瓦斯抽采钻孔检漏与递进式二次封孔装置及使用方法
技术领域
本发明属于瓦斯防治工程技术领域，涉及一种瓦斯抽采钻孔检漏与递进式二次封孔装置及使用方法。
背景技术
瓦斯抽采钻孔与孔周裂隙煤体的有效密封是保证抽采负压、提高瓦斯抽采浓度的基本前提。针对瓦斯抽采钻孔封孔方式、封孔工艺、封孔装置、封孔材料等进行了大量的基础研究与现场试验，不断提升了瓦斯抽采钻孔使用效率、抽采效果与抽采周期。
目前瓦斯抽采钻孔封孔广泛采用两堵一注封孔工艺，通过浆液密实封堵钻孔及钻孔周围裂隙圈和煤体裂隙通道以保证钻孔密封抽采。但受到巷道掘进期间应力重新分布特征与卸压效应，以及煤体基质收缩、蠕变行为等因素影响，孔周煤体原有裂隙通道进一步扩展，同时衍生新的裂隙通道；随着抽采时间推移，传统的钻孔密封方式逐步出现外界空气漏入钻孔导致抽采浓度降低。如何高效实现瓦斯抽采钻孔检漏，以及在已知检漏测定结果的基础上如何实现钻孔二次封孔延续其抽采效果与生命周期将是矿井瓦斯高效抽采的关键。
目前，已知一种瓦斯抽采钻孔检漏与堵漏一体化装置(CN110056389A)包括注料管、抽料管和抽采泵，抽采期间利用气体分析仪采集、分析瓦斯气体，判断是否发生泄漏与检漏效果；通过注料管将浆料均匀涂抹在采集孔内壁堵住缝隙。
已知一种二次高压注浆式顺煤层钻孔瓦斯抽采测压一体封孔装置(CN205638348U)钻孔内设有膨胀布袋Ⅰ和Ⅱ，布袋完全鼓胀后直径大于钻孔直径；布袋Ⅰ和Ⅱ通过连通管连通；一次注浆管和膨胀布袋Ⅱ直接连通，二次注浆管插入膨胀布袋Ⅰ和Ⅱ之间，瓦斯抽采管插入钻孔，端部设有筛管，排气管插入膨胀布袋Ⅰ和Ⅱ之间。已知一种瓦斯抽放钻孔的二次封孔装置(CN201193533)包括总进气管、控制阀门、减压阀和给料装置，总进气管与给料装置相连，控制阀门和减压阀依次设在给料装置入口管路上。气源采用压风管路中的高压气体，通过控制阀门、减压阀将进气压力降至适当压力，通过给料装置将二次封孔材料以一定压力吹入瓦斯抽采钻孔，在压力作用下封孔材料充满钻孔并渗入到钻孔周围裂隙完成对瓦斯抽采钻孔二次封孔。已知一种矿用连续定量式二次封孔系统(CN103016045A)系统进气管路与机械定时器进口相连，机械定时器出口同时与Ⅰ分支管路和Ⅱ分支管路相连，Ⅱ分支管路顺序串联有Ⅱ调压阀、Ⅱ单向阀和紧固装置，紧固装置通过高压气管与气动马达相连，气动马达与旋转供料器相连，旋转供料器上端与供料装置料仓下端相连，旋转供料器下端与加速气室上端相连，Ⅰ分支管路顺序串联有Ⅰ调压阀、Ⅰ单向阀和加速气室。已知一种提高煤层瓦斯抽采浓度的二次封孔系统(CN102230394A)包括压缩空气管、控制阀、减压阀、二次封孔装置、压力表、进水管、通气管、气液混流管、雾化器、透明胶管和扩散器等部件，井下压风系统高压空气经减压阀降至适当压力后由二次封孔装置将微细膨胀粉料输送到沟通漏风裂隙的腔室中进而进入漏风裂隙。雾化器将井下供水系统清水雾化，为漏风裂隙中粉料提供充足水源，使粉料充分膨胀进而完全封堵漏风裂隙。
综上所述，目前瓦斯抽采钻孔在检漏与二次封孔方面做了大量的研究，但针对瓦斯抽采钻孔检漏与二次封孔一体化集成未有报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种瓦斯抽采钻孔检漏与递进式二次封孔装置及使用方法，能够在钻孔连续抽采期间递进式二次封孔，保持钻孔持续密封抽采，延续钻孔抽采效率和生命周期。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：瓦斯抽采钻孔检漏与递进式二次封孔装置，包括封孔单元及封孔管，所述封孔单元为两个，两个封孔单元沿钻孔的延伸方向依次设置；所述封孔管设置在钻孔内的一端为进气端，所述封孔管为两趟，一趟所述封孔管的进气端设置在两个所述封孔单元之间，另一趟所述封孔管的进气端贯通两个所述封孔单元设置。
