一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置與方法,其特征在于:它包括抽采管、第一端頭氣囊、第二端頭氣囊、出漿管和注漿管;抽采管由第一抽采管、第二抽采管和第三抽采管組成,第一端頭氣囊套設(shè)在第一抽采管上,且第一端頭氣囊上具有一單向針閥,內(nèi)部設(shè)有單向止回閥的出漿管貫穿第一端頭氣囊,且出漿管的外端連通注漿管,第二端頭氣囊套設(shè)在第三抽采管上,且第二端頭氣囊上具有一單向針閥,第二抽采管的兩端分別連接第一抽采管和第三抽采管的一端,而第三抽采管另一端的端頭處設(shè)置有若干用于供瓦斯流入的篩孔;第一端頭氣囊和第二端頭氣囊內(nèi)預(yù)裝有膨脹藥劑。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的永久性封孔。
【專利說(shuō)明】一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦瓦斯抽采鉆孔的封孔裝置與方法,特別是關(guān)于一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]瓦斯抽采是煤礦瓦斯治理的重要途徑之一,但因我國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜,鉆孔成孔條件不理想,高效、嚴(yán)密地密封鉆孔一直是一個(gè)技術(shù)難題。目前,我國(guó)煤層瓦斯抽采鉆孔封孔技術(shù)主要有機(jī)械式封孔器封孔、水泥漿等無(wú)機(jī)材料封孔、聚氨酯等高分子有機(jī)材料封孔以及多種材料組合帶壓注漿封孔等。
[0003]機(jī)械式封孔器封孔對(duì)鉆孔質(zhì)量要求較高,封孔段鉆孔必須光滑且無(wú)塌孔現(xiàn)象,封孔成本高,回收重復(fù)利用率低,只適于臨時(shí)快速封孔。水泥漿等無(wú)機(jī)材料封孔對(duì)于緩傾斜或近水平鉆孔容易形成月牙形盲區(qū),且普通水泥漿凝固后易收縮生成裂隙,造成外部空氣漏入。聚氨酯等高分子有機(jī)材料封孔操作方便,但黑白料混合后發(fā)泡凝固太快,易發(fā)生未送入鉆孔預(yù)定位置即凝固的情況,且固化后其力學(xué)性能無(wú)法為鉆孔提供足夠支撐力,導(dǎo)致抽采壽命因孔壁塌陷、斷面收縮變形產(chǎn)生新裂隙而大大縮減。多種材料組合帶壓注漿封孔方法是當(dāng)前的主要發(fā)展方向,一般通過(guò)聚氨酯、馬麗散等有機(jī)發(fā)泡材料在兩端封堵形成密閉空間,再將水泥漿等無(wú)機(jī)材料注入其中,充分利用有機(jī)材料反應(yīng)快、膨脹倍數(shù)高和無(wú)機(jī)材料耐壓強(qiáng)度高、對(duì)鉆孔支護(hù)力大的特性,并且可以實(shí)現(xiàn)帶壓注漿封孔,但鉆孔最里端采用有機(jī)材料作為堵頭,仍然會(huì)發(fā)生堵頭未送到預(yù)定位置即發(fā)泡膨脹造成封孔質(zhì)量不佳甚至廢孔的情況。另外,聚氨酯等高分子有機(jī)材料都具有一定毒性,會(huì)對(duì)工人身體健康造成一定危害。因此,有必要提供一種既能適用于煤礦井下任意角度瓦斯抽采鉆孔任意封孔位置永久性封孔作業(yè)又無(wú)健康危害的帶壓注漿封孔裝置與方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)上述問(wèn)題,本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)氣囊膨脹封堵、帶壓注入所研發(fā)的封孔材料,實(shí)現(xiàn)抽采鉆孔及周圍裂隙的可靠密封,徹底阻斷空氣漏入通道,能夠適用于煤礦井下任意角度瓦斯抽采鉆孔任意封孔位置永久性封孔的一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置與方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置,其特征在于:它包括抽采管、第一端頭氣囊、第二端頭氣囊、出漿管和注漿管;所述抽采管由第一抽采管、第二抽采管和第三抽采管組成,所述第一端頭氣囊套設(shè)在所述第一抽采管上,且所述第一端頭氣囊上具有一單向針閥,內(nèi)部設(shè)有單向止回閥的所述出漿管貫穿所述第一端頭氣囊,且所述出漿管的外端連通所述注漿管,所述第二端頭氣囊套設(shè)在所述第三抽采管上,且所述第二端頭氣囊上具有一單向針閥,所述第二抽采管的兩端分別連接所述第一抽采管和所述第三抽采管的一端,而所述第三抽采管另一端的端頭處設(shè)置有若干用于供瓦斯流入的篩孔;[0006]所述第一端頭氣囊和所述第二端頭氣囊內(nèi)預(yù)裝有膨脹藥劑,所述膨脹藥劑包括由生石灰15?25重量份和招粉5?10重量份組成的膨脹組分和由朽1檬酸0.3?0.45重量份、氯化I丐0.2?0.3重量份、碳酸氫鈉0.2?0.3重量份、聚丙烯酰胺0.1?0.15重量份組成的調(diào)控組分混合而成。
