一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置及方法

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体而言，涉及一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置及方法。

背景技术

煤层注水是减少煤矿安全生产问题的有效手段，在煤层中注水当注水压力较低时可用来防尘，当注水压力较高时可实施注水压裂增加煤层的渗透性从而解决煤层瓦斯抽采困难问题。煤层受多期构造史的影响，煤体结构复杂，煤层非均质性强，煤层注水时水的流向不确定，导致注水后煤层水量分布不均匀和煤层水力压裂增透后容易留下空白带等问题，给煤矿的安全生产带来了巨大的隐患。

如授权公告号为CN114635666A的中国专利，其公开了一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置，包括紧贴注水孔内壁的钻孔套管、封孔组件和穿过封孔组件的注水采气管，封孔组件包括位于钻孔套管内前后端的孔底封孔组件、孔口封孔组件；本发明还提供一种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔方法，包括以下步骤：步骤A、钻孔施工形成注水孔，采用上述的瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置安装在注水孔内；步骤B、通过注浆管进行带压注浆，当回浆管有浆液溢出时停止注浆，完成封孔；步骤C、将注水采气管与瓦斯抽采系统连接后进行瓦斯抽采，然后进行带压煤层注水。

上述的这种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置具有具有稳固性好、密封性能好、安装灵活的优点；但是上述的这种瓦斯抽采及煤层注水一体多用的煤层钻孔封孔装置依旧存在着一些缺点，如：钻孔套管是直接插装在钻孔内部，瓦斯抽采的钻孔直径有多种规格，钻孔套管直径是固定的，且表面上未设置有密封结构，仅仅适用于与钻孔直径相同的钻孔中，不同直径的钻孔需要更换不同的钻孔套管，降低了高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水的适用性，以及瓦斯抽取的时候，内部含有较多大的杂质和灰尘，抽取过程中，未设置有过滤结构，无法在瓦斯抽取的时候对大的杂质和灰尘进行过滤处理，容易对瓦斯抽采设备造成损坏，影响使用，降低装置的实用性。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置及方法，旨在改善钻孔套管是直接插装在钻孔内部，瓦斯抽采的钻孔直径有多种规格，钻孔套管直径是固定的，且表面上未设置有密封结构，仅仅适用于与钻孔直径相同的钻孔中，不同直径的钻孔需要更换不同的钻孔套管，降低了高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水的使用性，以及瓦斯抽取的时候，内部含有较多大的杂质和灰尘，抽取过程中，未设置有过滤结构，无法在瓦斯抽取的时候对大的杂质和灰尘进行过滤处理，容易对瓦斯抽采设备造成损坏，影响使用，降低装置的实用性的问题。

本发明实施例提供了一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置，包括封孔结构和瓦斯抽采结构。

所述封孔结构包括钻孔套管、两个环形槽、两个封孔水袋、注液管组件、两个压力传感器和锥头，两个所述环形槽对称开设在所述钻孔套管的圆周表面上，且与两个所述封孔水袋固定连接，所述注液管组件安装在所述钻孔套管上，且与两个所述封孔水袋相连通，两个所述压力传感器安装在所述钻孔套管的内臂上，且与两个所述封孔水袋相连接，所述锥头安装在所述钻孔套管的一端上；

所述瓦斯抽采结构包括注水采气管、固定环、过滤筒、过滤组件、过滤罩和阀门，所述固定环焊接在所述钻孔套管的内部上，且与所述注水采气管固定连接，所述过滤筒安装在所述注水采气管的一端上，且与所述注水采气管相连通，所述过滤组件插装在所述过滤筒内，所述过滤罩位于所述过滤组件的一侧，且螺纹连接在所述过滤筒上，所述阀门安装在所述注水采气管的另一端上。

在上述实现过程中，通过钻孔套管上安装的锥头方便钻孔套管插装在钻孔内部，两个封孔水袋固定在钻孔套管的两个环形槽中，通过注液管组件方便将水注入到封孔水袋中，使得封孔水袋能够膨胀，通过两个压力传感器能够对两个封孔水袋中的水压进行检测，保障封孔水袋使用的安全性，使得封孔水袋能够牢牢的抵止在钻孔的内壁上，能够进行封孔处理，适用性广，能够对不同直径的钻孔进行适用，通过注水采气管通过固定环方便安装在钻孔套管内，提高使用的牢固性，过滤筒安装在注水采气管的端部，通过与过滤组件和过滤罩的配合，方便在瓦斯抽过程中对瓦斯气体进行过滤处理，避免体积的大杂质和灰尘顺着气体流入到瓦斯抽采设备中，减小对瓦斯抽采设备的损坏，也提高瓦斯抽采的质量，瓦斯抽采完成后也方便通过注水采气管向钻孔内部进行注水处理，进行注水保压，驱替煤层瓦斯，产生二次解吸效应，提高瓦斯抽采的效率。

