專利名稱：形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及高瓦斯礦井或煤與瓦斯突出礦井的瓦斯抽放鉆孔的封孔技術(shù)領域，且具體地，涉及形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
瓦斯抽放是高瓦斯礦井及煤與瓦斯突出礦井綜合治理礦井瓦斯的治本之策，瓦斯抽放方法比較多，按空間上劃分有本煤層抽放、鄰近層抽放、采空區(qū)抽放；按時間上劃分為采前預抽、邊掘邊抽、邊采邊抽、采空區(qū)抽放；按抽放工藝劃分為巷道抽放法、鉆孔抽放法、 巷道和鉆孔聯(lián)合抽放法；按是否受到卸壓影響又可分為未卸壓抽放、卸壓抽放等。但是在礦井瓦斯抽放過程中往往由于抽放鉆孔封孔不嚴密造成巷道內(nèi)的空氣在高負壓的情況下進入瓦斯抽放鉆孔，致使瓦斯抽放鉆孔內(nèi)負壓降低、瓦斯?jié)舛纫步档?，嚴重地影響了瓦斯泵的抽放效率和礦井的安全生產(chǎn)。針對這種情況國內(nèi)外許多科研機構(gòu)都展開了技術(shù)攻關(guān)。早期的瓦斯抽放鉆孔的封孔工藝是采用水泥砂漿進行封孔，這種封孔工藝操作簡單，成本也比較低，但是封孔效果不是太好，因為水泥砂漿凝固硬化后容易出現(xiàn)許多崩裂的裂縫與巷道連通，這樣會導致巷道中的空氣在高負壓的作用下順著崩裂的裂縫進入瓦斯抽放鉆孔，從而影響了瓦斯抽放鉆孔的封孔質(zhì)量。最近一段時期，國內(nèi)普遍采用了聚氨酯封孔工藝，這種封孔工藝是采用卷纏藥液法，聚氨酯由甲、乙兩種藥液混合而成，封孔時按比例將甲、乙兩組藥液倒入容器內(nèi)混合攪拌1分鐘。當藥液由原來的黃色變?yōu)槿榘咨珪r，將混合液倒在塑料編織或毛巾布帶上并纏在抽放管上固定后，送入鉆孔大約5分鐘后，藥液開始發(fā)泡膨脹，20分鐘后停止發(fā)泡，逐漸硬化固結(jié)。此種封孔方法缺點是不適宜于封孔要求較深的鉆孔。無論水泥砂漿封孔還是聚氨酯封孔，其均是研究的重點放在如何把瓦斯抽放鉆孔本身封堵嚴實、不漏氣方面。然而，在煤巷掘進過程中，煤層的原有應力平衡被破壞，在煤巷兩幫的煤壁正前方形成了卸壓帶、應力集中帶、原始應力帶三個帶。據(jù)研究表明，卸壓帶的寬度大致從煤巷兩幫的煤壁向正前方延伸5 6m左右，在這個區(qū)域內(nèi)煤層在工作面前方集中應力的作用下，出現(xiàn)擴容現(xiàn)象，煤層透氣性顯著提高，存在大量的煤層裂隙給空氣流動提供了有利通道。同時，在集中應力峰后區(qū)，煤層整體變?yōu)樗苄誀顟B(tài)，鉆孔周圍的極限塑性區(qū)范圍急劇擴大，大量的裂隙與瓦斯抽放鉆孔、煤巷巷道相連通，這樣，在高負壓的情況下，即使采用水泥砂漿或者聚氨酯把瓦斯抽放鉆孔本身封堵嚴密也無法阻擋巷道中的空氣從巷道兩幫的煤壁的裂隙進入瓦斯抽放鉆孔中，從而導致瓦斯抽放鉆孔出現(xiàn)嚴重漏氣現(xiàn)象。而且，隨著我國定向長鉆孔的廣泛推廣和應用，在定向長鉆孔施工過程中，由于高壓水(一般能夠達到30 40MPa左右)在將鉆孔的煤粉排出鉆孔的同時對巷道煤壁卸壓帶內(nèi)破碎的媒體有一定的沖刷作用，嚴重地影響了煤壁的穩(wěn)定性，存在片幫的危險，從而對現(xiàn)場施工人員的人身安全也構(gòu)成了嚴重威脅
發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷而提出本發(fā)明，且本發(fā)明旨在提供一種形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)及其制作方法，利用該方法形成的瓦斯抽放鉆孔在使用期間能夠有利地降低瓦斯抽放鉆孔的漏氣現(xiàn)象發(fā)生，提高瓦斯抽放效率。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，包括瓦斯抽放鉆孔；圍繞在所述瓦斯抽放鉆孔周圍的多個輔助孔，所述輔助孔中填充有膨脹劑。進一步地，所述輔助孔從所述煤層的煤壁平行于所述瓦斯抽放鉆孔的鉆入起始端向內(nèi)延伸一預定深度。進一步地，所述輔助孔的所述預定深度為5_7m。進一步地，所述輔助孔的孔徑為35_45mm。進一步地，所述輔助孔的數(shù)量為至少八個。進一步地，所述輔助孔的軸線與所述瓦斯抽放鉆孔的軸線平行。進一步地，所述輔助孔圍繞所述瓦斯抽放鉆孔等間距地布置。