專利名稱：多功能氣動封孔裝置及與其配套的封孔工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于煤礦井下測壓鉆孔、抽放鉆孔和煤層注水的封孔裝置及封孔工藝，主要用于井下測壓孔、抽放鉆孔和注水孔的密封。
背景技術(shù)：
瓦斯壓力測定和瓦斯抽放分別作為礦井瓦斯基本參數(shù)之一和消除瓦斯事故隱患的重要措施，在礦井瓦斯防治的工作中發(fā)揮重要的作用，而這兩個工藝中都有封孔技術(shù)的應(yīng)用，封孔成為這兩項工藝的關(guān)鍵工序，封孔質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到瓦斯壓力測定準確與否，瓦斯抽放效率的高低。目前，壓力孔的密封方法主要有膠圈封孔器封孔法、水泥砂漿封孔法、膠圈壓力黏 液封孔法等。膠圈封孔器封孔法密封成本較高，封孔深度小，只適用于巖石致密、完整的鉆孔的密封。水泥砂漿封孔法材料浪費嚴重、勞動強度大，水泥固化縮水后形成裂隙無法有效封堵，封孔效果不好。膠圈壓力黏液封孔測壓法，雖然能很好地解決鉆孔周圍的天然裂隙和卸壓裂隙漏氣的問題，且準確度高，但其設(shè)備成本高，操作工序較復(fù)雜，遇到軟煤層和塌孔時封孔管件被抱死，設(shè)備無法回收。抽放孔密封方法主要采用的是卷纏法，(即使用毛巾纏繞封孔管，邊纏邊向布條上澆聚氨酯混合液，纏繞結(jié)束即澆注結(jié)束，然后將封孔管連帶毛巾和聚氨酯混合液一起插入抽采鉆孔，待聚氨酯膨脹硬化結(jié)束及封孔結(jié)束。)這種純手工封孔方法對工人的操作素質(zhì)要求很高，需要工人在短時間內(nèi)將封孔管送到預(yù)定位置，否則聚氨酯提前固化則封孔失效，而且由于毛巾的存在破壞了硬泡沫的完整性，使得封孔段的滲透性增大，影響抽放效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前封孔技術(shù)中存在的不足，提供一種既能密封壓力鉆孔又能密封抽放鉆孔，并且封孔質(zhì)量穩(wěn)定、封孔長度及深度可控制、用料省、勞動強度低的多功能氣動聚氨脂封孔裝置以及與其配套的封孔工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種多功能氣動封孔裝置，包括帶有進料口和出料口的氣動缸，氣動缸的頂部設(shè)有進風(fēng)口，氣動缸的進料口處設(shè)有密封蓋，所述氣動缸設(shè)置有兩個，兩氣動缸的進風(fēng)口均連接壓風(fēng)管，兩氣動缸的出料口均連接一混合管的進口，并且壓風(fēng)管通過第一分管也接入混合管的進口，連接管上設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥?；旌瞎艿某隹谶B接用于送進鉆孔的封孔導(dǎo)管，封孔導(dǎo)管的端口設(shè)有噴頭。還包括混合接塊，混合接塊設(shè)有三個進料接頭和一個出料接頭，三個進料接頭均與出料接頭連通，三個進料接頭分別連接兩氣動缸的兩出料口，出料接頭連接混合管的進□。兩氣動缸的兩進風(fēng)口通過U型管連通，壓風(fēng)管連通一連接管，連接管的端部連接所述第一分管和第二分管，第二分管連接所述U型管，第二分管上設(shè)有減壓閥，U型管上與第二分管的連接處設(shè)有壓力表。
