抽採管、抽採系統及下向鑽孔抽採方法

2023-12-10 01:03:56

專利名稱：抽採管、抽採系統及下向鑽孔抽採方法
技術領域：
本發明涉及瓦斯抽採技術，尤其涉及一種抽採管、抽採系統及下向鑽孔抽採方法。
背景技術：
煤孔生產中，煤層一般位於巖石層下方，在採煤作業之前，需要對煤氣中的瓦斯進行抽採，以保證生產作業的安全性。現有技術中使用下向抽採工藝抽採瓦斯，該工藝具體包括如下步驟從巖石區向下鑽孔，直至鑽入煤區中設定的深度；全程下護壁套管；進行封孔；將護壁套管位於巷道內的一端與抽採泵連接；進行抽採。封孔深度參照《防治煤與瓦斯突出規定》第五十條的規定為5m。現有護壁套管的結構示意圖參見圖1，護壁套管包括護孔管I和封孔管5，兩者相互連通。護孔管I的總長度取決於煤層的厚度，封孔管5的總長度取決於巖石層的厚度。護孔管I上開設有通孔11。實際應用中，每節護孔管的長度一定，可以根據需要將多根護孔管連接以達到要求的長度；封孔管也一樣。鑽孔完畢後，將護壁套管下到鑽出的孔中，護孔管I位於煤層中，煤層中的瓦斯經由通孔11進入到護孔管I內部，護孔管I和封孔管5連通，將抽採泵連接在封孔管的端部以抽出瓦斯。現有技術至少存在以下問題，一些情況下，煤層中含有豐富的水份，這些水份經由通孔進入到護壁套管中並沉積，堵塞了通孔，煤層中的瓦斯無法進入到護壁套管中，使得抽採到的瓦斯濃度大大降低，且沉積在護壁套管中的水分難以被抽採出來。

發明內容
本發明提供一種抽採管、抽採系統及下向鑽孔抽採方法，用以提高瓦斯抽採的濃度。本發明提供一種抽採管，其中包括護壁套管和通氣管，兩者並排固定設置；所述通氣管一端的側壁上開設有第一開孔，所述護壁套管的對應位置設置有第二開孔，所述第一開孔和第二開孔連通。如上所述的抽採管，優選的是所述通氣管內部還設置有比例控制閥，以控制所述通氣管內氣體的流通或斷開。如上所述的抽採管，優選的是所述護壁套管包括護孔管和封孔管，所述護孔管和封孔管的兩端都帶有絲扣，所述護孔管和封孔管之間通過管節密封連通。如上所述的抽採管，優選的是所述通氣管為不鏽鋼鋼管或耐磨橡膠管。如上所述的抽採管，優選的是每根所述護孔管的孔壁上開設有小孔，所述小孔的直徑為10mm-25mm，所述小孔的數量為20-30個，沿著所述護孔管的表面均勻布置。
本發明還提供一種抽採系統，其特徵在於包括本發明任一所述的抽採管，所述抽採管的護壁套管的一端與抽採泵連通；所述抽採管的通氣管的一端與壓風系統連通。本發明再提供一種下向鑽孔抽採方法，其中，包括使用鑽頭從巖石區向下鑽孔，直至鑽入煤區中設定的深度；繼續向下鑽3_8m;將本發明任一所述的抽採管下至所述設定的深度；將所述抽採管的護壁套管位於巷道內的一端與抽採泵連接，將所述抽採管的通氣管位於巷道內的一端與壓風系統連接；進行抽採。如上所述的下向鑽孔抽採方法，優選的是，在從巖石區向下鑽孔，直至鑽入煤區中設定的深度之前還包括對巖石層進行噴注水泥漿的處理。如上所述的下向鑽孔抽採方法，優選的是，在將本發明任一所述的抽採管下至所述設定的深度之後還包括對抽採管和巖石層之間的孔隙進行注漿處理，進行注漿處理的長度為12_15m。本發明提供的抽採管、抽採系統及下向鑽孔抽採方法，其抽採管的通氣管和護壁套管通過第一開孔連通，而其他地方兩個管子並不連通，在抽採過程中，通氣管和護壁套管構成連通器，這樣，護壁套管中沉積的水分就極易被抽採出來，水分被抽採之後，煤層中的瓦斯可以經由護壁套管上的通孔 進入到護壁套管中，從而提高了瓦斯的抽採濃度。