在一种具体的实施方案中，所述注液管组件包括两个第一连接软管、两个第二连接软管、连通软管、三通接头和注水管，两个所述第一连接软管的两端分别与两个所述封孔水袋相连接，两个所述第二连接软管的一端均连接在其中一个所述封孔水袋上，所述注水管的一端插装在所述三通接头的一端上，所述三通接头的另外两端分别与所述连通软管以及其中一个所述第二连接软管相连接，所述连通软管的另一端与所述另一个所述第二连接软管上。

在上述实现过程中，注水管通过三通接头方便与连通软管和其中一个第二连接软管连接，使得水能够注入到其中一个封孔水袋中，通过两个第一连接软管方便其中一个封孔水袋的水注入到另一个封孔水袋，方便封孔水袋注水膨胀。

在一种具体的实施方案中，所述钻孔套管上分别开设有两个通槽和两个通孔，两个所述第一连接软管插装在两个所述通槽中，两个所述第二连接软管的一端插装在两个所述通孔中，且与其中一个所述封孔水袋相连接。

在上述实现过程中，通过两个通槽方便第一连接软管插装在钻孔套管上，使得两个封孔水袋能够相连接，通过通孔，方便第二连接软管安装在钻孔套管内部。

在一种具体的实施方案中，所述锥头上焊接有第一螺纹部，所述第一螺纹部螺纹连接在所述钻孔套管的移动上。

在上述实现过程中，通过锥头上焊接的第一螺纹部，发方便锥头螺纹连接在钻孔套管上。

在一种具体的实施方案中，所述钻孔套管为不锈钢套管，所述锥头为不锈钢锥头。

在上述实现过程中，钻孔套管为不锈钢套管和锥头为不锈钢锥头，有利于提高钻孔套管和锥头的结构强度和耐腐蚀性。

在一种具体的实施方案中，所述注水采气管的两侧固定安装有安装耳，所述安装耳通过螺钉固定安装在所述钻孔套管的端面上。

在上述实现过程中，通过安装耳方便注水采气管的一端能够固定在钻孔套管上。

在一种具体的实施方案中，所述过滤组件包括两个活性碳过滤层和两个无纺布过滤层，两个所述活性碳过滤层位于两个所述无纺布过滤层的外侧，两个所述活性碳过滤层和两个所述无纺布过滤层均插装在所述过滤筒内。

在上述实现过程中，两个活性碳过滤层和两个无纺布过滤层的配合，方便对瓦斯气体中的杂质和异物进行过，避免体积的大杂质和灰尘顺着气体流入到瓦斯抽采设备中，减小对瓦斯抽采设备的损坏，提高瓦斯抽采的质量，也方便对注入的水进行过滤。

在一种具体的实施方案中，所述过滤筒的一端上焊接有第二螺纹部，所述第二螺纹部螺纹连接在所述注水采气管上。

在上述实现过程中，通过过滤筒的一端上焊接的第二螺纹部，也方便过滤筒螺纹安装在注水采气管上，提高拆装的便捷性。

一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔方法，包括以下具体步骤：

步骤一、钻孔、封孔处理，使用钻孔设备在高瓦斯煤层开采地面上进行钻孔，将封孔结构的锥头与钻孔套管固定连接，锥头的一端朝下插装在钻孔中，将注液管组件与水泵连接，将水抽入到环形槽内安装的封孔水袋中，封孔水袋膨胀，挤压在钻孔中，钻孔套管与钻孔契合密闭，通过两个压力传感器对两个封孔水袋内部的水压进行检测，水压数值稳定时，从而将钻孔套管固定在钻孔中，完成封孔；

步骤二、采气注水处理，将过滤组件和过滤罩一侧安装在过滤筒上，在将组装好的过滤筒安装在注水采气管上，把注水采气管与瓦斯抽采设备进行连接，对瓦斯进行抽取，瓦斯通过过滤筒内安装的过滤组件进行过滤，过滤出瓦斯中的杂质和部分水分，待瓦斯抽采压力到达稳定状态后，将水通过注水采气管输送到钻孔中，进行注水保压，驱替煤层瓦斯，产生二次解吸效应。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

