本發(fā)明涉及一種煤礦井下鉆孔用單膠囊封孔裝置及其封孔方法。

背景技術(shù)：

我國煤炭資源豐富，有強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)社會需求，也有長期巨大的開發(fā)潛力，但在開發(fā)過程中，由于特殊的工作形式與環(huán)境，諸如瓦斯、頂板、水、火、煤塵等災(zāi)害仍然需要我們?nèi)ッ鎸吞幚?。在井下開采和生產(chǎn)過程中，需要進(jìn)行鉆孔作業(yè)，在工作結(jié)束以后，需要對鉆孔進(jìn)行封孔。目前的封孔技術(shù)主要有固體材料封孔，包括黏土封孔、水泥砂漿封孔：黏土封孔有一定的限制性，采用的封孔操作環(huán)節(jié)間接限制了封孔長度較短，最終的封孔密閉性不理想導(dǎo)致了封孔測壓的效果不理想。水泥砂漿封孔技術(shù)也存在一定的缺點(diǎn)，水泥砂漿測壓所用的器材測壓過后不能再次回收用于下次測壓；封孔器封孔，包括膠圈-粘液、膠囊-粘液以及聚氨酯泡沫-粘液等幾種類型：膠圈粘液封孔器所采用的封孔原理簡化來說就是固體封閉液體，液體封閉氣體，雖然這種方法測壓效果較好，但是也是存在缺陷的，測壓時(shí)間一般是比較長的。傳統(tǒng)的膠囊-粘液封孔器在現(xiàn)場運(yùn)用中，大多采用泵體向膠囊內(nèi)注水或打氣的方式加壓，不僅增加人工成本，而且效率低下和操作復(fù)雜。聚氨酯泡沫-粘液封孔缺點(diǎn)之處在于聚氨酯這一材料的膨脹效果不易控制在合理的范圍之內(nèi)，因此需要多次封孔才能封孔完畢并達(dá)到較好的封孔效果，為測壓過程提供完備的測壓環(huán)境。本發(fā)明的一種煤礦井下鉆孔用單膠囊封孔裝置及其封孔方法，創(chuàng)新性的采用在密閉膠囊里加入化學(xué)反應(yīng)物，化學(xué)反應(yīng)物可以隨時(shí)在人為操控下開始反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體使膠囊膨脹，壓力的大小可以通過加入化學(xué)反應(yīng)物的多少來控制，不需要額外的用泵體往膠囊注水，從而達(dá)到方便、快捷、高效的封孔的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種煤礦井下鉆孔用單膠囊封孔裝置及其封孔方法，能夠單次有效的完成封孔。

技術(shù)方案：一種煤礦井下鉆孔用單膠囊封孔裝置，包括由彈性材料制備的囊體，囊體中設(shè)有將囊體內(nèi)部空間分隔成兩個(gè)單獨(dú)腔室的隔膜，兩個(gè)單獨(dú)腔室分別預(yù)填充化學(xué)反應(yīng)物A和B，化學(xué)反應(yīng)物A和B接觸反應(yīng)時(shí)能夠釋放氣體；所述囊體兩端分別設(shè)有相對平行的限位板，兩塊限位板之間通過位于四個(gè)角的剛性連桿固定連接，在其中一塊限位板中央設(shè)有螺孔，觸發(fā)桿的前端穿過所述螺孔并伸入到囊體的一個(gè)單獨(dú)腔室內(nèi)，觸發(fā)桿后端預(yù)留在限位板的外部，觸發(fā)桿上設(shè)有與所述螺孔匹配的螺紋，所述觸發(fā)桿與囊體接觸位置密封連接。

進(jìn)一步的，所述囊體與觸發(fā)桿連接處設(shè)有一個(gè)螺母，所述觸發(fā)桿與所述螺母螺旋連接并保持密封，所述囊體以所述螺母為中心設(shè)有一圈固定環(huán)，所述囊體的另一側(cè)正對所述固定環(huán)同樣設(shè)有一圈固定環(huán)，囊體分別通過兩側(cè)的固定環(huán)與限位板固定連接。

進(jìn)一步的，所述隔膜為塑料薄板，化學(xué)反應(yīng)物A和B分別為硫酸鋁水溶液和碳酸氫鈉溶液。

進(jìn)一步的，所述限位板為玻璃纖維增強(qiáng)塑料板。

一種煤礦井下鉆孔用單膠囊封孔裝置的封孔方法，包括如下步驟：

步驟1：使用鉆頭按照設(shè)計(jì)好的測壓方案，從巖層向煤層進(jìn)行鉆孔操作，鉆孔垂直于煤層，鉆孔直徑小于80mm；

步驟2：在鉆孔抵達(dá)煤層之后，將鉆桿撤出鉆孔，并接著用壓風(fēng)設(shè)施或者清水對鉆孔進(jìn)行清洗操作；

步驟3：將單個(gè)所述膠囊封孔裝置送入鉆孔中；

步驟4：轉(zhuǎn)動所述膠囊封孔裝置上的觸發(fā)桿，觸發(fā)桿戳破囊體中的隔膜，化學(xué)反應(yīng)物A和B接觸反應(yīng)后釋放氣體，使囊體向外膨脹來對巖石壁產(chǎn)生擠壓作用，完成封孔過程。

