚氨酯管与pvc封孔管之间的密封固定连接。
14.进一步，所述花管的长度为4.5～5m。采用这个长度，能在提高后续对形状记忆聚氨酯管加热的传热效率，同时不会对pvc封孔管的整体支撑性能产生较大影响。
15.进一步，所述pvc封孔管的耐热温度为80～90℃，花管承受的最大压力为30～40mpa，实管承受的最大压力为45～55mpa。采用这种参数，保证加热时pvc封孔管不会发生变形，同时花管及实管的最大压力值能承受后续形状记忆聚氨酯管恢复形状产生挤压力，
保证pvc封孔管不会变形。
16.与现有技术相比，本发明利用形状记忆聚氨酯管在低于形状恢复温度时，具有恢复形状并变为刚性体的功能，在高于形状恢复温度时，具有从刚性体变成弹性体的功能，将其用于瓦斯抽采钻孔的封孔过程，具体为：选择外径大于瓦斯抽采钻孔直径的形状记忆聚氨酯管，将其通过橡胶变头密封固定在pvc封孔管前段，封孔前(即形状记忆聚氨酯管进入瓦斯抽采钻孔之前)对形状记忆聚氨酯管加热使其超过形状恢复温度由刚性体变为弹性体，此时能将其随同pvc封孔管放入瓦斯抽采钻孔内，随着温度的降低，低于形状恢复温度后形状记忆聚氨酯管利用记忆功能开始恢复到原来形状，由于其外径大于钻孔，因此在恢复形状过程中挤压钻孔孔壁，增大两者之间的静摩擦力，直至形成刚性体使形状记忆聚氨酯管与瓦斯抽采钻孔的孔壁压紧固定，使两者之间的静摩擦力达到最大值，完成对钻孔的定点定长度密封，后续可通过pvc封孔管进行瓦斯抽采；当瓦斯抽采结束时，采用高温扰动发射头伸入pvc封孔管内进行加热使形状记忆聚氨酯管再次由刚性体变成弹性体，此时其可随同pvc封孔管一起从瓦斯抽采钻孔内抽出，完成回收过程便于后续的重复利用。本发明无需注浆封孔过程，就能在保证封孔质量的前提下，具有封孔过程操作简单、封孔时间短、封孔成本低和可回收重复利用的优点，具有广泛的实用性。
附图说明
17.图1是本发明的布设示意图。
18.图中：1、煤层；2、瓦斯抽采钻孔；3、pvc封孔管；4、高温扰动设备；5、橡胶变头；6、形状记忆聚氨酯管；7、高温扰动发射头。
具体实施方式
19.下面将对本发明作进一步说明。
20.如图1所示，以图1的左方为前方进行专利描述，本发明的具体步骤为：
21.a、根据煤层1情况确定打钻位置，按照设计要求施工形成瓦斯抽采钻孔2；
22.b、选取外径为瓦斯抽采钻孔2直径0.5～0.7倍的pvc封孔管3，选取外径为瓦斯抽采钻孔2直径1.1～1.2倍的形状记忆聚氨酯管6，所述形状记忆聚氨酯管6的内径略大于pvc封孔管3的外径，所述pvc封孔管3的长度为13～14m，形状记忆聚氨酯管6的长度为5～7m。采用这种长度的pvc封孔管3能保证其伸入至瓦斯抽采钻孔2内所需的深度，另外采用这种长度的形状记忆聚氨酯管6能在对瓦斯抽采钻孔2进行封堵时，保证其封堵段长度，最终保证对瓦斯抽采钻孔2的封孔效果；所述pvc封孔管3由花管和实管同轴组成，花管位于pvc封孔管3前段，将形状记忆聚氨酯管6套在pvc封孔管3外面，且形状记忆聚氨酯管6处于pvc封孔管3前段；在形状记忆聚氨酯管6前端和后端均安装橡胶变头5，形状记忆聚氨酯管6通过橡胶变头5与pvc封孔管3的外壁密封固定连接；所述形状记忆聚氨酯管6的形状恢复温度为40～50℃；所述形状记忆聚氨酯管6的前端距离pvc封孔管3前段的端部为0.4～0.7m。设置这个距离便于在形状记忆聚氨酯管6的前端安装橡胶变头5，保证形状记忆聚氨酯管6与pvc封孔管3之间的密封固定连接；所述花管的长度为4.5～5m。采用这个长度，能在提高后续对形状记忆聚氨酯管加热的传热效率，同时不会对pvc封孔管3的整体支撑性能产生较大影响。