可选地，所述封孔单元包括注浆管及设置在所述注浆管上的封孔囊袋，所述注浆管与所述封孔囊袋之间设置有单向阀，所述注浆管通过所述单向阀向所述封孔囊袋内注浆；所述封孔囊袋为两个，两个所述封孔囊袋沿所述注浆管依次设置，所述注浆管上还设置有爆破阀，所述爆破阀设置在两个所述封孔囊袋之间。
可选地，所述封孔管为连续管。
可选地，两趟所述封孔管分别为第一封孔管及第二封孔管，所述第一封孔管的进气端设置在两个封孔单元之间，所述第二封孔管的进气端贯通两个封孔单元设置，所述第一封孔管的内径大于所述第二封孔管的内径。
可选地，一趟所述封孔管的外径与内径分别为40mm、32.60mm，另一趟所述封孔管的外径与内径分别为32mm、26mm。
可选地，所述注浆管的外径及内径分别为16mm、12mm。
可选地，所述封孔囊袋的长度为1000mm。
一种瓦斯抽采钻孔检漏与递进式二次封孔装置及使用方法，使用如上任一项所述的递进式二次封孔装置，包括以下步骤：
检漏监控，完成一次封孔后，监测钻孔瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采纯量，由抽采浓度、抽采纯量变化特征与衰减特性分析钻孔的漏气情况，实现检漏；
二次封孔，检漏监控步骤中，钻孔检漏识别后，使用距离钻孔孔口较近的封孔单元对钻孔进行封孔。
可选地，初期抽采漏气情况分析时，抽采区域内设置有若干钻孔，当抽采区域内任意一个钻孔的抽采负压低于其他钻孔平均抽采负压的30％时，判定该钻孔为检漏识别。
可选地，中后期抽采漏气情况分析时，抽采区域内，钻孔间距相同的且抽采时间差异系数小于30％的钻孔属于同一个抽采单元，当抽采单元内任意一个钻孔的抽采浓度低于其他钻孔的平均抽采浓度30％时，判定该钻孔为检漏识别；
抽采时间差异系数为η，
其中，Tmax为抽采时间最长钻孔的抽采天数，Tmin为抽采时间最短钻孔的抽采天数。
本发明的有益效果在于：
(1)随着抽采时间推移，孔周煤体在钻进卸压、抽采负压持续作用下发生应力应变、基质收缩，或因封堵不严密导致外界空气通过裂隙通道漏入钻孔时，本发明能够在距离孔口较近的两堵一注封孔器完成一次封孔后，根据抽采浓度、抽采流量实现检漏识别；通过对一次封孔的较大管径的封孔管的调控，对距离孔口较远的两堵一注封孔器进行二次封孔。
(2)封孔管采用一次热塑盘曲成形的阻燃抗静电PE管作为封孔管，钻孔发生轨迹偏移时能够适应钻孔进行自适应变形，无需采用如传统PVC直管所采用的插接或丝扣连接方式，避免了封孔管受钻孔偏移与变形造成的管与管之间插接或丝扣连接的脱节；PE管无连接处，提高了封孔管的注浆承压能力，避免在注浆压力下造成封孔管压扁和浆液流入封孔管的现象，保障封孔囊袋之间注浆气室的密闭性能，进而能够进一步提高封孔段注浆压力，确保浆液能够有效渗入孔周煤体裂隙。
(3)将传统的外径50mm封孔管转变成两根外径40mm和32mm封孔管，增大了封孔管总的瓦斯流动截面面积，增加瓦斯流动通道。通过封孔管径以及封孔管、注浆管、单向阀、爆破阀的合理配用，实现瓦斯抽采钻孔卸压抽采初期多通道、高负压、大流量抽采，抽采中期钻孔漏气检测与二次封孔，以及抽采衰减时效特性下不同抽采时期瓦斯抽采流量通道需求，保持钻孔持续密封抽采，延续钻孔有效效率和生命周期。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为一种瓦斯抽采钻孔检漏与递进式二次封孔装置的结构示意图；
图2为一种瓦斯抽采钻孔检漏与递进式二次封孔装置的使用示意图；
图3为一次封孔的封孔位置截面示意图；
图4为二次封孔的封孔位置截面示意图。
