[发明专利]一种用于松软煤层瓦斯抽采钻孔的防护用球

说明书

本发明公开了一种用于松软煤层瓦斯抽采钻孔的防护用球，包括球体和球形中空结构，球形中空结构处于球体的中部，球形中空结构内部设有形状为正四面体的支撑结构，球型中空结构的直径为球体直径的1/3～3/4；在球体表面向球形中空结构开设多个小孔，多个小孔以球体的球心为中心、呈放射式均匀分布在球体内；球形中空结构通过各个小孔与球体外部连通。本发明在填充瓦斯抽采钻孔后不仅能对钻孔起到一定的支撑作用，降低钻孔发生垮塌、变形的可能性，而且在钻孔垮塌后，仍然能保持形成的瓦斯抽采通道顺畅；另外其制备简单、成本较低、便于现场使用，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及一种用于松软煤层瓦斯抽采钻孔的防护用球，属于瓦斯抽采钻孔防护技术领域。

背景技术

我国有52％的矿井属于高瓦斯矿井，瓦斯治理是保障矿井安全高效生产的前提。然而我国松软煤层比例很高，许多矿区的主采煤层均属于松软、低透、高瓦斯煤层，并且很多矿井具有煤与瓦斯突出危险。施工钻孔对煤层瓦斯提前预抽是治理瓦斯的有效手段，也是目前煤矿普遍采取的措施。但是，对于松软煤层而言，90％以上瓦斯抽采孔形成后进行瓦斯抽采期间会发生变形、长距离垮塌甚至是闭合的情况，从而阻断了瓦斯涌出和流动的通道，严重影响了瓦斯抽采效果。并且矿井为了有效治理瓦斯，施工的抽采孔数量很多，人力、资金及时间的投入很大，单孔成本很高，一旦发生抽采钻孔堵塞的情况就需要重新进行钻孔处理，从而造成瓦斯抽采效果与瓦斯治理投入严重的不匹配。

为了解决上述问题，专利号为：ZL201310139451.9的中国发明专利，公开了一种防止井下煤层钻孔垮塌的方法，该方法通过钻杆向钻孔内充填聚氨酯多孔材料，能起到支撑孔壁防止垮塌的作用。但是该方法在使用过程中存在以下问题：①利用钻杆吹入聚氨酯球体，当时空气压力变化时，聚氨酯球体会出现拥挤堵塞，影响护孔工作的连续性；②由于聚氨酯球体为钻杆直径的1/6～1/4，且钻杆直径小于钻孔直径，因此聚氨酯球体不足钻孔直径的1/6，如果钻孔内部发生坍塌，聚氨酯球体将被埋入碎煤中，虽然聚氨酯孔隙率为0.3～0.8，但是其内部为闭孔结构，只起到质轻的作用，无法提供瓦斯渗流通道，最终影响瓦斯抽采效果；③该方法资金投入大，费时费力，现场操作复杂，不具有广泛应用性。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于松软煤层瓦斯抽采钻孔的防护用球，在填充瓦斯抽采钻孔后不仅能对钻孔起到一定的支撑作用，降低钻孔发生垮塌、变形的可能性，而且在钻孔垮塌后，仍然能保持形成的瓦斯抽采通道顺畅；另外其制备简单、成本较低、便于现场使用，具有广泛的实用性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于松软煤层瓦斯抽采钻孔的防护用球，包括球体和球形中空结构，球形中空结构处于球体的中部，球形中空结构内部设有形状为正四面体的支撑结构，球型中空结构的直径为球体直径的1/3～3/4；在球体表面向球形中空结构开设多个小孔，多个小孔以球体的球心为中心、呈放射式均匀分布在球体内；球形中空结构通过各个小孔与球体外部连通。

进一步，所述球体表面的小孔数量为每平方厘米0.2～0.5个；所述小孔的直径为2mm～5mm。

进一步，所述球体的直径为所需填充的瓦斯抽采钻孔直径的0.5～0.85。

进一步，所述球体及支撑结构采用的材料均由以下重量百分比的原料混合制成：煤粉65％～75％、膨润土10％～15％、水泥3％～6％、海藻酸钠3％～6％、玻璃纤维3％～6％、水7％～11％；其中，煤粉、膨润土、水泥和海藻酸钠的粒径均为20～60目，玻璃纤维的长度3～5mm、直径为10～20μm。