進一步地，所述瓦斯抽放鉆孔與瓦斯排放管接合，并且所述瓦斯抽放鉆孔的孔壁與所述瓦斯排放管的外壁之間的間隙由密封劑填充。進一步地，所述膨脹劑為羅克休、馬麗散、聚氨酯、固幫特或速凝水泥。進一步地，所述羅克休中的樹脂與催化劑之間的比例為4 1。進一步地，所述密封劑選自水泥砂漿、聚氨酯、馬麗散或其組合。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種在煤層中形成瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟步驟1)確定待形成的瓦斯抽放鉆孔在所述煤層中的位置；步驟2、圍繞所述位置形成多個輔助孔；步驟幻在所述輔助孔中填充膨脹劑；步驟4)在所述膨脹劑固化之后，在所述位置處形成所述瓦斯抽放鉆孔。進一步地，圍繞所述位置形成至少八個所述輔助孔。進一步地，在所述步驟4)之后，所述方法進一步包括步驟幻將瓦斯排放管接合至所述瓦斯抽放鉆孔，并用密封劑密封所述瓦斯抽放鉆孔的孔壁與所述瓦斯排放管的外壁之間的間隙。進一步地，在所述步驟幻之后并在所述步驟4)之前，所述方法進一步包括，當填充完所述膨脹劑之后，用可除去的蓋子封閉所述輔助孔。進一步地，在所述步驟2、中，圍繞所述位置等間距地布置多個所述輔助孔。相比于現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)本發(fā)明的形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)及其方法能夠?qū)崿F(xiàn)以下有益技術(shù)效果(1)本發(fā)明的形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)及其方法能夠?qū)ο锏纼蓭兔罕谛秹簬?nèi)的煤壁裂隙進行有效地封堵，阻斷巷道中空氣向瓦斯抽放鉆孔流動的通道，降低瓦斯抽放鉆孔的漏氣量，大幅度地提高瓦斯抽放效率。(2)本發(fā)明的形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)及其方法克服了單一使用聚氨酯封孔法的弊端，既對瓦斯抽放鉆孔本身進行有效封堵，同時又對巷道兩幫煤壁卸壓帶內(nèi)的煤壁裂隙進行封堵，阻斷巷道中空氣向瓦斯抽放鉆孔流動的通道。(3)本發(fā)明的形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)及其方法通過向煤壁注入大量的羅克休，能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場的煤壁進行有效的加固，提高煤壁的穩(wěn)定性，減少煤壁片幫傷人事故的發(fā)生，對現(xiàn)場的施工安全具有重要意義。(4)本發(fā)明的形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)及其方法施工操作簡單、靈活，施工人員很容易掌握操作工藝。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖1是示出煤巷掘進過程中煤巷兩幫的應力帶分布示意圖。圖2示意性地示出了利用根據(jù)本發(fā)明的在煤層中形成瓦斯抽放鉆孔的方法所形成的瓦斯抽放鉆孔；圖3示意性地示出了圖2所示瓦斯抽放鉆孔的側(cè)面剖視圖。
具體實施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實施例，對本發(fā)明的用于在煤層中形成瓦斯抽放鉆孔的方法進行詳細說明。圖1是示出煤巷掘進過程中煤巷兩幫的應力曲線18的示意圖。如圖1所示，在煤巷的掘進過程中，煤層12的原有應力平衡被破壞，在煤巷兩幫的煤壁正前方形成了包括卸壓帶14、應力集中帶13和原始應力帶12的三個應力帶，其中，卸壓帶14的寬度大致從煤巷15兩幫的煤壁向內(nèi)延伸5 7m，在這個區(qū)域內(nèi)，煤層16在工作面前方集中應力的作用下會出現(xiàn)擴容現(xiàn)象，煤層透氣性顯著提高，存在大量的煤層裂隙，給空氣流動提供了有利通道，同時在集中應力峰后區(qū)，煤層整體變?yōu)樗苄誀顟B(tài)，瓦斯抽放鉆孔周圍的極限塑性區(qū)范圍急劇擴大，大量的裂隙與瓦斯抽放鉆孔、煤巷巷道相連通。