该高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置中，通过钻孔套管上安装的锥头方便钻孔套管插装在钻孔内部，两个封孔水袋固定在钻孔套管的两个环形槽中，通过注液管组件方便将水注入到封孔水袋中，使得封孔水袋能够膨胀，通过两个压力传感器能够对两个封孔水袋中的水压进行检测，保障封孔水袋使用的安全性，使得封孔水袋能够牢牢的抵止在钻孔的内壁上，能够进行封孔处理，适用性广，能够对不同直径的钻孔进行适用，通过注水采气管通过固定环方便安装在钻孔套管内，提高使用的牢固性，过滤筒安装在注水采气管的端部，通过与过滤组件和过滤罩的配合，方便在瓦斯抽过程中对瓦斯气体进行过滤处理，避免体积的大杂质和灰尘顺着气体流入到瓦斯抽采设备中，减小对瓦斯抽采设备的损坏，也提高瓦斯抽采的质量，瓦斯抽采完成后也方便通过注水采气管向钻孔内部进行注水处理，进行注水保压，驱替煤层瓦斯，产生二次解吸效应，提高瓦斯抽采的效率，提高装置的使用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的结构示意图之一；

图2为本发明实施方式提供的结构示意图之二；

图3为本发明实施方式提供的结构剖视图；

图4为图2中的A处局部放大图。

图中：10、封孔结构；110、钻孔套管；111、通槽；112、通孔；120、环形槽；130、封孔水袋；140、注液管组件；141、第一连接软管；142、第二连接软管；143、连通软管；144、三通接头；145、注水管；150、压力传感器；160、锥头；161、第一螺纹部；20、瓦斯抽采结构；210、注水采气管；211、安装耳；220、固定环；230、过滤筒；231、第二螺纹部；240、过滤组件；241、活性碳过滤层；242、纺布过滤层；250、过滤罩；260、阀门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置，包括封孔结构10和瓦斯抽采结构20。

封孔结构10包括钻孔套管110、两个环形槽120、两个封孔水袋130、注液管组件140、两个压力传感器150和锥头160，两个环形槽120对称开设在钻孔套管110的圆周表面上，且与两个封孔水袋130固定连接，注液管组件140安装在钻孔套管110上，且与两个封孔水袋130相连通，注液管组件140包括两个第一连接软管141、两个第二连接软管142、连通软管143、三通接头144和注水管145，两个第一连接软管141的两端分别与两个封孔水袋130相连接，两个第二连接软管142的一端均连接在其中一个封孔水袋130上，注水管145的一端插装在三通接头144的一端上，三通接头144的另外两端分别与连通软管143以及其中一个第二连接软管142相连接，连通软管143的另一端与另一个第二连接软管142上，注水管145通过三通接头144方便与连通软管143和其中一个第二连接软管142连接，使得水能够注入到其中一个封孔水袋130中，通过两个第一连接软管141方便其中一个封孔水袋130的水注入到另一个封孔水袋130，方便封孔水袋130注水膨胀，两个压力传感器150安装在钻孔套管110的内臂上，且与两个封孔水袋130相连接，锥头160安装在钻孔套管110的一端上；

瓦斯抽采结构20包括注水采气管210、固定环220、过滤筒230、过滤组件240、过滤罩250和阀门260，固定环220焊接在钻孔套管110的内部上，且与注水采气管210固定连接，过滤筒230安装在注水采气管210的一端上，且与注水采气管210相连通，过滤组件240插装在过滤筒230内，过滤组件240包括两个活性碳过滤层241和两个无纺布过滤层242，两个活性碳过滤层241位于两个无纺布过滤层242的外侧，两个活性碳过滤层241和两个无纺布过滤层242均插装在过滤筒230内，两个活性碳过滤层241和两个无纺布过滤层242的配合，方便对瓦斯气体中的杂质和异物进行过，避免体积的大杂质和灰尘顺着气体流入到瓦斯抽采设备中，减小对瓦斯抽采设备的损坏，提高瓦斯抽采的质量，也方便对注入的水进行过滤，过滤罩250位于过滤组件240的一侧，且螺纹连接在过滤筒230上，阀门260安装在注水采气管210的另一端上，通过钻孔套管110上安装的锥头160方便钻孔套管110插装在钻孔内部，两个封孔水袋130固定在钻孔套管110的两个环形槽120中，通过注液管组件140方便将水注入到封孔水袋130中，使得封孔水袋130能够膨胀，通过两个压力传感器150能够对两个封孔水袋130中的水压进行检测，保障封孔水袋130使用的安全性，使得封孔水袋130能够牢牢的抵止在钻孔的内壁上，能够进行封孔处理，适用性广，能够对不同直径的钻孔进行适用，通过注水采气管210通过固定环220方便安装在钻孔套管110内，提高使用的牢固性，过滤筒230安装在注水采气管210的端部，通过与过滤组件240和过滤罩250的配合，方便在瓦斯抽过程中对瓦斯气体进行过滤处理，避免体积的大杂质和灰尘顺着气体流入到瓦斯抽采设备中，减小对瓦斯抽采设备的损坏，也提高瓦斯抽采的质量，瓦斯抽采完成后也方便通过注水采气管210向钻孔内部进行注水处理，进行注水保压，驱替煤层瓦斯，产生二次解吸效应，提高瓦斯抽采的效率。