所述氣壓缸設(shè)有液位計。測壓鉆孔封孔工藝，先設(shè)置上述的瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，在瓦斯抽采鉆孔封孔裝置的兩氣動缸內(nèi)分別裝入聚氨酯料液的黑料和白料，封孔管插入煤層鉆孔后，壓風(fēng)管連通井下壓風(fēng)管路，利用瓦斯抽采鉆孔封孔裝置在封孔管與煤層鉆孔之間間隔注射兩段聚氨酯料液，在兩段聚氨酯料液膨脹硬化成塊后，在鉆孔內(nèi)封孔管外圈的兩段硬化聚氨酯塊之間注入粘液。鉆孔測壓時，粘液壓力大于鉆孔內(nèi)瓦斯壓力。所述粘液為粘液罐通過粘液輸送管注入兩段硬化聚氨酯塊之間，粘液罐為密封罐，粘液罐連通有氣罐，氣罐內(nèi)置用于使粘液增壓的液態(tài)二氧化碳。所述封孔管在插入鉆孔之前，封孔管的外圈間隔設(shè)置有四個分隔件，四個分隔件之間依次形成三個區(qū)域，與混合管連接的封孔導(dǎo)管共有兩個，兩封孔導(dǎo)管分別伸入兩側(cè)區(qū)域內(nèi)，此時將粘液輸送管伸入中間區(qū)域內(nèi)，封孔管插入煤層鉆孔后，兩側(cè)區(qū)域同時注入聚氨 酯料液，在兩段聚氨酯料液膨脹硬化后，注入粘液，最后在鉆孔孔口處塞入塞子以固定孔口的封孔管，防止封孔管晃動。抽放鉆孔封孔工藝，先設(shè)置上述的瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，在瓦斯抽采鉆孔封孔裝置的兩氣動缸內(nèi)分別裝入聚氨酯料液的黑料和白料，將封孔管上間隔設(shè)置兩封堵件，將瓦斯抽采鉆孔封孔裝置的封孔導(dǎo)管伸入兩封堵件之間，再將封孔管插入煤層鉆孔內(nèi)，壓風(fēng)管連通井下壓風(fēng)管路，通過封孔導(dǎo)管向兩封堵件之間、封孔導(dǎo)管和鉆孔之間注入聚氨酯料液，待聚氨酯膨脹硬化成塊后形成泡沫封孔段，泡沫封孔段位于煤層鉆孔的應(yīng)力集中帶，泡沫封孔段長度為IOOcm-IlOcm之間。本發(fā)明所述的多功能氣動封孔裝置及與其配套的封孔工藝，具有如下有益效果
I、本發(fā)明多功能氣動封孔裝置可以井下壓風(fēng)為動力源無需其他動力，為純機械封孔裝
置，因此，本發(fā)明裝置為本質(zhì)安全型裝置。2、本發(fā)明可以通過改變噴頭的位置和固定在封孔管上膠墊或者封堵件的位置來改變封孔深度和封孔段的長度。3、本發(fā)明裝置設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，在封孔完畢后打開風(fēng)量調(diào)節(jié)閥可將混合管和封孔導(dǎo)管中殘余的聚氨酯吹出，防止聚氨酯膨脹固化后堵塞管路，另外打開風(fēng)量調(diào)節(jié)閥后壓風(fēng)還可以形成一堵氣墻阻止聚氨酯在鉆孔內(nèi)軸向膨脹，迫使其徑向膨脹進而使封堵更加嚴
LU O4、本發(fā)明裝置設(shè)置兩個有聚氨酯輸出流量調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)這兩個閥門可以配比出不同比例的聚氨酯混合液，以便適應(yīng)不同類型聚氨酯不同配比的特性。5、本發(fā)明裝置設(shè)有精密壓力表和減壓閥，通過調(diào)節(jié)減壓閥可使風(fēng)壓調(diào)至合適壓力，從而解決了壓風(fēng)壓力過大導(dǎo)致聚氨酯混合不均勻和浪費，風(fēng)壓過小又使聚氨酯送不到指定地點的問題。6、本發(fā)明裝置設(shè)有兩個指針式浮球液位計可以分別指示兩個容器的液面高度，進而可以確定聚氨酯的用量。7、本發(fā)明裝置設(shè)有蓮蓬噴頭可使噴出的混合液體成細流放散狀態(tài)，既能使聚氨酯貼緊孔壁，又能減少聚氨酯的用量。8、本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝使用方便，封孔質(zhì)量高，勞動強度小，能重復(fù)使用，而且既能用于測壓鉆孔、抽放鉆孔和注水鉆孔等鉆孔的密封，又能用于煤壁的噴涂；在井下瓦斯防治領(lǐng)域具有很大的推廣價值。


