[发明专利]一种提高瓦斯抽采封孔密闭性的方法

说明书

技术领域

本发明属于瓦斯抽采钻孔封孔技术领域，具体涉及一种提高瓦斯抽采封孔密闭性的方法。

背景技术

瓦斯是煤炭生成过程中的伴生气体，其主要成分为甲烷。长期以来，瓦斯扮演着三种不同角色。首先，瓦斯是煤矿开采的第一杀手，我国煤矿重大恶性事故中，瓦斯爆炸引起的事故约占70％至80％；其次，瓦斯是一种危险的温室气体，其温室气体效应为二氧化碳的21倍；最后，瓦斯又是一种重要的清洁能源，我国埋深浅于2000米的煤层气资源总量高达36.8万亿立方米，与国内常规天然气储量相当。

据统计，美国、澳大利亚等主要产煤国家的矿井瓦斯平均抽采率均超过50%，而我国仅为23%[1]。造成这一现象的原因是多方面的，其中，目前我国井下瓦斯抽采效率低下是最重要的原因之一。瓦斯抽采效率低一方面将直接导致抽采成本高昂，使得瓦斯与常规天然气相比处于成本劣势，行业总体利润率偏低，这在很大程度上影响了该行业的市场投资与开发热情，并影响了煤层气作为补充气源的应用与推广；另一方面，瓦斯抽采效率低还使得煤矿企业完成抽采预定量所耗费的抽采时间过长，进而使煤炭开采时间滞后，给煤矿企业带来巨额的经济损失。

在诸多影响瓦斯抽采效率的原因中，国内煤矿封孔技术普遍落后无疑是最关键的原因之一。目前我国煤矿普遍采用的瓦斯钻孔封孔方法主要有两种：水泥砂浆封孔和聚氨酯发泡材料封孔。水泥砂浆封孔工艺采用分段密封，由于水泥极易形成气体通路，导致漏气严重，劳动强度大，抽采效率低，预抽采时间长，从而降低了煤炭开采效率。聚氨酯发泡材料封孔是利用聚氨酯材料的自身发泡压力使材料渗入钻孔岩壁（或煤壁）裂隙，从而能大大提高封孔质量。由于聚氨酯材料具有用量小、劳动强度低、封孔效果较好等优点，使其在瓦斯钻孔封孔方面得到了推广和应。

专利号为201010220304.0的发明专利公开了一种使用聚氨酯发泡袋封堵瓦斯抽放孔的方法，搓揉封孔袋使两种组份相互混合，随即将封孔袋和抽放管一同送入抽放钻孔中，之后发泡材料开始发泡，并最终撑破封孔袋，实现封孔操作。专利号为201210304338的发明专利公开了一种封孔方法，可有效解决以往抽采钻孔封孔完成后出现漏气而无法重复封孔的难题，能确保抽采钻孔不漏气，但施工量大，不能从本质解决漏气的问题。

瓦斯钻孔孔壁和抽放管之间一旦密封不严，会造成孔口漏风，使得钻孔内抽采负压不足，进而直接导致煤层气抽采效率低下。除直接影响抽采效率外，封孔不严还会降低抽采气体中的甲烷浓度，大大增加后处理成本，进而进一步推高瓦斯的抽采与开发成本，并增大气体输送和后处理过程的安全隐患（甲烷浓度5%-16%是爆炸区域）。

因此，亟待开发新的封孔工艺，有效弥补传统封孔工艺的不足，对煤矿瓦斯钻孔实行高质量的封堵，提高抽采浓度，降低瓦斯浓度衰减速度，使瓦斯能源的利用率得到提高，同时对瓦斯灾害进行积极有效的治理，进而降低煤矿瓦斯灾害。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种提高瓦斯抽采封孔密闭性的方法，克服了现有技术瓦斯抽采浓度低导致抽采效率不高的问题，并显著降低了瓦斯浓度衰减速度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种提高瓦斯抽采封孔密闭性的方法，包括如下步骤：

第一步：使用封孔材料对钻孔封孔段以及由钻孔震动所产生的裂隙进行密闭；

第二步：使用加固材料对钻孔封孔段附近的煤岩体松动带进行加固和裂隙封堵操作；

第三步：使用喷涂材料对钻孔封孔段孔口附近的煤壁进行表面喷涂。

进一步，所述第一步的具体过程如下：1）将封孔袋间隔捆绑在瓦斯抽采管上，同时将注浆管穿过封孔袋，注浆管的出料口位于相邻封孔袋之间；封孔袋的袋体中部设有可开闭的分隔装置，所述分隔装置将袋体分隔为相互隔离的两部分，并且两部分袋体中分别对应充装发泡材料Ⅰ的两种组份；2）将封孔袋的分隔装置打开，使封孔袋中发泡材料Ⅰ的两种组份汇流到一起，随即将封孔袋和瓦斯抽采管一同送入瓦斯抽采钻孔中；3）封孔袋的发泡材料Ⅰ发泡成型固化后，封孔袋之间形成密封段，通过灌注管将混合均匀的发泡材料Ⅱ的双组份混合液注入密封段内，发泡材料Ⅱ发泡成型固化后，完成封孔操作。

进一步，所述第二步的具体过程如下：在瓦斯抽采孔附近钻浅孔，浅孔钻成后，采用注浆泵将加固材料注入浅孔中，加固材料渗透入破碎煤岩体裂隙中反应并凝固，从而完成加固操作。

进一步，所述第三步的具体过程如下：通过专用注浆泵将喷涂材料输入高压喷枪内，经过高压雾化后喷涂在钻孔表面区域，形成一层能隔绝空气进入钻孔周围细小裂隙中的致密薄膜。