在本实施例中，钻孔套管110上分别开设有两个通槽111和两个通孔112，两个第一连接软管141插装在两个通槽111中，两个第二连接软管142的一端插装在两个通孔112中，且与其中一个封孔水袋130相连接，通过两个通槽111方便第一连接软管141插装在钻孔套管110上，使得两个封孔水袋130能够相连接，通过通孔112，方便第二连接软管142安装在钻孔套管110内部。

在具体设置时，锥头160上焊接有第一螺纹部161，第一螺纹部161螺纹连接在钻孔套管110的移动上，通过锥头160上焊接的第一螺纹部161，发方便锥头160螺纹连接在钻孔套管110上。

在本发明方案中，钻孔套管110为不锈钢套管，锥头160为不锈钢锥头160，钻孔套管110为不锈钢套管和锥头160为不锈钢锥头160，有利于提高钻孔套管110和锥头160的结构强度和耐腐蚀性。

在具体设置时，注水采气管210的两侧固定安装有安装耳211，安装耳211通过螺钉固定安装在钻孔套管110的端面上，通过安装耳211方便注水采气管210的一端能够固定在钻孔套管110上。

在本实施例中，过滤筒230的一端上焊接有第二螺纹部231，第二螺纹部231螺纹连接在注水采气管210上。，通过过滤筒230的一端上焊接的第二螺纹部231，也方便过滤筒230螺纹安装在注水采气管210上，提高拆装的便捷性。

一种高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔方法，包括以下具体步骤：

步骤一、钻孔、封孔处理，使用钻孔设备在高瓦斯煤层开采地面上进行钻孔，将封孔结构10的锥头160与钻孔套管110固定连接，锥头160的一端朝下插装在钻孔中，将注液管组件140与水泵连接，将水抽入到环形槽120内安装的封孔水袋130中，封孔水袋130膨胀，挤压在钻孔中，钻孔套管110与钻孔契合密闭，通过两个压力传感器150对两个封孔水袋130内部的水压进行检测，水压数值稳定时，从而将钻孔套管110固定在钻孔中，完成封孔；

步骤二、采气注水处理，将过滤组件240和过滤罩250一侧安装在过滤筒230上，在将组装好的过滤筒230安装在注水采气管210上，把注水采气管210与瓦斯抽采设备进行连接，对瓦斯进行抽取，瓦斯通过过滤筒230内安装的过滤组件240进行过滤，过滤出瓦斯中的杂质和部分水分，待瓦斯抽采压力到达稳定状态后，将水通过注水采气管210输送到钻孔中，进行注水保压，驱替煤层瓦斯，产生二次解吸效应。

该高瓦斯煤层瓦斯抽采及注水一孔多用的封孔装置及方法的工作原理：使用时，使用钻孔设备在高瓦斯煤层开采地面上进行钻孔，将封孔结构10的锥头160与钻孔套管110固定连接，锥头160的一端朝下插装在钻孔中，将注液管组件140与水泵连接，将水抽入到环形槽120内安装的封孔水袋130中，封孔水袋130膨胀，挤压在钻孔中，钻孔套管110与钻孔契合密闭，通过两个压力传感器150对两个封孔水袋130内部的水压进行检测，水压数值稳定时，从而将钻孔套管110固定在钻孔中，完成封孔，采气注水处理，将过滤组件240和过滤罩250一侧安装在过滤筒230上，在将组装好的过滤筒230安装在注水采气管210上，把注水采气管210与瓦斯抽采设备进行连接，对瓦斯进行抽取，瓦斯通过过滤筒230内安装的过滤组件240进行过滤，过滤出瓦斯中的杂质和部分水分，待瓦斯抽采压力到达稳定状态后，将水通过注水采气管210输送到钻孔中，进行注水保压，驱替煤层瓦斯，产生二次解吸效应。

需要说明的是，压力传感器150具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。