附图标记：第一封孔管 1、第二封孔管 2、注浆管 3、封孔囊袋 4、单向阀 5、爆破阀 6、钻孔 7。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1，为一种瓦斯抽采钻孔检漏与递进式二次封孔装置，包括封孔单元及封孔管，封孔单元为两个，两个封孔单元沿钻孔1的延伸方向依次设置；封孔管设置在钻孔1内的一端为进气端，封孔管为两趟，一趟封孔管的进气端设置在两个封孔单元之间，另一趟封孔管的进气端贯通两个封孔单元设置在钻孔1。
本实施例中，封孔管为一次热塑盘曲成形的连续PE管。封孔单元为两堵一注封孔器，包括注浆管3及设置在注浆管3上的封孔囊袋4。注浆管3为一次热塑盘曲成形的阻燃抗静电PE管。封孔囊袋4采用注浆浆液中自由水高效过滤的阻燃抗静电过虑袋，其长度为1000mm。注浆管3与封孔囊袋4之间设置有单向阀5，注浆管3通过单向阀5向封孔囊袋4内注浆。封孔囊袋4为两个，两个封孔囊袋4沿注浆管3依次设置，注浆管3上还设置有爆破阀6，爆破阀6设置在两个封孔囊袋4之间。本实施例中，注浆管3的外径为16mm，内径为12mm，壁厚为2mm。
两趟封孔管分别为第一封孔管1及第二封孔管2，第一封孔管1的内径大于第二封孔管2的内径，第一封孔管1的进气端设置在两个封孔单元之间，第二封孔管2的进气端贯通两个封孔单元设置。本实施例中，第一封孔管1的外径为40mm，内径为32.60mm，壁厚为3.70mm。第二封孔管2的外径为32mm、内径为26mm，壁厚为3mm。
请参阅图2～图4，实际生产时，瓦斯抽采矿井应当配备瓦斯抽采监控系统，实时监控管网瓦斯浓度、压力或压差、流量、温度参数及设备的开停状态等参数。抽采瓦斯计量仪器应当符合相关计量标准要求；计量测点布置应当满足瓦斯抽采达标评价的需要，在泵站、主管、干管、支管及需要单独评价的区域分支、钻场等位置布置测点。每个抽采钻孔的接抽管上应留设用于监测钻孔抽采负压、瓦斯浓度及一氧化碳浓度的观测孔。
包括以下步骤：
步骤1：一次封孔，抽采钻孔按设计要求施工完成后，根据实际考察的封孔深度、封孔长度或参照标准，通过距离孔口较近的两堵一注封孔器进行一次封孔。
步骤2：数据监控，完成一次封孔后，实时监测钻孔瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采纯量，分析并绘制抽采浓度、抽采纯量随抽采时间推移的变化特征与衰减特性曲线；
步骤3：钻孔检漏，根据一次封孔后数据监测情况，由第一封孔管1的采浓度、抽采纯量变化特征与衰减特性分析钻孔漏气情况，实现钻孔抽采期间检漏；
步骤4：二次封孔，根据钻孔检漏情况，当该钻孔为检漏识别时，对第一封孔管1实施调控，并通过距离孔口较远的两堵一注封孔器进行二次封孔；
步骤5：连续抽采，实现瓦斯抽采钻孔连续抽采，考察钻孔的有效抽采效率与生命周期。
步骤3中，第一次封孔接抽48h以内为初期抽采。初期抽采分析漏气情况时，抽采区域内设置有若干钻孔，当抽采区域内任意一个钻孔的抽采负压低于其他钻孔平均抽采负压的30％时，即判定该钻孔为检漏识别，需进行二次封孔。
第一次封孔接抽48h以后为中后期抽采。中后期抽采分析漏气情况时，抽采区域内，钻孔间距相同，且抽采时间差异系数小于30％的钻孔属于同一个抽采单元。当抽采单元内任意一个钻孔的抽采浓度低于其他钻孔的平均抽采浓度30％时，即判定该钻孔为检漏识别，需进行二次封孔。抽采时间差异系数的计算公式为：
η—预抽时间差异系数，％；
Tmax—预抽时间最长的钻孔抽采天数，d；
Tmin—预抽时间最短的钻孔抽采天数，d。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