圖I是本發(fā)明多功能氣動封孔裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例I :
由圖I所示的一種多功能氣動封孔裝置，包括帶有進料口和出料口 35的氣動缸36、壓風(fēng)管38、混合接塊45和混合管31。氣動缸36的進料口和出料口 35分別位于氣動缸36的頂、底部，氣動缸36的進料口處設(shè)有密封蓋49，氣動缸36的出料口 35處設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥33，氣動缸36的頂部還設(shè)有進風(fēng)口，氣動缸36設(shè)有指針式浮子液位計41，氣動缸36為密閉設(shè)置，并且氣動缸36共設(shè)置有兩個。所述壓風(fēng)管38連通一連接管37，連接管37的端部連接第一分管43和第二分管40。兩氣動缸36的兩進風(fēng)口通過U型管連通，U型管的兩端口分別連接兩進風(fēng)口，U型管的中部再連接所述第二分管40，U型管上與第二分管40的連接處設(shè)有壓力表42，第二分管40上設(shè)有減壓閥39，這樣，兩氣動缸36的進風(fēng)口就均與壓風(fēng)管38連接。所述混合接塊45的一側(cè)設(shè)有三個進料接頭44、另一側(cè)設(shè)有一個出料接頭46，三個進料接頭44均與出料接頭46連通，并且三個進料接頭44分別通過三根管子32連接兩氣動缸36的兩出料口 35和第一分管43的端口，出料接頭46連接所述混合管31的進口，第一分管43上設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥34。這樣，兩氣動缸36的出料口 35就均連接混合管31的進口，并且壓風(fēng)管38也通過第一分管43連接混合管31的進口?；旌瞎?1的出口連接用于送進鉆孔的封孔導(dǎo)管47，封孔導(dǎo)管47的端口設(shè)有噴頭48，封孔導(dǎo)管47為高壓膠管。進料口內(nèi)設(shè)濾網(wǎng)用于過濾聚氨酯中的雜質(zhì)，以免堵塞氣動缸36及管路；密封蓋49內(nèi)墊有O型圈保證氣動缸36的氣密性。指針式浮球液位計41表盤指針所指的讀數(shù)代表氣動缸36內(nèi)液面的高度，通過液面下降的高度可計算出聚氨酯的用量，從而采取相應(yīng)的操作可以精確控制聚氨酯的用量。本發(fā)明所述的多功能氣動封孔裝置，通過兩進料口分別在兩分氣缸內(nèi)注入聚氨酯的黑料和白料，并且壓風(fēng)管38與井下壓風(fēng)管路連接，以井下壓風(fēng)為動力源，通過井下壓風(fēng)將兩分氣缸內(nèi)的黑料和白料壓出，通過調(diào)節(jié)兩出料口 35上的兩流量調(diào)節(jié)閥33可以控制聚氨酯黑料和白料的輸出流量的大小，以便調(diào)配出適于封孔的最佳配比的黑白料混合液。黑料名稱為異氰酸酯，白料名稱為組合聚醚。在關(guān)閉第二分管40上的減壓閥39停止注料后，打開第一分管43上的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥34可以吹出混合管31及管路內(nèi)殘留的液體，以免聚氨酯膨脹后堵塞管路。利用本發(fā)明所述的多功能氣動封孔裝置實現(xiàn)的封孔工藝包括測壓鉆孔封孔工藝和抽放鉆孔封孔工藝。實施例2:
由圖I和圖2所示的測壓鉆孔封孔工藝，先設(shè)置如實施例I所述的瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，在瓦斯抽采鉆孔封孔裝置的兩氣動缸36內(nèi)分別裝入一定量的預(yù)先按比例調(diào)配的聚氨酯料液的黑料和白料。所述封孔管54在插入鉆孔58之前，封孔管54的外圈間隔設(shè)置有四個分隔件，分隔件為膠墊52，并且四個膠墊52分別固定在封孔管54外圈間隔固設(shè)的四個固定檔盤57上，(當然，如果沒有膠墊52，分隔件可用毛巾替代，纏繞在封孔管54上也可)，四個膠墊52之間依次形成三個區(qū)域兩側(cè)區(qū)域和中間區(qū)域。所述同時與混合管31出口連接的封孔導(dǎo)管47共有兩個，兩封孔導(dǎo)管47穿插過相應(yīng)膠墊52并分別伸入到兩側(cè)區(qū)域內(nèi)并分別綁在封孔管54上，再將一粘液輸送管50也穿插過相應(yīng)膠墊52并伸入到中間區(qū)域內(nèi)也固定在封孔管54上，粘液輸送管50連接粘液罐63，粘液罐63為密封罐，粘液罐63通過管子連通有氣罐62，氣罐內(nèi)置用于使粘液增壓的液態(tài)二氧化碳，CO2是空氣中常見的惰性氣體，而且是常用氣體中臨界溫度最高的氣體，也就是說是最容易液化的氣體。因此，在相同的體積下，能儲存的氣體的量最大，從而能為保證粘液壓力穩(wěn)定，提供最持久的動力。管子上設(shè)有開關(guān)閥 61。封孔管54連同封孔導(dǎo)管47以及粘液輸送管50 —起插入煤層鉆孔58內(nèi)預(yù)訂深度后，封孔管54的里端向里伸出最里側(cè)膠墊52外，封孔管54的最里端管壁上設(shè)有篩孔59。將壓風(fēng)管38連通井下壓風(fēng)管路，利用瓦斯抽采鉆孔58封孔裝置在封孔管54與煤層鉆孔58之間間隔注射兩段聚氨酯料液，并且為四個膠墊52形成的兩側(cè)區(qū)域同時注入聚氨酯料液先打開氣動缸36兩出料口 35的兩個流量調(diào)節(jié)閥33，打開壓風(fēng)減壓閥39調(diào)制到預(yù)定的壓力，觀察兩指針式浮子液位計41表盤指針的指示的高度，然后待液面下降到預(yù)定高度時，立即關(guān)閉壓風(fēng)減壓閥39以及兩流量調(diào)節(jié)閥33，隨即打開風(fēng)量調(diào)節(jié)閥34，將殘留在管路中的聚氨酯吹出，再同時將注聚氨酯用的兩封孔管54快速抽出，以便重復(fù)使用。在兩段聚氨酯料液膨脹硬化成塊后，在鉆孔58內(nèi)封孔管54外圈的兩段硬化聚氨酯塊51之間注入粘液53，粘液53是上述粘液罐63通過粘液輸送管50注入兩段硬化聚氨酯塊51之間的，鉆孔58測壓時，封孔管54安裝氣體壓力表56檢測鉆孔58瓦斯壓力，粘液53壓力始終略大于鉆孔58內(nèi)瓦斯壓力，開關(guān)閥61 —直處于開啟狀態(tài)，直到測壓過程結(jié)束后關(guān)閉。粘液由骨料、填料和粘液混合而成。密封粘液(封堵間隙為不大于4_)的配方為化學(xué)漿糊粉(淀粉+防腐劑)與水的比例(質(zhì)量比)1 :16制成粘液，骨料與粘液的比例(體積比)為1:8，填料與粘液的比例(體積比)為I :16。其中骨料由粒度為O. 5mnTl· 0mm, I. 0mnT2· 5mm,
2.5mm 5. Omm的爐禮:按比例I :2:3混合而成；填料由O. 25mm^0. 5mm,O. 5mm^l. 0mm，