有益效果：現(xiàn)有的煤礦井下鉆孔膠囊封孔技術(shù)，大多采用泵體向膠囊內(nèi)注水或打氣的方式加壓，不僅效率低下且操作復(fù)雜。本發(fā)明的一種煤礦井下鉆孔用單膠囊封孔裝置及其封孔方法，創(chuàng)新性的采用在密閉膠囊里加入化學(xué)反應(yīng)物，化學(xué)反應(yīng)物可以隨時(shí)在人為操控下開始反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體使膠囊膨脹，從而達(dá)到方便、快捷、高效的封孔的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明單膠囊封孔裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1所示，一種煤礦井下鉆孔用單膠囊封孔裝置，包括由彈性材料制備的囊體2，囊體2中設(shè)有將囊體內(nèi)部空間分隔成兩個(gè)單獨(dú)腔室的隔膜4，兩個(gè)單獨(dú)腔室分別預(yù)填充化學(xué)反應(yīng)物A和B，化學(xué)反應(yīng)物A和B分別為硫酸鋁水溶液和碳酸氫鈉溶液。囊體2兩端分別設(shè)有相對平行的限位板1，限位板1為玻璃纖維增強(qiáng)塑料板，兩塊限位板1之間通過位于四個(gè)角的剛性連桿5固定連接，在其中一塊限位板1中央設(shè)有螺孔，觸發(fā)桿3的前端穿過螺孔并伸入到囊體2的一個(gè)單獨(dú)腔室內(nèi)，觸發(fā)桿3后端預(yù)留在限位板1的外部，觸發(fā)桿3伸入囊體的方向正對隔膜4，觸發(fā)桿3上設(shè)有與螺孔匹配的螺紋，觸發(fā)桿3與囊體2接觸位置密封連接。

囊體2與觸發(fā)桿3連接處設(shè)有一個(gè)螺母，觸發(fā)桿3與螺母螺旋連接并保持密封，囊體2以螺母為中心設(shè)有一圈固定環(huán)，囊體2的另一側(cè)正對固定環(huán)同樣設(shè)有一圈固定環(huán)，囊體2分別通過兩側(cè)的固定環(huán)與限位板1固定連接。

在初始時(shí)，化學(xué)反應(yīng)物A和B被隔膜4分開并位于單獨(dú)的腔室內(nèi)，在需要封孔時(shí)，旋動觸發(fā)桿來使其前端向前戳破隔膜，使化學(xué)反應(yīng)物A、B接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)物A、B在接觸后能迅速產(chǎn)生大量氣體并使膠囊膨脹；囊體的材質(zhì)為可伸縮的彈性材料，彈性和強(qiáng)度較好，囊體膨脹時(shí)由于兩端限位板的作用，使囊體膨脹時(shí)只能向徑向膨脹，不能向兩端膨脹，膨脹產(chǎn)生的體積能夠把鉆孔空間占滿，從而擠壓巖壁，起到嚴(yán)密封閉鉆孔的作用，完成封孔。

在上述過程中，囊體2與觸發(fā)桿3應(yīng)具有很好的密封性能，本方案中，在囊體2與觸發(fā)桿3連接處設(shè)有一個(gè)螺母，螺母外側(cè)與囊體密封連接，觸發(fā)桿3與螺母螺旋連接，以此達(dá)到良好的密封效果。在化學(xué)反應(yīng)物A和B進(jìn)行反應(yīng)并釋放氣體時(shí)，為了達(dá)到其囊體只能向徑向膨脹，本方案進(jìn)一步的將囊體的端部通過固定環(huán)與限位板連接，僅通過環(huán)狀的固定環(huán)而非將囊體端部整體與限位板連接，能夠在達(dá)到對膨脹固定的同時(shí)最大限度是利用囊體可伸縮彈性材料的變形限度，以此達(dá)到良好的封閉鉆孔效果。

煤礦井下鉆孔用單膠囊封孔裝置的封孔方法，包括如下步驟：

步驟1：使用鉆頭按照設(shè)計(jì)好的測壓方案，從巖層向煤層進(jìn)行鉆孔操作，鉆孔垂直于煤層，鉆孔直徑小于80mm；

步驟2：在鉆孔抵達(dá)煤層之后，將鉆桿撤出鉆孔，并接著用壓風(fēng)設(shè)施或者清水對鉆孔進(jìn)行清洗操作；

步驟3：將單個(gè)所述膠囊封孔裝置送入鉆孔中；

步驟4：轉(zhuǎn)動所述膠囊封孔裝置上的觸發(fā)桿，觸發(fā)桿戳破囊體中的隔膜，化學(xué)反應(yīng)物A和B接觸反應(yīng)后釋放氣體，使囊體向外膨脹來對巖石壁產(chǎn)生擠壓作用，完成封孔過程?；瘜W(xué)反應(yīng)物A和B分別為硫酸鋁水溶液和碳酸氫鈉溶液時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)式為：

Al₂(SO₄)₃+6NaHCO₃＝3Na₂SO₄+2Al(OH)₃+6CO₂

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。