水泥基和纤维素基相结合的钻孔封堵系统及应用方法与流程

本发明涉及煤矿井下钻孔注浆封孔工艺，尤其是涉及一种水泥基和纤维素基相结合的钻孔封堵系统及应用方法。

背景技术：

1、目前，瓦斯灾害仍是制约煤矿安全生产的最主要因素。瓦斯高效抽采是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施。现阶段的单孔瓦斯抽采技术，在对钻孔进行瓦斯抽采的过程中，钻孔围岩应力会随着抽采时间的增加发生变化，进而导致钻孔密封段受载应力增大，钻孔围岩孔裂隙发育，漏气通道贯通，最终造成钻孔瓦斯抽采瓦斯浓度快速衰减，严重制约钻孔抽采瓦斯效率及利用率。如何保障钻孔的高质量密封，实现瓦斯抽采钻孔高浓度和高效率瓦斯抽采，对于煤层原始瓦斯压力测定，钻孔的高质量密封是极其重要的环节，它的准确测定对于判识煤层危险性和瓦斯灾害防治具有重要作用。

2、目前常用的封孔材料包括水泥基类和聚氨酯类，其中聚氨酯类封孔材料属于反应型高分子材料，反应时间短导致材料的渗透性较差，难以对钻孔围岩深部的孔裂隙进行封堵，应用逐渐减少；水泥基材料具有较好的可控性和稳定性，且注浆凝结后对钻孔壁具有支撑作用，因此还在广泛使用。水泥基材料多采用“两堵一注”的注浆封孔工艺，但是该工艺的封孔长度较长，且煤岩与水泥基材料的性质存差异，随着抽采时间的增加，受到工作面采动、煤层地应力及钻孔围岩环境的影响，钻孔围岩裂隙扩张发育，外界空气导入钻孔内部，导致钻孔瓦斯抽采浓度逐渐降低，进而严重影响瓦斯抽采效率。另外，上述封孔工艺所使用的水泥砂浆凝结后会出现损伤漏气的问题，导致瓦斯压力降低不保压，存在瓦斯压力测定成功率低和不准确的问题。

技术实现思路

1、本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：传统的钻孔封堵设备和封堵方法仅能实现对钻孔的短期封堵，在钻孔围岩出现动态变化后，难以对煤岩交界面因变形损伤而出现的新的裂隙进行封堵，导致钻孔出现损伤漏气，严重影响钻孔的封堵效果和瓦斯压力测定结果的准确性。

2、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

3、为此，本发明的实施例提出一种水泥基和纤维素基相结合的钻孔封堵系统及应用方法，该水泥基和纤维素基相结合的钻孔封堵系统及应用方法可以提高钻孔的密封质量。

4、根据本发明实施例提供的水泥基和纤维素基相结合的钻孔封堵系统包括注浆单元和封堵单元，其中：所述注浆单元至少部分位于钻孔外，包括第一储浆组件、第二储浆组件和注浆管，所述第一储浆组件内存有水泥基浆料，所述第二储浆组件内存有纤维素基浆料，所述纤维素基浆料反应完成后为非牛顿流体，所述注浆管的数量为至少一个且与所述第一储浆组件和/或所述第二储浆组件相连；所述封堵单元位于所述钻孔内并沿所述钻孔的轴线方向依次设置有第一注浆区和第二注浆区，所述第一注浆区和所述第二注浆区间隔布置；至少一个所述注浆管穿所述第二注浆区并与所有的所述第一注浆区相连通，同时连通所述第一注浆区和所述第二注浆区的所述注浆管上设有爆破阀且所述爆破阀布置于所述第二注浆区内，当所述注浆管内的压力超过预设值时，所述爆破阀打开；在所述爆破阀处于封闭状态时，所述第一储浆组件经所述注浆管向所述第一注浆区内注浆；在所述爆破阀打开时，所述第二储浆组件经所述注浆管向所述第二注浆区内注浆。

