一种用于松软煤层中瓦斯抽采钻孔定点防护的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于松软煤层中瓦斯抽采钻孔定点防护的方法，先确定瓦斯抽采钻孔内各个易坍塌位置，护孔管由内层管和外层管组成双层管结构，内层管与外层管之间布设多个支撑棒；对外层管及支撑棒加热使其超过形状恢复温度由刚性体变为弹性体，此时对外层管外径进行施压，使外层管及支撑棒形变使外层管外径变小，接着将护孔管放入钻孔内，随着温度低于形状恢复温度后外层管及各个支撑棒利用记忆功能开始恢复形状，由于外层管外径大于钻孔，因此在恢复过程中外层管及各个支撑棒同时对钻孔孔壁和PVC管的外壁进行挤压，增大外层管外壁与钻孔孔壁之间的支撑力，直至形成刚性体使外层管外壁与瓦斯抽采钻孔的孔壁压紧固定，完成对易坍塌位置的支护。成对易坍塌位置的支护。成对易坍塌位置的支护。

【技术实现步骤摘要】
一种用于松软煤层中瓦斯抽采钻孔定点防护的方法


[0001]本专利技术涉及一种瓦斯抽采钻孔防护的方法，具体是一种用于松软煤层中瓦斯抽采钻孔 定点防护的方法。

技术介绍

[0002]利用钻孔进行瓦斯抽采是我国煤矿的瓦斯治理主要方式。据统计，每年我国煤矿用于 井下瓦斯抽采的钻孔工程量已超过1.5亿m3。然而由于受到地应力和瓦斯压力等因素影响， 在松软煤层瓦斯抽采过程中钻孔塌孔问题严重，由于钻孔塌孔阻断了瓦斯气体向外流动的 通道，这将显著影响瓦斯的高效抽采以及井下瓦斯治理，影响矿井的安全生产。松软煤层 在我国可采煤层中占有很大的比例，松软煤层钻孔塌孔是制约井下瓦斯高效抽采的主要难 题，目前主要通过向钻孔内送入筛管防止塌孔，但是由于钻孔成孔后会存在不同程度的残 留煤屑，且松软煤层钻孔在短时间内就可能出现局部坍塌，导致在实际应用中经常出现筛 管无法穿过钻孔塌孔区段而影响钻孔瓦斯的高效抽采。
[0003]申请公布号为CN109736875A的专利技术专利，提供了一种煤层钻孔防塌装置及防塌方法， 该方法是将一种多孔混凝土注入钻孔易塌区段主动支护钻孔，该多孔混凝土具有强度高、 孔隙率大的特点，其既能有效支护钻孔易塌区段，也具有良好的空间孔隙特性，能保证瓦 斯气体自由通过。该方法解决了钻孔不同深度处的塌孔防护，但是在使用过程中存在以下 问题：
①
该方法采用定点向孔内注入混凝土材料的方法，混凝土材料中含有大量的水分， 易坍塌段上边界的松软煤体遇水泥化，掉落到钻孔内，覆盖在多孔混凝土材料的上侧，堵 塞瓦斯在多孔混凝土的流动通道，影响钻孔内瓦斯流动通道的通畅性；
②
按照配方多孔混 凝土加的水分固定，由于钻孔内干燥，大量的水被坍塌段松软煤体吸收，导致多孔混凝土 水化、硬化的水分减少，影响多孔混凝土的强度和性能；
③
注入的混凝土材料无法取出且 与钻孔周围煤岩体固结成一体，进而影响后期煤体开采出的煤体品质。因此，如何提供一 种方法，能在保证对松软煤层中的钻孔进行定点防护前提下，还具有定点防护过程操作简 便，且无需注浆凝固过程，另外在当前钻孔完成瓦斯抽采后，不会影响后续煤体开采出的 煤炭品质，是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于松软煤层中瓦斯抽采钻孔定点防 护的方法，能在保证对松软煤层中的钻孔进行定点防护前提下，还具有定点防护过程操作 简便，且无需注浆凝固过程，另外在当前钻孔完成瓦斯抽采后由于其并不与钻孔固结，从 而后续煤体开采时能直接与开采出的煤炭分离，不会影响煤炭品质。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于松软煤层中瓦斯抽采钻孔定 点防护的方法，具体步骤为：
[0006]A、采用钻孔探测仪对松软煤层中的瓦斯抽采钻孔内部裂隙进行原位探测，结合钻孔内 裂隙分布及发育情况确定瓦斯抽采钻孔内部各个易坍塌位置及其对应长度；
[0007]B、制作护孔管，所述护孔管为双层管结构，其内层管是外径为瓦斯抽采钻孔直径0.4～ 0.5倍的PVC管，外层管是外径为瓦斯抽采钻孔直径1.2～1.3倍的形状记忆聚氨酯管，将 外层管套在内层管外部，且内层管与外层管之间通过多个支撑棒固定连接，各个支撑棒的 材质与外层管的材质相同，所述支撑棒和外层管的形状恢复温度为45～55℃；根据步骤A 确定的各个易坍塌位置的数量及其对应长度，分别制作对应数量的护孔管，且每个护孔管 长度均大于其所需支护的易坍塌位置长度；
[0008]C、根据步骤A确定的易坍塌位置，选出处于瓦斯抽采钻孔最深处的一个，然后从步 骤B制作的护孔管中选出与该易坍塌位置对应的护孔管，然后将护孔管的PVC管套在推入 杆上，根据易坍塌位置，确定推入杆后续所需同轴连接的连接杆数量，接着通过加热设备 对选出护孔管的外层管及各个支撑棒进行加热，温度为60～65℃，此时外层管和支撑棒由 刚性体变为弹性体，对外层管的外径进行施压，外层管和支撑棒受压形变使得外层管的外 径变小，直至外层管的外径小于瓦斯抽采钻孔直径，最后通过推入杆及各个连接杆将护孔 管送入瓦斯抽采钻孔最深处的易坍塌位置处；