圖1為現有護壁套管的結構示意圖；圖2為本發明實施例一提供的抽採管的結構示意圖；圖3為本發明實施例二提供的抽採系統的結構示意圖；圖4為本發明實施例三提供的下向鑽孔抽採方法的流程示意圖；圖5a為本發明實施例四提供的下向鑽孔抽採方法的流程示意圖；圖5b為瓦斯抽採純量變化趨勢圖；圖5c示意了單孔瓦斯濃度變化趨勢圖。附圖標記1、22_護孔管； 11-通孔；2-護壁套管；3-通氣管；31-第一開孔； 21-第二開孔；4-管節；5-封孔管；6-比例控制閥；23-小孔；24-封孔管；7-壓風系統；8-抽採泵。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。圖2為本發明實施例一提供的抽採管的結構示意圖。本發明實施例一提供一種抽採管，其中包括護壁套管2和通氣管3，兩者並排固定設置；通氣管3 —端的側壁上開設有第一開孔31，護壁套管2的對應位置設置有第二開孔21，第一開孔31和第二開孔21連通。對應位置是指，護壁套管和通氣管平排設置後，開設的第一開孔在通氣管上的位置，和第二開孔在護壁套管上開設的位置應便於連通。通氣管和護壁套管通過第一開孔連通，而其他地方兩個管子並不連通，在抽採過程中，通氣管和護壁套管構成連通器，這樣，護壁套管中沉積的水分就極易被抽採出來，水分被抽採之後，煤層中的瓦斯可以經由護壁套管上的通孔進入到護壁套管中，從而提高了瓦斯的抽採濃度。進一步地，通氣管3內部還設置有比例控制閥6，以控制通氣管3內氣體的流通或斷開。承上述內容知，設置通氣管主要是為了實現抽出護壁套管中沉積的水分，而護壁套管中水分沉積需要時間，通氣管無需一直處於直通狀態，所以在通氣管內部設置了比例控制閥，以在需要排水之時，打開比例控制閥。實際應用中，可以將多個抽採管的通氣管與一個壓風系統連接，此時可以只設置一個比例控制閥，設置比例控制閥的動作時間，以控制自動排水頻率。通氣管中氣流處於流通狀態，便於使鑽孔內的水分進入抽採系統中；通氣管中氣流處於斷開狀態，便於提高瓦斯抽採效率。在本實施例中，比例控制閥以通過時間控制為例,每30分鐘，比例控制閥自動開啟一次,一次開啟持續2分鐘。護壁套管的優選實現方式為護壁套管2包括護孔管22和封孔管24，護孔管22和封孔管24的兩端都帶有絲扣，護孔管22和封孔管24之間通過管節4密封連通。護壁套管比如為4節，根據煤層和巖石層的厚度，前2節為封孔管，後2節為護孔管。護孔管和護孔管之間、封孔管和封孔管之間都可以採用管節密封連通。採用護孔管和封孔管連接構成護壁套管，連接關係簡單，且性能可靠。通氣管的優選實現方式為通氣管3為不鏽鋼鋼管或耐磨橡膠管。通氣管的作用是為了使外部空氣與護壁套管中的空氣能夠實現連通，通氣管的粗細並不影響連通的實質，實際使用中，通氣管的直徑為護壁套管直徑的1/4，以避免過於增加容置護壁套管和通氣管的鑽孔尺寸。進一步地，每根護孔管22的孔壁上開設有小孔23，小孔23的直徑為10mm-25mm，小孔23的數量為20-30個，沿著護孔管22的表面均勻布置。小孔直徑太大，煤層中的煤渣易進入到護孔管中，上述尺寸的小孔即可有效防止煤渣進入。以一根護孔管上均勻開設30個小孔、護孔管的直徑為2英寸為例，30個小孔的暴露面積是護孔管橫截面面積的3.1倍，保證了瓦斯有足夠的通路進入到護孔管中。實際應用中，位於煤層中的護孔管上都開設小孔，以利於氣體流通。另外，位於護壁套管最前端的那根護孔管與尖錐連接，尖錐上面不開設小孔，以更利於護壁套管向煤層中推進且不進入煤渣。本發明實施例一提供的抽採管，設置了通氣管，能夠及時排出護壁套管中沉積的水分，使得煤層中的瓦斯有足夠的通路進入到護壁套管中，提高了瓦斯抽採的濃度和抽採效率，增加了採煤作業的安全性。