5、根据本发明实施例水泥基和纤维素基相结合的钻孔封堵系统，其中所使用的纤维素基材料是一种水溶性的高分子钻孔封孔材料，具有使用量小、可注性强、渗透性好的特点，在完全反应后呈现出非牛顿流体的状态，可以适应钻孔围岩动态变化，及时封堵裂隙，保障封孔效果。该钻孔封堵系统结合了水泥基和纤维素基材料的不同性质和优点，取长补短，利用了水泥基材料作为堵头的密封性和支撑性以及纤维素基材料的非牛顿流体力学特性，通过将其分别注入设定区域的方式可以实现对钻孔的有效封堵，从而克服传统的水泥基钻孔封堵技术所存在的易漏气、衰减快等问题，通过对钻孔围岩动态变化的适应力还实现极佳的封孔效果。

6、在一些实施例中，所述第一注浆区的数量为两个，两个所述第一注浆区分别位于所述第二注浆区轴线方向上的两端。

7、在一些实施例中，所述注浆管的数量为两个，分别为第一注浆管和第二注浆管，所述第一注浆管一端与所述第一储浆组件相连，另一端穿过所述第二注浆区并连通两个所述第一注浆区；所述第二注浆管一端与所述第二储浆组件相连，另一端穿过某一所述第一注浆区与所述第二注浆区相连通；所述爆破阀布置于所述第一注浆管上。

8、在一些实施例中，所述第二注浆管插入所述第二注浆区的一端与垂线方向高度较低的所述第一注浆区之间的距离小于与垂线方向上高度较高的所述第一注浆区之间的距离。

9、在一些实施例中，在所述钻孔为水平孔时，所述第二注浆管在垂线方向上的高度低于所述第一注浆管在垂线方向上的高度。

10、在一些实施例中，钻孔封堵系统还包括测压管和返浆管，所述测压管穿过所述封堵单元并与位于所述钻孔末端的气室相连通，所述返浆管插入所述第二注浆区内且所述返浆管插入所述第二注浆区内的一端位于所述第二注浆区远离所述第一注浆区的一侧。

11、在一些实施例中，所述注浆管的数量为一个，所述第一注浆区和所述第二注浆区中的某一者与所述气室相邻。

12、在一些实施例中，在所述气室在垂线方向上的高度低于所述第一注浆区时，所述第一注浆区位于所述第二注浆区和所述气室之间；

13、在所述气室在垂线方向上的高度高于所述第一注浆区时，所述第二注浆区位于所述第一注浆区和所述气室之间。

14、根据本发明实施例提供水泥基和纤维素基相结合的钻孔封堵系统用于钻孔密封的应用方法，使用上述所述的水泥基和纤维素基相结合的钻孔封堵系统，包括以下步骤：

15、将配置好的水泥基浆液经所述注浆管注入两个所述第一注浆区内直至所述爆破阀打开，此时所述水泥基浆液与钻孔壁接触并硬化固结形成堵头；

16、更换注浆材料，将配置好的纤维素基浆液经所述注浆管注入所述第二注浆区内至设定压力，此时所述纤维素基浆液在压力作用下进入钻孔围岩孔裂隙中，完成对所述钻孔的封孔段及孔周漏气通道的封堵密封。

17、本发明实施例提供的水泥基纤维素基相结合的钻孔封堵系统用于钻孔密封的应用方法，可以通过上述水泥基纤维素基相结合的钻孔封堵系统实现对钻孔的高效密封，密封完成后可以长时间可保持单孔瓦斯高浓度抽采，从而提高瓦斯的抽采效率。

18、根据本发明实施例提供的水泥基纤维素基相结合的钻孔封堵系统用于瓦斯压力测定的应用方法，使用上述所述的水泥基和纤维素基相结合的钻孔封堵系统，包括以下步骤：

19、将配置好的水泥基浆液经所述注浆管注入所述第一注浆区内直至所述爆破阀打开，此时所述水泥基浆液与钻孔壁接触并硬化固结形成堵头；

20、更换注浆材料，将配置好的纤维素基浆液经所述注浆管注入所述第二注浆区内至部分所述纤维素基浆液经所述返浆管流出为止；

21、通过所述测压管对所述气室的瓦斯压力进行测定。

22、本发明实施例提供的水泥基纤维素基相结合的钻孔封堵系统用于瓦斯压力测定的应用方法，具有较好的封孔效果，其封孔稳定性和成功率均较高，可以更加准确和方便快捷的测定本煤层的原始瓦斯压力值。