23.c、对形状记忆聚氨酯管6进行加热，温度为55～60℃，此时形状记忆聚氨酯管6由
刚性体变为弹性体，对形状记忆聚氨酯管6的外径进行施压形变使其外径变小，直至形状记忆聚氨酯管6的外径小于瓦斯抽采钻孔2直径，然后将pvc封孔管3前段连同形状记忆聚氨酯管6一起送入瓦斯抽采钻孔2内一定深度，pvc封孔管3后段的端部处于瓦斯抽采钻孔2外部；所述pvc封孔管的耐热温度为80～90℃，花管承受的最大压力为30～40mpa，实管承受的最大压力为45～55mpa。采用这种参数，保证加热时pvc封孔管不会发生变形，同时花管及实管的最大压力值能承受后续形状记忆聚氨酯管恢复形状产生挤压力，保证pvc封孔管不会变形。
24.d、形状记忆聚氨酯管6进入瓦斯抽采钻孔2后，等待一段时间，当形状记忆聚氨酯管6的温度低于40℃时，形状记忆聚氨酯管6的外径逐步恢复到原有直径，此时形状记忆聚氨酯管6由弹性体恢复成刚性体，由于形状记忆聚氨酯管6外径为钻孔直径的1.1～1.2倍，其在恢复过程中对钻孔孔壁进行挤压，直至形成刚性体使形状记忆聚氨酯管6与瓦斯抽采钻孔2的孔壁压紧固定，此时形状记忆聚氨酯管6对pvc封孔管3与瓦斯抽采钻孔2之间的间隙进行封堵，即完成免注浆定点封孔，最后将pvc封孔管3后段的端部接入瓦斯抽采系统，对该瓦斯抽采钻孔2进行瓦斯抽采；
25.e、当该瓦斯抽采钻孔2完成瓦斯抽采工作后，将瓦斯抽采系统与pvc封孔管3后段的端部分离，然后将高温扰动发射头7通过pvc封孔管3后段的端部伸入到pvc封孔管3前段并开启高温扰动设备4，利用高温扰动设备4调节高温扰动发射头7的温度，使加热温度为60～80℃，热量通过花管上各个通孔及部分实管传递给形状记忆聚氨酯管6，由于温度升高，此时形状记忆聚氨酯管6再次由刚性体变为弹性体，形状记忆聚氨酯管6对瓦斯抽采钻孔2的挤压力快速减小，接着对处于瓦斯抽采钻孔2外部的pvc封孔管3施加拉力，由于形状记忆聚氨酯管6通过橡胶变头5与pvc封孔管3固定连接，并且其此时为弹性体，因此形状记忆聚氨酯管6能随着pvc封孔管3一起被拉出，待形状记忆聚氨酯管6低于形状恢复温度时，重新由弹性体恢复成刚性体，使其能对下一瓦斯抽采钻孔2进行封孔工作，从而实现重复利用。
26.上述pvc封孔管3、形状记忆聚氨酯管6、高温扰动设备4、高温扰动发射头7和橡胶变头5均为现有部件或设备，能通过市场直接购买获得；其中形状记忆聚氨酯管6采用的材质为热致感应型形状记忆聚氨酯，其在低于形状恢复温度时，具有恢复形状并变为刚性体的功能，在高于形状恢复温度时，具有从刚性体变成弹性体的功能。
27.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。