專利名稱：：一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于煤炭開采領(lǐng)域，涉及一種實現(xiàn)同一孔先后進(jìn)行瓦斯抽放和煤層注水的封孔技術(shù)，應(yīng)用于煤層瓦斯抽放與煤層注水封孔，可實現(xiàn)一孔兩用，減少鉆孔的工作量，提高鉆孔的利用率。
背景技術(shù)：
：隨著煤炭工業(yè)及煤礦生產(chǎn)機(jī)械化的高速發(fā)展，煤礦生產(chǎn)中的瓦斯和粉塵問題越來越突出，瓦斯和煤塵爆炸的事件時有發(fā)生，嚴(yán)重的威脅著煤礦工人的生命安全，而且煤礦工人塵肺病發(fā)病率依然較高，煤礦工人的健康受到嚴(yán)重影響。煤與瓦斯突出是煤礦井下一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害，是煤礦的安全生產(chǎn)需要解決的重要課題。煤層注水是解決塵害問題的治本性措施之一，提前進(jìn)行瓦斯抽放是解決煤與瓦斯突出的有效方法。煤層注水與瓦斯抽放均需進(jìn)行封孔，以往的封孔方法只能單方面的進(jìn)行煤層注水或者瓦斯抽放，因此研究一種一孔多用的封孔器具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣應(yīng)用前景。煤層注水是解決塵害問題的治本性措施之一，提前進(jìn)行瓦斯抽放是解決煤與瓦斯突出的有效方法。煤層注水與瓦斯抽放均需進(jìn)行封孔，以往的封孔方法只能單方面地進(jìn)行煤層注水或者瓦斯抽放，并都有其固有缺點。水泥砂漿封孔優(yōu)點是成本低，封孔效果好，但是操作繁瑣，工作量大，封孔深度不深；聚氨酯封孔優(yōu)點是操作簡單，缺點是封孔強(qiáng)度不大，封孔效果不穩(wěn)定，封孔深度不深，來壓時易被壓壞造成漏氣；封孔器封孔操作簡單，能夠復(fù)用，封孔效果好，封孔強(qiáng)度大，封孔深度深，缺點是成本較高。以往的封孔方法不能抽注兩用，鉆孔不能重復(fù)使用，因此在瓦斯抽放之后需要鉆新孔進(jìn)行煤層注水，這樣既增加了鉆孔的工作量，同時殘孔也會影響到注水的效果。利用抽注兩用封孔器可滿足瓦斯抽放的高效封孔，操作簡便，可在同一孔進(jìn)行先抽后注，節(jié)省了鉆孔的工作量，封孔器多次復(fù)用，有較高的廣泛的推廣應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是制作出一種可以瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器，由封孔器的兩用可以實現(xiàn)在同一鉆孔先后進(jìn)行瓦斯抽放與煤層注水，實現(xiàn)一孔兩用的技術(shù)，提高鉆孔的利用率，封孔器封孔操作簡便，封孔效果好，可廣泛應(yīng)用于煤礦開采前的瓦斯預(yù)抽與煤層注水等工作。一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器，由可滑動液壓封閉端l、固定液壓封閉端2、打壓注液管3、膨脹膠管4、內(nèi)管5組成。內(nèi)管一端封閉為固定液壓封閉端2，另一端為可滑動液壓封閉端l，兩端封閉使膨脹膠管4與內(nèi)管之間形成密閉空間，由打壓注液管2向該密閉空間注入高壓液體，可使膨脹膠管膨脹，活動封閉端向里滑動，封孔器打壓注液管與膨脹裝置相互獨立，封閉打壓注液管，可實現(xiàn)長時間的封孔。封孔器要求用厚壁防腐鋼管做內(nèi)管。封孔器膨脹膠管選用一層熟膠皮加兩層銅絲加外層生膠類型。封孔器其可滑動封閉端采用液壓封閉，封閉與注水管之間可以相對拊動。封孔器固定封閉端采用液壓封閉，封閉與注水管之間焊死固定。封孔器打壓注液管焊接快速接頭或焊接軟管。封孔器內(nèi)管需做磨圓拋光以及防腐處理。利用抽注兩用封孔器實現(xiàn)一孔兩用技術(shù)，首先是使用抽注兩用封孔器進(jìn)行瓦斯封孔，在工作面推進(jìn)至距鉆孔1520m處，撤下瓦斯抽放裝置，在原有鉆孔中使用注水設(shè)備連接封孔器進(jìn)行煤層注水，實現(xiàn)一孔兩用，注水完畢后，封孔器可回收復(fù)用。鉆孔具有較好的圓度與平整度。封孔器水壓要求在2MPa以上，可完成封孔器封孔膨脹。本發(fā)明的優(yōu)點是封孔操作簡便，操作時，把封孔器放入鉆孔中指定位置，利用高Jl水管向打壓注液管注入高壓液體使封孔器膨脹，待封孔器把孔封住后，封閉打壓注液管即可完成封孔。