[0009]D、处于最深处易坍塌位置的护孔管，等待一段时间后，当外层管及各个支撑棒的温度 低于45℃时，由于其形状记忆功能，外层管的外径逐步恢复到原有直径，同时各个支撑棒 逐步恢复到原有长度，并在恢复过程中外层管及支撑棒由弹性体恢复成刚性体，由于外层 管外径为钻孔直径的1.2～1.3倍，在外层管及各个支撑棒恢复过程中同时对钻孔孔壁和PVC 管的外径进行挤压，使外层管外壁与瓦斯抽采钻孔的孔壁之间的支撑力持续增大，直至形 成刚性体使外层管外壁与瓦斯抽采钻孔的孔壁压紧固定，此时护孔管完成对该易坍塌位置 的支护，完成后将推入杆及各个连接杆从瓦斯抽采钻孔内取出；
[0010]E、再选择距离最深处易坍塌位置最近的易坍塌位置，并重复步骤C和D，从而完成对 该易坍塌位置的支护，如此重复多次，直至完成瓦斯抽采钻孔内部所有易坍塌位置的定点 防护工作后，对瓦斯抽采钻孔进行封孔然后进行瓦斯抽采，瓦斯抽采钻孔深处的瓦斯经过 各个护孔管的PVC管内部被抽采出。
[0011]进一步，所述多个支撑棒在内层管与外层管之间沿径向均匀分布。采用这种布设方式， 能有效提高支撑棒对内层管与外层管进行支撑的作用，在外层管进入瓦斯抽采钻孔后恢复 形状时，各个支撑棒也同时恢复形状，此时支撑棒能均匀分担外层管对内层管施加的压力， 最终保证外层管对易坍塌位置的定点防护支撑，同时保证内层管内部的通道流畅。
[0012]进一步，所述外层管的内径为瓦斯抽采钻孔直径的0.8～0.9倍。采用这个参数，不仅 能保证外层管与内层管之间具有合理空间，便于各个支撑棒的布设及施压形变时所需空间， 同时使得外层管本身具有较好的壁厚，保证外层管具有更好的形变恢复能力及恢复后具有 更好的支撑力。
[0013]进一步，所述PVC管的耐热温度为75～85℃，承受的最大压力为40～50MPa。采用这 种参数，保证加热时PVC管不会发生变形，同时PVC管的最大压力值能承受后续形状记 忆聚氨酯管及支撑棒恢复形状产生的挤压力，保证PVC管不会变形。
[0014]与现有技术相比，本专利技术利用形状记忆聚氨酯管及形状记忆聚氨酯支撑棒在低于形状 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，将其用于松软煤层中瓦斯抽采钻孔的定点防护过程，具体为：先
确定 瓦斯抽采钻孔内各个易坍塌位置及其对应长度，然后制作多个护孔管，每个护孔管对应一 个易坍塌位置，且各自长度均大于各自对应的易坍塌位置长度；护孔管由内层管和外层管 组成双层管结构，其中内层管为PVC管，外层管为外径大于瓦斯抽采钻孔直径、且内径大 于PVC管外径的形状记忆聚氨酯管，内层管与外层管之间布设多个支撑棒用于两者的连接； 在进行最深处易坍塌位置的定点防护之前(即护孔管进入瓦斯抽采钻孔之前)，对外层管及 支撑棒加热使其超过形状恢复温度由刚性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于松软煤层中瓦斯抽采钻孔定点防护的方法，其特征在于，具体步骤为：A、采用钻孔探测仪对松软煤层中的瓦斯抽采钻孔内部裂隙进行原位探测，结合钻孔内裂隙分布及发育情况确定瓦斯抽采钻孔内部各个易坍塌位置及其对应长度；B、制作护孔管，所述护孔管为双层管结构，其内层管是外径为瓦斯抽采钻孔直径0.4～0.5倍的PVC管，外层管是外径为瓦斯抽采钻孔直径1.2～1.3倍的形状记忆聚氨酯管，将外层管套在内层管外部，且内层管与外层管之间通过多个支撑棒固定连接，各个支撑棒的材质与外层管的材质相同，所述支撑棒和外层管的形状恢复温度为45～55℃；根据步骤A确定的各个易坍塌位置的数量及其对应长度，分别制作对应数量的护孔管，且每个护孔管长度均大于其所需支护的易坍塌位置长度；C、根据步骤A确定的易坍塌位置，选出处于瓦斯抽采钻孔最深处的一个，然后从步骤B制作的护孔管中选出与该易坍塌位置对应的护孔管，然后将护孔管的PVC管套在推入杆上，根据易坍塌位置，确定推入杆后续所需同轴连接的连接杆数量，接着通过加热设备对选出护孔管的外层管及各个支撑棒进行加热，温度为60～65℃，此时外层管和支撑棒由刚性体变为弹性体，对外层管的外径进行施压，外层管和支撑棒受压形变使得外层管的外径变小，直至外层管的外径小于瓦斯抽采钻孔直径，最后通过推入杆及各个连接杆将护孔管送入瓦斯抽采钻孔最深处的易坍塌位置处；D、处于最深处易坍塌位置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王圣程，蔡峰，苏善杰，卢守青，张雷林，黄兰英，禄利刚，张朕，宋雷，马晴晴，杨捷，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：