本發明實施例二提供一種抽採系統，包括本發明任意實施例所述的抽採管，抽採管的護壁套管2的一端與抽採泵8連通；抽採管的通氣管3的一端與壓風系統7連通。圖3為本發明實施例二提供的抽採系統的結構示意圖。具體地，抽採管的通氣管與壓風系統壓風管連通。本發明實施例二提供的抽採系統，其通氣管能夠及時排出進入抽採系統中的水分，提高了瓦斯抽採的效率和抽採濃度，增加了採煤作業的安全性。本發明實施例三提供一種下向鑽孔抽採方法，其優選的是使用本發明任意實施例所提供的抽採管，該方法的流程示意圖參見圖4，其中，該方法包括步驟41、使用鑽頭從巖石區向下鑽孔，直至鑽入煤區中設定的深度。上述鑽孔技術可以採用已有的煤層鑽孔技術進行。步驟42、繼續向下鑽3_8m。在本實施例中，以繼續向下鑽5m為例，多鑽的5m深的孔可以用於沉積水分和煤渣。步驟43、將本發明任意實施例所述的抽採管下至設定的深度。位於煤層的那部分抽採管的護壁套管外側可以包裹紗網，以過濾煤層中的煤渣。抽採管的護壁套管和通氣管處理連通之外，還應連接緊密，以防脫落。步驟44、將抽採管的護壁套管位於巷道內的一端與抽採泵連接，將抽採管的通氣管位於巷道內的一端與壓風系統連接。壓風系統為井下作業的常用設備，在本實施例中，通氣管與壓風系統通過高壓膠管連接後，可以通過檢測護壁套管管口的出風情況來檢驗鑽孔是否通暢。步驟45、進行抽採。本發明實施例三提供的下向鑽孔抽採方法，能夠有效排除抽採管中沉積的水分，提高了瓦斯抽採的濃度抽採效率。圖5a為本發明實施例四提供的下向鑽孔抽採方法的流程示意圖。本發明實施例三在實施例二的技術方案基礎之上，優選的是在步驟41之前還包括步驟61、對巖石層進行噴注水泥漿的處理。在本步驟中，巖石層是指鑽孔開孔位置周邊的巖石層。實際應用中，巖石層可能為破碎狀態，或巖石上有裂痕，為了保證鑽孔後巖石層的強度，在鑽孔前對巖石破碎的地方或者巖石上有裂紋的地方進行噴注水泥漿的處理，所謂噴注水泥漿包括兩個步驟，首先是在巖石表面噴上水泥漿，然後在巖石上鑽一些小孔，以灌入水泥漿。進行噴注操作後的巖石的強度會增強，保證了後續鑽孔操作的安全性。由於鑽孔精度、操作條件的限制，鑽孔的尺寸和抽採管的尺寸難以完全一致，為了防止巖石層中的空氣進入到護壁套管中，優選的是，在步驟43之後還包括步驟71 :對抽採管和巖石層之間的孔隙進行注漿處理以封孔，進行注漿處理的長度為12_15m。進行注漿處理的目的是為了封孔，即封住位於巖石段的鑽孔的孔壁和抽採管之間的孔隙。參照《防治煤與瓦斯突出規定》，封孔的長度不低於5m，本發明實施例以12m為例。巖壁如有破碎的現象，封孔應封至巖石層和煤層的交界面，封孔處理的步驟如下在抽採管中護壁套管的護孔管的預設位置上焊接兩層間距500mm的擋板，在兩塊擋板間纏繞幹海帶並綑紮牢固；將裝配好擋板的護壁套管和通氣管下入鑽孔中，兩塊擋板邊緣留有豁口，以便通氣管通過；封孔管跟著護孔管進入鑽孔的同時下入4英寸的注漿管到距離上方擋板4m-6m處，同時用面紗和聚氨酯在孔口 Im處封好；然後下入返漿管；向鑽孔和封孔管之間的孔隙中注入快速膨脹水泥和水的混合溶液，快速膨脹水泥和水的重量比例為1:1 ;兩個小時後，使用注漿管以不低於3MPa的注漿壓力向孔隙中注入普通水泥漿；再以不低於5MPa的注漿壓力對孔隙進行點漿處理以完成封孔操作。由於快速膨脹水泥膨脹速度快，且效果好，大大提高了噴漿操作的效率，節省了大量的時間成本。使用本發明實施例四提供的下向鑽孔抽採方法的抽採效果圖參見圖5b和圖5c，其中圖5b示意了為採集10個日期的瓦斯抽採純量變化趨勢圖，每兩個日期之間間隔一個月。瓦斯抽採純量是指單位時間內抽出的瓦斯的體積。