由于封孔器可以應(yīng)用于瓦斯抽放封孔與煤層注水封孔，所以在同,孔瓦斯抽放完成之后，即可進(jìn)行煤層注水，不需要重新鉆孔，節(jié)約了鉆孔工作量，同時提高了注水的效果。封孔器可多次復(fù)用，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值與推廣應(yīng)用前景。圖h為中通水壓自脹橡膠封孔器的結(jié)構(gòu)圖。其中l(wèi)-可滑動液壓封閉；2-固定液壓封閉；3-打壓注液管；4-膨脹膠管；5-內(nèi)管。圖2:為中通水壓自脹橡膠封孔器斷面圖。其中6-密閉空間；圖3:井上封孔時間模擬裝置圖。其中7-承壓鋼管；8-封孔器；9-壓力傳感器；10-壓力傳感片。圖4:封孔壓力衰減圖。圖5:瓦斯抽放布置圖。其中l(wèi)l-流量管；12-瓦斯抽放總管路；13-封住鉆孔的封孔器14-抽放管。具體實施例方式如圖l所示封孔器由可滑動液壓封閉端1、固定液壓封閉端2、打壓注液管3、膨脹膠管4和內(nèi)管5組成?？苫瑒右簤悍忾]端和固定液壓封閉端均采用膠圈液壓封閉，4固定液壓封閉端與內(nèi)管焊死，可滑動液壓封閉端可與內(nèi)管摩擦滑動，圖2為該封孔器的斷面圖，膨脹膠管4與內(nèi)管5之間形成密閉空間6，由打壓注液管向該密閉空間注入高壓液體，使膨脹膠管膨脹，可滑動封閉向里收縮，達(dá)到封孔效果，膠管的膨脹與內(nèi)管的瓦斯抽放或注水相互分離，只要封閉打壓注液管，即可使封孔器保持膨脹的狀態(tài)，該封孔器密封性好，密閉空間內(nèi)的液體不滲漏，從而實現(xiàn)長期的封孔。封孔器的膨脹膠管選用一層熟膠皮加兩層銅絲加外層生膠類型，所述的銅絲為多股銅絲纏繞而成的銅絲線，纏繞同軸線間角度約20°至45°，里外兩層鋼絲同軸線間纏繞角度相同。封孔器的可滑動封閉端采用液壓封閉，封閉與注水管之間可以相對滑動。要求對內(nèi)管進(jìn)行磨圓拋光處理，防止摩擦力過大影響復(fù)用，同時避免密閉空間的液體腐蝕內(nèi)管。若封孔距離較淺，其打壓注液管焊接快速接頭連接高壓水管，若封孔距離較深，可焊接軟管延伸至空口連接高壓水管。下面通過實驗來說明中通水壓自脹橡膠封孔器的性能封孔時間試驗實驗方法如圖3所示，把封孔器8膨置于承壓鋼管7內(nèi)，封孔器的膨脹膠管外側(cè)貼上壓力傳感片10,壓力傳感片可反饋封孔器與承壓鋼管之間的擠壓力，反饋的數(shù)據(jù)顯示于壓力傳感器9。由此裝置觀察封孔器對周側(cè)壓力的衰減情況，觀察時間為三個月，壓力衰減曲線如圖4，衰減量為O.lMPa。封孔長度試驗:試驗方法將封孔器在空氣中膨脹，測量出個個膨脹直徑下的封孔器的收縮量，從而得出在各個封孔孔徑下的封孔長度。主要型號的封孔器的膨脹數(shù)據(jù)如表h表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>1231-v-268124276128281130297ZF-A89116155121210127315133400143540耐壓強(qiáng)度試驗實驗方法把封孔器置于空氣中，確定好膨脹壓力，然后膨脹至該壓力下的最大孔直徑，測量出該直徑，然后增加壓力，重復(fù)以上過程，直至封孔器爆破為止。表2為耐壓強(qiáng)度試驗的試驗結(jié)果表2封孔器類型內(nèi)徑(mm)外徑(mm)膨脹范圍(mm)工作狀態(tài)下耐壓強(qiáng)度(MPa)試驗壓力爆破壓力ZF-A646483125(+8，-4)1216ZF-A767694140(+8，-4)612ZF-A8989110150(+8,-5)1218利用抽注兩用的封孔器實現(xiàn)一孔兩用技術(shù)的井下實施使用封孔器對瓦斯抽放鉆孔實行封孔，然后進(jìn)行聯(lián)孔，5至20個不等的鉆孔連為一組，實行瓦斯抽放；待工作面推進(jìn)至距鉆孔約20m時，撤下瓦斯抽放設(shè)備，在原有鉆孔直接進(jìn)行煤層注水工作，省去了重新在鉆注水孔的麻煩，實現(xiàn)一孔兩用，煤層注水工作完成后，封孔器可回收復(fù)用。該技術(shù)井下試驗地點為國陽一礦北丈八井7203工作面本煤層，選擇連續(xù)鉆孔20個，分為兩組，IO個鉆孔連為一組，孔距10米，孔深為120m，瓦斯抽放負(fù)壓為40008000Pa。抽放時間約三個月，待工作面推進(jìn)至約20m時停止。瓦斯抽放聯(lián)孔如圖5，把封住鉆孔的封孔器13通過抽放管14聯(lián)入瓦斯抽放總管路10,流量管11用于測量瓦斯參數(shù)，瓦斯抽放數(shù)據(jù)兩天一測，所用的測量儀器為CJZ70瓦斯抽放綜合參數(shù)測定儀。