[0007]所述出漿管貫穿所述第一端頭氣囊的外端通過(guò)一定壓自動(dòng)分離接頭連通所述注漿管。
[0008]所述第二抽采管的兩端分別通過(guò)一直通連接所述第一抽采管和所述第三抽采管
的一端。
[0009]所述第一端頭氣囊和所述第二端頭氣囊均為由內(nèi)外兩層材料組成的環(huán)形密閉氣囊,內(nèi)層材料為橡膠,外層材料為螺紋布套。
[0010]一種采用所述瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置的封孔方法,其包括以下步驟:1)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí),在煤體中施工鉆孔,成孔提出鉆具后將鉆孔內(nèi)的煤渣煤粉清理干凈;2)將預(yù)裝有膨脹藥劑的第一端頭氣囊和第二端頭氣囊分別套設(shè)在第一抽采管和第三抽采管上,并分別通過(guò)一直通連接到第二抽采管上,將第三抽采管的末端用堵頭封住,將一注漿管與第一端頭氣囊上預(yù)裝的出漿管通過(guò)一定壓自動(dòng)分離接頭連通,通過(guò)單向針閥分別向第一端頭氣囊和第二端頭氣囊中注入水,然后將瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置送入鉆孔中預(yù)定位置;3)待第一端頭氣囊和第二端頭氣囊中膨脹藥劑與水反應(yīng)促使氣囊膨脹達(dá)到預(yù)定壓力后,通過(guò)注漿管和出漿管將封孔注漿材料注入由第一端頭氣囊外壁、鉆孔孔壁、第二抽采外壁和第二端頭氣囊外壁所形成的環(huán)形密閉空間內(nèi),注漿壓力待達(dá)到預(yù)定壓力后,注漿管與出漿管在定壓自動(dòng)分離接頭處自動(dòng)分離,抽采管、第一端頭氣囊、第二端頭氣囊、出漿管和直通均留在鉆孔內(nèi)完成鉆孔封孔。
[0011]所述步驟2)中,第一端頭氣囊和第二端頭氣囊內(nèi)預(yù)裝的膨脹藥劑包括由生石灰15?25重量份和鋁粉5?10重量份組成的膨脹組分和由檸檬酸0.3?0.45重量份、氯化隹丐0.2?0.3重量份、碳酸氫鈉0.2?0.3重量份、聚丙烯酰胺0.1?0.15重量份組成的調(diào)控組分。
[0012]所述步驟2)中,向第一端頭氣囊和第二端頭氣囊中分別注入水200?300重量份。
[0013]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案,其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明通過(guò)端頭氣囊的高效膨脹實(shí)現(xiàn)對(duì)封孔段兩端的理想密封,形成由端頭氣囊外壁、鉆孔孔壁、抽采管外壁所圍成的環(huán)形密閉空間;并且通過(guò)注漿管和端頭氣囊上設(shè)置的出漿管連接將封孔注漿材料注入上述環(huán)形密閉空間,封孔注漿材料凝固后可以形成對(duì)封孔段鉆孔壁的強(qiáng)力支護(hù),最終大大提高鉆孔封孔氣密性,有效防止抽采后期鉆孔蠕變所產(chǎn)生裂隙。將抽采管末端用堵頭封住,瓦斯只能通過(guò)抽采管尾部端頭處設(shè)置的篩孔流入抽采管,有效防止煤渣等雜物進(jìn)入堵塞抽采管路,最終顯著提高抽采效果。本發(fā)明對(duì)所需進(jìn)行封孔作業(yè)的鉆孔無(wú)特殊要求,因此能夠適用于煤礦井下任意角度瓦斯抽采鉆孔任意封孔位置的永久性封孔。2、本發(fā)明在封孔注漿段兩端設(shè)置兩個(gè)端頭氣囊,且在端頭氣囊內(nèi)預(yù)先置入膨脹藥劑,在將封孔裝置送入鉆孔前向氣囊內(nèi)注入一定量水,端頭氣囊內(nèi)的膨脹藥劑與水反應(yīng),產(chǎn)生的氣體促使端頭氣囊定時(shí)定壓的高效膨脹,可以有效解決聚氨酯等高分子有機(jī)材料發(fā)泡膨脹快、送不到位的問(wèn)題,且氣囊膨脹藥劑由生石灰15?25重量份、招粉5?10重量份、朽1檬酸0.3?0.45重量份、氯化隹丐0.2?0.3重量份、碳酸氫鈉0.2?0.3重量份、聚丙烯酰胺0.1?0.15重量份組成,材料配制所用原料均為市售常規(guī)材料,無(wú)毒無(wú)害且成本低廉。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的永久性封孔。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明裝置的應(yīng)用狀態(tài)示意圖【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0016]如圖1所示,本發(fā)明裝置包括抽采管1、第一端頭氣囊2、第二端頭氣囊3、出漿管