I.0mnT2. 5mm的鋸末按體積比1:1:1均勻混合而成。最后在鉆孔58孔口處塞入塞子55以固定孔口的封孔管54，塞子55為木塞或者工業(yè)棉紗，主要目的在于固定孔口的封孔管54，防止封孔管54在鉆孔58內(nèi)晃動。測壓鉆孔58的封孔原理是固體封液體，液體封氣體(即利用膨脹固化后的聚氨酯塊對高壓粘液53進行封堵，高壓粘液53對煤層瓦斯進行封堵)，這種封孔方法關(guān)鍵在于測壓期間，粘液53的壓力要始終略大于瓦斯壓力，使之向鉆孔58壁周圍裂隙里滲透，從而避免瓦斯向外泄漏。實施例3
由圖I和圖3所示的抽放鉆孔封孔工藝，先設(shè)置如實施例I所述的瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，在瓦斯抽采鉆孔封孔裝置的兩氣動缸36內(nèi)分別裝入一定量的預(yù)先按比例調(diào)配的聚氨酯料液的黑料和白料，壓風(fēng)管38連接井下壓風(fēng)管路。將抽采管66上間隔設(shè)置兩封堵件70，封堵件70為分別纏繞在抽采管66外圈的毛巾，將瓦斯抽采鉆孔封孔裝置的封孔導(dǎo)管47伸入到兩封堵件70之間，并將封孔導(dǎo)管47綁在抽采管66上。再將抽采管66插入煤層鉆孔58內(nèi)預(yù)定的深度，將壓風(fēng)管38連通井下壓風(fēng)管路，通過封孔導(dǎo)管47向兩封堵件70之間、封孔導(dǎo)管47和鉆孔58之間注入聚氨酯料液，待聚氨酯膨脹料液硬化成塊后形成泡沫封孔段69，泡沫封孔段69位于煤層鉆孔58的應(yīng)力集中帶，垂直于巷幫向里大約5nT8m的范圍為應(yīng)力集中帶，泡沫封孔段69長度為IOOcm-IlOcm之間，以保證滲透性較低。待泡沫封孔段69內(nèi)的聚氨酯充分膨脹硬化后，在孔口用木塞71或工業(yè)棉紗固定抽采管66，最后將抽采管66接口連接在抽放管路上進行抽放?！?br> 權(quán)利要求
1.一種多功能氣動封孔裝置，其特征在于包括帶有進料口和出料口的氣動缸，氣動缸的頂部設(shè)有進風(fēng)口，氣動缸的進料口處設(shè)有密封蓋，所述氣動缸設(shè)置有兩個，兩氣動缸的進風(fēng)口均連接壓風(fēng)管，兩氣動缸的出料口均連接一混合管的進口，并且壓風(fēng)管通過第一分管也接入混合管的進口，連接管上設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。
2.如權(quán)利要求I所述的瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，其特征在于混合管的出口連接用于送進鉆孔的封孔導(dǎo)管，封孔導(dǎo)管的端口設(shè)有噴頭。
3.如權(quán)利要求I或2所述的瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，其特征在于還包括混合接塊，混合接塊設(shè)有三個進料接頭和一個出料接頭，三個進料接頭均與出料接頭連通，三個進料接頭分別連接兩氣動缸的兩出料口，出料接頭連接混合管的進口。
4.如權(quán)利要求3所述的瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，其特征在于兩氣動缸的兩進風(fēng)口通過U型管連通，壓風(fēng)管連通一連接管，連接管的端部連接所述第一分管和第二分管，第二分管連接所述U型管，第二分管上設(shè)有減壓閥，U型管上與第二分管的連接處設(shè)有壓力表。