瓦斯抽放結(jié)束后，封孔器不取出，在原來瓦斯抽放孔直接進(jìn)行煤層注水工作，煤層注水為長臂注水，采用動壓注水，注水壓力為12MPa。注水效果如表3所示:表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表3可以看出，注水前煤層中平均含水率為1.925%，注水后則提高到3.5%左右，含水率平均增量為1.575%，平均增水率達(dá)到81.82%。煤層的含水率顯著提高，可見封孔效果良好。權(quán)利要求1、一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器，其特征是由可滑動液壓封閉端(1)、固定液壓封閉端(2)、打壓注液管(3)、膨脹膠管(4)、內(nèi)管(5)組成；內(nèi)管一端封閉為固定液壓封閉端(2)，另一端為可滑動液壓封閉端(1)，兩端封閉使膨脹膠管(4)與內(nèi)管之間形成密閉空間，由打壓注液管(2)向該密閉空間注入高壓液體，使膨脹膠管膨脹，活動封閉端向里滑動；封孔器打壓注液管與膨脹裝置相互獨立，封閉打壓注液管，能實現(xiàn)長時間的封孔。2、如權(quán)利要求l所述一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器，其特征是膨脹膠管選用一層熟膠皮加兩層銅絲加外層生膠類型。3、如權(quán)利要求l所述一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器，其特征是可滑動封閉端采用液壓封閉，可滑動封閉端與注水管之間能相對滑動。4、如權(quán)利要求l所述一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器，其特征是固定封閉端采用液壓封閉，固定封閉與注水管之間焊死固定。5、如權(quán)利要求l所述一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器，其特征是打壓注液管焊接有快速接頭或焊接軟管。6、如權(quán)利要求1所述一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器，其特征是內(nèi)管需做磨圓拋光以及防腐處理。7、如權(quán)利要求l所述一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器，其特征是使用方法上采用一孔兩用技術(shù)，首先是使用抽注兩用封孔器進(jìn)行瓦斯封孔，在工作面推進(jìn)至距鉆孔1520m處，撤下瓦斯抽放裝置，在原有鉆孔中使用注水設(shè)備連接封孔器進(jìn)行煤層注水，實現(xiàn)一孔兩用；注水完畢后，封孔器能回收復(fù)用。8、如權(quán)利要求7所述一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器的使用方法，其特征是要求鉆孔具有較好的圓度與平整度。9、如權(quán)利要求7所述一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器的使用方法，其特征是封孔器水壓要求在2MPa以上，能完成封孔器封孔膨脹。全文摘要本發(fā)明屬于煤炭開采領(lǐng)域，涉及一種瓦斯抽放與煤層注水兩用的封孔器及其使用方法。封孔器由可滑動液壓封閉端(1)、固定液壓封閉端(2)、打壓注液管(3)、膨脹膠管(4)、內(nèi)管(5)組成；內(nèi)管一端封閉為固定液壓封閉端(2)，另一端為可滑動液壓封閉端(1)，兩端封閉使膨脹膠管(4)與內(nèi)管之間形成密閉空間，由打壓注液管(2)向該密閉空間注入高壓液體，使膨脹膠管膨脹，活動封閉端向里滑動；封孔器打壓注液管與膨脹裝置相互獨立，封閉打壓注液管，能實現(xiàn)長時間的封孔。封孔器在瓦斯抽放與煤層注水過程中不需取出，由同一孔先后完成瓦斯抽放與煤層注水工作，實現(xiàn)一孔兩用，并且操作方便，封孔效果好，可多次復(fù)用，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。文檔編號E21F5/00GK101666239SQ20091018056公開日2010年3月10日申請日期2009年10月20日優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日發(fā)明者張恩銘,張英華,皮希宇,高玉坤,黃志安申請人:北京科技大學(xué)