4、注漿管5和直通6。
[0017]抽采管I由第一抽采管7、第二抽采管8和第三抽采管9組成,第一端頭氣囊2套設(shè)在第一抽采管7上,且第一端頭氣囊2上具有一單向針閥10,內(nèi)部設(shè)有單向止回閥(圖中未示出)的出漿管4貫穿第一端頭氣囊2,出漿管4的外端通過(guò)一定壓自動(dòng)分離接頭11連通注漿管5。第二端頭氣囊3套設(shè)在第三抽采管9上,且第二端頭氣囊3上也具有一單向針閥10。第二抽采管8的兩端分別通過(guò)一直通6連通第一抽采管7和第三抽采管9的一端,而第三抽采管9另一端的端頭處設(shè)置有若干用于供瓦斯流入的篩孔12。直通6為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用部件,故不再詳述。
[0018]第一端頭氣囊2和第二端頭氣囊3均為由內(nèi)外兩層材料組成的環(huán)形密閉氣囊,內(nèi)層材料由氣密性良好的優(yōu)質(zhì)橡膠制成,外層材料為具有一定延展性的螺紋布套。第一端頭氣囊2和第二端頭氣囊3中預(yù)先加入膨脹藥劑,膨脹藥劑為由生石灰15?25重量份和鋁粉5?10重量份組成的膨脹組分和由檸檬酸0.3?0.45重量份、氯化鈣0.2?0.3重量份、碳酸氫鈉0.2?0.3重量份、聚丙烯酰胺0.1?0.15重量份組成的調(diào)控組分混合而成。
[0019]采用本發(fā)明裝置的封孔方法包括以下步驟:
[0020]I)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí),在煤體13中施工鉆孔,成孔提出鉆具后將鉆孔14內(nèi)的煤渣煤粉清理干凈;
[0021]2)將第一端頭氣囊2和第二端頭氣囊3分別套設(shè)在第一抽采管7和第三抽采管9上,并分別通過(guò)直通6連接到根據(jù)實(shí)際封孔參數(shù)(包括封孔深度和封孔長(zhǎng)度)選定長(zhǎng)度的第二抽采管8上,將第三抽采管9的末端用堵頭封住,以便本發(fā)明裝置放入鉆孔14及進(jìn)行抽采作業(yè)時(shí),煤渣等雜物無(wú)法通過(guò)抽采管進(jìn)入堵塞抽采系統(tǒng),瓦斯流只能通過(guò)篩孔12流入抽采管1,將一注漿管5與第一端頭氣囊2上預(yù)裝的出漿管4通過(guò)定壓自動(dòng)分離接頭11連通,通過(guò)單向針閥10分別向第一端頭氣囊2和第二端頭氣囊3中注入水200?300重量份,然后將本發(fā)明裝置送入鉆孔14中預(yù)定位置;
[0022]3)待第一端頭氣囊2和第二端頭氣囊3中膨脹藥劑為與水反應(yīng)促使氣囊膨脹達(dá)到一定壓力后(壓力情況根據(jù)第一端頭氣囊2和第二端頭氣囊3內(nèi)所加入膨脹藥劑的量可知),通過(guò)注漿管5、出漿管4將封孔注漿材料注入由第一端頭氣囊2外壁、鉆孔14孔壁、第二抽采管8外壁和第二端頭氣囊3外壁所形成的環(huán)形密閉空間內(nèi),待環(huán)形密閉空間內(nèi)達(dá)到預(yù)定壓力后(預(yù)定壓力為經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的封孔所需注漿壓力確定),注漿管5與出漿管4在定壓自動(dòng)分離接頭11處自動(dòng)分離,本發(fā)明裝置中抽采管1、第一端頭氣囊2、第二端頭氣囊
3、出漿管4和直通6均留在鉆孔14內(nèi)完成封孔,最后清洗注漿設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng),為下一次封孔做好準(zhǔn)備。
[0023]上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明,其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的,凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn),均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置,其特征在于:它包括抽采管、第一端頭氣囊、第二端頭氣囊、出漿管和注漿管; 