這樣，在高負壓的情況下，即使采用水泥砂漿或者聚氨酯將瓦斯抽放鉆孔本身封堵嚴密，也無法阻擋巷道中的空氣從巷道兩幫的煤壁的裂隙進入瓦斯抽放鉆孔中，從而導致瓦斯抽放鉆孔出現(xiàn)嚴重的漏氣現(xiàn)象。圖2示出了利用根據(jù)本發(fā)明的在煤層中形成瓦斯抽放鉆孔的方法所形成的瓦斯抽放鉆孔。根據(jù)本發(fā)明的方法能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。根據(jù)本發(fā)明的方法，首先，設定待形成在煤層16中的瓦斯抽放鉆孔2的位置。當設定好待形成的瓦斯抽放鉆孔2的位置之后，不急于鉆取該瓦斯抽放鉆孔2，而是利用諸如煤電鉆垂直于煤壁26圍繞待形成的瓦斯抽放鉆孔2的位置鉆出多個輔助孔3。在圖2所示實施例中，圍繞待形成的瓦斯抽放鉆孔2的位置鉆出八個輔助孔3，這八個輔助孔3的軸線平行于待形成的瓦斯抽放鉆孔2的軸線且等間距地排列為諸如圖2所示的菱形。一般地， 輔助孔3的數(shù)量為至少八個以上。如圖3所示，在本發(fā)明的該實施例中，輔助孔3從煤壁沈平行于瓦斯抽放鉆孔2 的鉆入起始端向內(nèi)延伸一預定深度。每個輔助孔3的孔徑為35-45mm，具體可為42mm，深度為5-7m，具體可為6m。當形成輔助孔3之后，可以利用風泵將例如羅克休的膨脹劑填充到輔助孔3內(nèi)。為了更有利于膨脹劑在輔助孔3內(nèi)的固化，在填充好羅克休之后，可利用可拆卸的蓋子封閉輔助孔3的開口，當然，也可用諸如棉紗和木楔將輔助孔3封堵嚴實。
當羅克休在輔助孔3內(nèi)固化之后，在待形成瓦斯抽放鉆孔2的位置處利用鉆形成該瓦斯抽放鉆孔2。這樣，根據(jù)本發(fā)明的制作方法，由于諸如羅克休的膨脹劑在輔助孔3內(nèi)發(fā)生膨脹、 變形并迅速地沿著煤孔孔壁裂隙向周圍進行滲透，從而對卸壓帶的煤壁裂隙進行了有效封堵，阻斷了巷道中空氣向瓦斯抽放鉆孔流動的通道。此外，諸如羅克休的膨脹劑還起到加固煤體的作用，這樣封堵了煤壁的裂隙后再打瓦斯抽放鉆孔還能夠有效地防止煤壁片幫，保證現(xiàn)場施工人員的人身安全，起到一舉兩得的作用。羅克休(膠體漿)是采用樹脂和催化劑兩種不同的膠體聚合材料，通過高壓風帶動的多功能氣泵自不同的兩個容器通過軟膠管吸入泵中，并同時壓入注射槍中，兩種液體經(jīng)過注射槍的加壓，優(yōu)選以4 1的體積相混合、發(fā)泡，填充到輔助鉆孔中，瞬間發(fā)泡達到原體積的30倍左右。該產(chǎn)品具有良好的機械抗壓性，可用于封堵煤層裂隙。這種羅克休材料的特性在于高膨脹率，膨脹體積為原體積的25 30倍；充填用量??；反應迅速，常溫下 20 30s即可反應完畢，10 15°C時3 5min膨脹結(jié)束，并在20min內(nèi)硬化，能夠有效地堵塞煤壁的各種裂隙，同時具有良好的抗壓能力(0. 2MPa)，且經(jīng)得起巖層的運動，能夠大幅度地增加煤壁的穩(wěn)定性?？蛇x地，膨脹劑可使用馬麗散、聚氨酯、固幫特或速凝水泥。進一步地，在形成好瓦斯抽放鉆孔2之后，將瓦斯排放管(未示出)接合至該瓦斯抽放鉆孔2上，并用密封劑密封瓦斯抽放鉆孔2的孔壁與瓦斯排放管的管壁之間的間隙，這樣能夠有效地降低瓦斯抽放鉆孔的漏氣現(xiàn)象發(fā)生，提高瓦斯泵的瓦斯抽放效率。優(yōu)選地，該密封劑選自水泥砂漿、聚氨酯、馬麗散或其組合。根據(jù)本發(fā)明的方法能夠?qū)ο锏纼蓭兔罕谛秹簬?nèi)的煤壁裂隙進行有效地封堵，阻斷巷道中空氣向瓦斯抽放鉆孔流動的通道，降低瓦斯抽放鉆孔的漏氣量，大幅度地提高瓦斯抽放效率。且通過向煤壁注如大量的羅克休，使得能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場的煤壁進行有效的加固，提高煤壁的穩(wěn)定性，減少煤壁片幫傷人事故的發(fā)生，對現(xiàn)場的施工安全具有重要意義。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括瓦斯抽放鉆孔O)；圍繞在所述瓦斯抽放鉆孔周圍的多個輔助孔(3)，所述輔助孔中填充有膨脹劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輔助孔(3)從所述煤層的煤壁平行于所述瓦斯抽放鉆孔O)的鉆入起始端向內(nèi)延伸一預定深度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輔助孔(3)的所述預定深度為5-7m。