5.如權(quán)利要求4所述的瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，其特征在于所述氣壓缸設(shè)有液位計。
6.測壓鉆孔封孔工藝，其特征在于先設(shè)置權(quán)I-權(quán)5所述的瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，在瓦斯抽采鉆孔封孔裝置的兩氣動缸內(nèi)分別裝入聚氨酯料液的黑料和白料，封孔管插入煤層鉆孔后，壓風(fēng)管連通井下壓風(fēng)管路，利用瓦斯抽采鉆孔封孔裝置在封孔管與煤層鉆孔之間間隔注射兩段聚氨酯料液，在兩段聚氨酯料液膨脹硬化成塊后，在鉆孔內(nèi)封孔管外圈的兩段硬化聚氨酯塊之間注入粘液。
7.如權(quán)利要求6所述的測壓鉆孔封孔工藝，其特征在于鉆孔測壓時，粘液壓力大于鉆孔內(nèi)瓦斯壓力。
8.如權(quán)利要求7所述的測壓鉆孔封孔工藝，其特征在于所述粘液為粘液罐通過粘液輸送管注入兩段硬化聚氨酯塊之間，粘液罐為密封罐，粘液罐連通有氣罐，氣罐內(nèi)置用于使粘液增壓的液態(tài)二氧化碳。
9.如權(quán)利要求8所述的測壓鉆孔封孔工藝，其特征在于所述封孔管在插入鉆孔之前，封孔管的外圈間隔設(shè)置有四個分隔件，四個分隔件之間依次形成三個區(qū)域，與混合管連接的封孔導(dǎo)管共有兩個，兩封孔導(dǎo)管分別伸入兩側(cè)區(qū)域內(nèi)，此時將粘液輸送管伸入中間區(qū)域內(nèi)，封孔管插入煤層鉆孔后，兩側(cè)區(qū)域同時注入聚氨酯料液，在兩段聚氨酯料液膨脹硬化后，注入粘液，最后在鉆孔孔口處塞入塞子以固定孔口的封孔管，防止封孔管晃動。
10.抽放鉆孔封孔工藝，其特征在于先設(shè)置權(quán)I-權(quán)5所述的瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，在瓦斯抽采鉆孔封孔裝置的兩氣動缸內(nèi)分別裝入聚氨酯料液的黑料和白料，將封孔管上間隔設(shè)置兩封堵件，將瓦斯抽采鉆孔封孔裝置的封孔導(dǎo)管伸入兩封堵件之間，再將封孔管插入煤層鉆孔內(nèi)，壓風(fēng)管連通井下壓風(fēng)管路，通過封孔導(dǎo)管向兩封堵件之間、封孔導(dǎo)管和鉆孔之間注入聚氨酯料液，待聚氨酯膨脹硬化成塊后形成泡沫封孔段，泡沫封孔段位于煤層鉆孔的應(yīng)力集中帶，泡沫封孔段長度為IOOcm-IIOcm之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能氣動封孔裝置，包括帶有進料口和出料口的氣動缸，氣動缸的頂部設(shè)有進風(fēng)口，氣動缸的進料口處設(shè)有密封蓋，所述氣動缸設(shè)置有兩個，兩氣動缸的進風(fēng)口均連接壓風(fēng)管，兩氣動缸的出料口均連接一混合管的進口，并且壓風(fēng)管通過第一分管也接入混合管的進口，連接管上設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。本發(fā)明是一種既能密封壓力鉆孔又能密封抽放鉆孔，并且封孔質(zhì)量穩(wěn)定、封孔長度及深度可控制、用料省、勞動強度低的多功能氣動聚氨脂封孔裝置以及與其配套的封孔工藝。
文檔編號E21B33/13GK102913183SQ20121041549
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者魏建平, 王云剛, 鄢桂云, 王登科, 李波, 李盟, 李滿貴 申請人:河南理工大學(xué)