所述抽采管由第一抽采管、第二抽采管和第三抽采管組成,所述第一端頭氣囊套設(shè)在所述第一抽采管上,且所述第一端頭氣囊上具有一單向針閥,內(nèi)部設(shè)有單向止回閥的所述出漿管貫穿所述第一端頭氣囊,且所述出漿管的外端連通所述注漿管,所述第二端頭氣囊套設(shè)在所述第三抽采管上,且所述第二端頭氣囊上具有一單向針閥,所述第二抽采管的兩端分別連接所述第一抽采管和所述第三抽采管的一端,而所述第三抽采管另一端的端頭處設(shè)置有若干用于供瓦斯流入的篩孔; 所述第一端頭氣囊和所述第二端頭氣囊內(nèi)預(yù)裝有膨脹藥劑,所述膨脹藥劑包括由生石灰15~25重量份和招粉5~10重量份組成的膨脹組分和由檸檬酸0.3~0.45重量份、氯化鈣0.2~0.3重量份、碳酸氫鈉0.2~0.3重量份、聚丙烯酰胺0.1~0.15重量份組成的調(diào)控組分混合而成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置,其特征在于:所述出漿管貫穿所述第一端頭氣囊的外端通過(guò)一定壓自動(dòng)分離接頭連通所述注漿管。
3.如權(quán)利要求1所述的一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置,其特征在于:所述第二抽采管的兩端分別通過(guò)一直通連接所述第一抽采管和所述第三抽采管的一端。
4.如權(quán)利要求 2所述的一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置,其特征在于:所述第二抽采管的兩端分別通過(guò)一直通連接所述第一抽采管和所述第三抽采管的一端。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置,其特征在于:所述第一端頭氣囊和所述第二端頭氣囊均為由內(nèi)外兩層材料組成的環(huán)形密閉氣囊,內(nèi)層材料為橡膠,外層材料為螺紋布套。
6.一種采用如權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述的瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置的封孔方法,其包括以下步驟: 1)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí),在煤體中施工鉆孔,成孔提出鉆具后將鉆孔內(nèi)的煤渣煤粉清理干凈; 2)將預(yù)裝有膨脹藥劑的第一端頭氣囊和第二端頭氣囊分別套設(shè)在第一抽采管和第三抽采管上,并分別通過(guò)一直通連接到第二抽采管上,將第三抽采管的末端用堵頭封住,將一注漿管與第一端頭氣囊上預(yù)裝的出漿管通過(guò)一定壓自動(dòng)分離接頭連通,通過(guò)單向針閥分別向第一端頭氣囊和第二端頭氣囊中注入水,然后將瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔裝置送入鉆孔中預(yù)定位置; 3)待第一端頭氣囊和第二端頭氣囊中膨脹藥劑與水反應(yīng)促使氣囊膨脹達(dá)到預(yù)定壓力后,通過(guò)注漿管和出漿管將封孔注漿材料注入由第一端頭氣囊外壁、鉆孔孔壁、第二抽采外壁和第二端頭氣囊外壁所形成的環(huán)形密閉空間內(nèi),注漿壓力待達(dá)到預(yù)定壓力后,注漿管與出漿管在定壓自動(dòng)分離接頭處自動(dòng)分離,抽采管、第一端頭氣囊、第二端頭氣囊、出漿管和直通均留在鉆孔內(nèi)完成鉆孔封孔。
7.如權(quán)利要求6所述的一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔方法,其特征在于:所述步驟2)中,第一端頭氣囊和第二端頭氣囊內(nèi)預(yù)裝的膨脹藥劑包括由生石灰15~25重量份和鋁粉5~10重量份組成的膨脹組分和由檸檬酸0.3~0.45重量份、氯化鈣0.2~0.3重量份、碳酸氫鈉0.2~0.3重量份、聚丙烯酰胺0.1~0.15重量份組成的調(diào)控組分。
8.如權(quán)利要求6所述的一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔方法,其特征在于:所述步驟2)中,向第一端頭氣囊和第二端頭氣囊中分別注入水200~300重量份。
9.如權(quán)利要求7所述的一種瓦斯抽采鉆孔氣囊封堵帶壓注漿封孔方法,其特征在于:所述步驟2)中,向第一端 頭氣囊和第二端頭氣囊中分別注入水200~300重量份。
【文檔編號(hào)】E21B33/13GK103590782SQ201310625390
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】陳學(xué)習(xí), 常忠乾, 龔瓏 申請(qǐng)人:華北科技學(xué)院