[发明专利]一种多级式煤层注水钻孔封孔系统及注水钻孔封孔方法

说明书

本发明公开了一种多级式煤层注水钻孔封孔系统及多级式煤层注水钻孔封孔方法，采用与之相对应的多级式煤层注水钻孔封孔器，实现同一注水钻孔在不同采动影响区域内的有效封孔，其中，多级式煤层注水钻孔封孔器主要包括由前至后顺次串接的出流装置、水力膨胀封孔装置、紧固装置及自动截止装置。本发明通过调节多级式煤层注水钻孔封孔器的级数实现了不同采动影响区域的动态差异封孔，该方法具有封堵密实性强与安全、可靠性高的特点，且结构简单、操作方便、成本低廉、具有较好的封孔灵活性，能够有效的解决采动过程中煤层注水钻孔封堵不严、漏水、封孔器窜出等问题，以提高注水减灾效果。

技术领域

本发明涉及煤矿采煤工作面灾害防治领域，尤其涉及一种多级式煤层注水钻孔封孔系统及多级式煤层注水钻孔封孔方法。

背景技术

作为煤矿井下生产的次生产物——粉尘，一直困扰着煤矿井下安全生产。粉尘的存在不仅加快设备损耗，而且容易引起瓦斯煤尘爆炸事故，造成巨大的经济损失，严重威胁着煤矿企业的安全高效生产。此外，长期处于高浓度粉尘作业场所，工人易患职业尘肺病，损害工人的健康。目前，众多研究与实践表明，传统的煤层注水预湿煤体是采掘工作面最基本、最有效的防尘措施之一，其在作业之前预先向煤层中打若干钻孔，通过钻孔预注入高压水，注入煤体的高压水沿煤的裂隙向被裂隙分割的煤块渗透并储存于裂隙和孔隙中，从而增加煤体水分，湿润煤体内原生的煤尘，使其失去飞扬能力，减少煤岩开采过程中产生浮游粉尘的能力。除受煤层自身客观条件影响之外，注水钻孔封孔质量的好坏是直接关系到煤层注水防尘效果的关键问题。

煤矿工作面开采过程中，注水钻孔所承受的采动应力不断发生变化，使得钻孔周围的煤壁破碎程度亦动态发展变化，从而使得注水钻孔的有效封孔长度不固定，以往传统的封孔方法是采用水泥砂浆封孔，该方法耗费时间长、材料浪费严重、操作不便、承压能力小，且封孔长度固定，不能满足工作面开采过程中对封孔长度的动态发展要求。目前国内煤矿主要采用的简便式封孔方式是封孔器封孔，但传统的封孔器以水力膨胀、压气膨胀与机械膨胀为主，主要用于煤壁短孔注水，而对于长钻孔煤层注水，尤其是高压注水条件下，其受封孔长度较短、结构设计等方面的制约，常常出现漏水、窜水等封孔质量问题，且在高承压水作用下封孔器容易窜出，尤其是传统的水力膨胀封孔器在停止或间歇注水期间，封孔器内水压降低，膨胀胶塞收缩，在钻孔内外压差的作用下，封孔器被高速抛出，造成钻孔存水外泄，造成井下工作环境恶化的同时严重危害井下工作人员的生命安全，由此可见，现有传统的煤层注水封孔方法和相关封孔器有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多级式煤层注水钻孔封孔系统及多级式煤层注水钻孔封孔方法，能够有效的解决注水周期过长中煤层注水钻孔封堵不严、漏水、窜出等问题，以提高注水减灾效果。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种多级式煤层注水钻孔封孔系统，其包括供水机构与多级式煤层注水钻孔封孔机构，其中，多级式煤层注水钻孔封孔机构包括Ⅰ级完整渗流期单元、Ⅱ级微裂稳流期单元、Ⅲ级破碎激流期单元，每个单元包括至少一个多级式煤层注水钻孔封孔器，并根据对应单元内煤壁破碎程度对多级式煤层注水钻孔封孔器长度的需求，增加或减少多级式煤层注水钻孔封孔器的串联级数，对煤层注水钻孔进行动态差异封孔。

所述的多级式煤层注水钻孔封孔系统，其中，上述多级式煤层注水钻孔封孔器包括由前至后顺次串接的出流装置、水力膨胀封孔装置、紧固装置及自动截止装置，四者依次通过螺纹串联连接，自动截止装置与供水机构的井下煤层的注水管路相连接。