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輔助孔(3)的孔徑為 35-45mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輔助孔(3)的數(shù)量為至少八個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輔助孔(3)的軸線與所述瓦斯抽放鉆孔(2)的軸線平行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輔助孔(3)圍繞所述瓦斯抽放鉆孔( 等間距地布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述瓦斯抽放鉆孔(2)與瓦斯排放管接合，并且所述瓦斯抽放鉆孔O)的孔壁與所述瓦斯排放管的外壁之間的間隙由密封劑填充。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述膨脹劑為羅克休、馬麗散、聚氨酯、固幫特或速凝水泥。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述羅克休中的樹脂與催化劑之間的比例為4 1。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述密封劑選自水泥砂漿、聚氨酯、馬麗散或其組合。
12.—種在煤層中形成瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1)確定待形成的瓦斯抽放鉆孔( 在所述煤層中的位置；步驟2、圍繞所述位置形成多個輔助孔(3)；步驟幻在所述輔助孔(3)中填充膨脹劑；步驟4)在所述膨脹劑固化之后，在所述位置處形成所述瓦斯抽放鉆孔O)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步驟幻中，圍繞所述位置形成至少八個所述輔助孔(3)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步驟4)之后，所述制作方法進一步包括步驟5)將瓦斯排放管接合至所述瓦斯抽放鉆孔O)，并用密封劑密封所述瓦斯抽放鉆孔⑵的孔壁與所述瓦斯排放管的外壁之間的間隙。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步驟3)之后并在所述步驟 4)之前，所述制作方法進一步包括，當填充完所述膨脹劑之后，用可除去的蓋子封閉所述輔助孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步驟幻中，圍繞所述位置等間距地布置多個所述輔助孔(3)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種形成在煤層中的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)及其制作方法，瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)包括瓦斯抽放鉆孔(2)；圍繞在瓦斯抽放鉆孔周圍的多個輔助孔(3)，輔助孔中填充有膨脹劑。根據(jù)本發(fā)明的瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)及其制作方法能夠?qū)ο锏纼蓭兔罕谛秹簬?nèi)的煤壁裂隙進行有效地封堵，阻斷巷道中空氣向瓦斯抽放鉆孔流動的通道，降低瓦斯抽放鉆孔的漏氣量，大幅度地提高瓦斯抽放效率。且其能夠提高煤壁的穩(wěn)定性，減少煤壁片幫傷人事故的發(fā)生，對現(xiàn)場的施工安全具有重要意義。
文檔編號E21F7/00GK102434194SQ201110300860
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者周連春, 姚平, 宋文義, 常鴻, 張世明, 彭建國, 王恒曉, 王振, 王洪武, 胡千庭, 董鋼鋒, 鄭雷, 郝瑞明, 魏里陽 申請人:烏海職業(yè)技術(shù)學院, 內(nèi)蒙古科技大學, 煤炭科學研究總院重慶研究院, 神華烏海能源有限責任公司, 神華集團有限責任公司