隨著時間的增長，煤層中釋放的瓦斯濃度越來越多，且抽採管便於及時排水，多釋放出來的瓦斯都能進入到抽採管中，瓦斯的抽採純量也相應增加，以下向鑽孔124個為例，抽採純量最高值可達到3. 09m3/min,百孔平均抽採純量可達到2. 5m3/min。圖5c示意了對一個鑽孔抽採57天的瓦斯濃度變化趨勢圖，可以看出，連續抽採57天，由於通風管輸入空氣，該鑽孔瓦斯的抽採濃度稍有下降，但參見圖5b可知，所有鑽孔的總瓦斯抽採純量是增加的。使用本法發明實施例四提供的下向鑽孔抽採方法，瓦斯的抽採濃度最高可達90 %以上，實際經驗表明，連續抽採3-6個月，單孔的瓦斯濃度不低於40%，大大提高了瓦斯的抽採量和抽採濃度。本發明實施例四提供的下向鑽孔抽採方法，封孔操作效率高，大大提高了下向鑽孔的工作效率，保證了瓦斯抽採的高效進行。最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種抽採管，其特徵在於 包括護壁套管和通氣管，兩者並排固定設置； 所述通氣管一端的側壁上開設有第一開孔，所述護壁套管的對應位置設置有第二開孔，所述第一開孔和第二開孔連通。
2.根據權利要求1所述的抽採管，其特徵在於 所述通氣管內部還設置有比例控制閥，以控制所述通氣管內氣體的流通或斷開。
3.根據權利要求1所述的抽採管，其特徵在於所述護壁套管包括護孔管和封孔管，所述護孔管和封孔管的兩端都帶有絲扣，所述護孔管和封孔管之間通過管節密封連通。
4.根據權利要求1所述的抽採管，其特徵在於所述通氣管為不鏽鋼鋼管或耐磨橡膠管。
5.根據權利要求3所述的抽採管，其特徵在於每根所述護孔管的孔壁上開設有小孔，所述小孔的直徑為10mm-25mm，所述小孔的數量為20-30個，沿著所述護孔管的表面均勻布置。
6.一種抽採系統，其特徵在於包括權利要求1-5任一所述的抽採管，所述抽採管的護壁套管的一端與抽採泵連通；所述抽採管的通氣管的一端與壓風系統連通。
7.—種下向鑽孔抽米方法,其特徵在於,包括 使用鑽頭從巖石區向下鑽孔，直至鑽入煤區中設定的深度； 繼續向下鑽3-8m ； 將權利要求1-5任一所述的抽採管下至所述設定的深度； 將所述抽採管的護壁套管位於巷道內的一端與抽採泵連接，將所述抽採管的通氣管位於巷道內的一端與壓風系統連接； 進行抽米。
8.根據權利要求7所述的下向鑽孔抽採方法，其特徵在於，在從巖石區向下鑽孔，直至鑽入煤區中設定的深度之前還包括對巖石層進行噴注水泥漿的處理。
9.根據權利要求7所述的下向鑽孔抽採方法，其特徵在於，在將權利要求1-5任一所述的抽採管下至所述設定的深度之後還包括 對抽採管和巖石層之間的孔隙進行注漿處理以封孔，進行注漿處理的長度為12-15m。
全文摘要
本發明公開了一種抽採管、抽採系統及下向鑽孔抽採方法，其中抽採管包括護壁套管和通氣管，兩者並排固定設置；所述通氣管一端的側壁上開設有第一開孔，所述護壁套管的對應位置設置有第二開孔，所述第一開孔和第二開孔連通。本發明提供的抽採管、抽採系統及下向鑽孔抽採方法，其抽採管的通氣管和護壁套管通過第一開孔連通，而其他地方兩個管子並不連通，在抽採過程中，通氣管和護壁套管構成連通器，這樣，護壁套管中沉積的水分就極易被抽採出來，水分被抽採之後，煤層中的瓦斯可以經由護壁套管上的通孔進入到護壁套管中，從而提高了瓦斯的抽採濃度。
文檔編號E21F16/00GK103061796SQ20111031815
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者程念東, 何新礦, 嚴立峰, 陳軍, 何兵 申請人:淮南礦業(集團)有限責任公司