CN102071898A - 自成形挡板及其反应型泡沫封孔密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自成形挡板及其反应型泡沫封孔密封装置；包括封孔挡板，所述封孔挡板为设置可沿径向膨胀的弹性膨胀囊形成自成形挡板，本发明利用在挡板内部的反应型泡沫的发泡、膨胀与固化，能够自行适应煤层内壁的不规则表面，在瓦斯抽放管和煤层钻孔之间形成良好的密封区域；利用这种自成形挡板，在瓦斯抽放孔内任意位置设置至少两个自成形挡板，这样，煤层钻孔内部、瓦斯抽放管外壁和自成形挡板之间就可形成密封空间；在该密封空间内进行反应型泡沫灌注，有利于反应型泡沫产生受限发泡，从而提高泡沫质量，进而提高封孔质量。

Description

自成形挡板及其反应型泡沫封孔密封装置

技术领域

 本发明涉及一种矿用瓦斯抽采附属装置，尤其涉及一种瓦斯抽采防泄漏封孔施工系统。

背景技术

煤层气是煤矿在开采过程中为防止瓦斯爆炸和突出，保证煤矿安全生产而抽排出的初级副产品；其主要成分为甲烷，从其成分含量上可以看出，煤层气是较为重要的能源和化工原料，同时，对于煤矿生产的安全性具有重要影响。因而，煤层气的抽采与利用对于煤矿安全、能源安全和环境安全的重要性已远超其本身的经济价值。实践中，通过抽采管伸入并对瓦斯进行真空吸采，抽采管外表面与抽采孔之间需要进行封孔，且封孔问题是影响安全性、动力消耗和抽采出的瓦斯质量关键的问题之一。一旦密封不严，会造成抽采前端负压不足，降低抽采效率，浪费抽采能源；还会导致抽采气体中甲烷浓度降低，增加后处理成本，并且加大气体输送和后处理过程的安全隐患。

实践中，普遍采用反应型泡沫封孔法，利用反应型A组分和反应型B组分（比如聚孚AB型封孔材料）混合发泡并固化且混合发泡固化具有一定的时间差的原理进行封孔。由于泡沫有固化速度快（一般为2~5分钟）、膨胀倍率高，与煤壁粘附力强、强度与韧性相对较高等优点，在瓦斯抽采领域得到了较为广泛的推广应用。

现有技术中，反应型泡沫封孔法一般采用手工搅拌混合反应型AB组分，搅拌后利用棉布进行吸附并包裹在瓦斯抽采管道上，随瓦斯抽采管道一并插入抽采孔。这种封孔方法有以下四个重要缺点：（1）对于粘度较大的B组分而言，人工搅拌的分散与混合效果太差，这不仅会造成原材料浪费，还直接影响后续发泡与固化效果；（2）由于从AB组分开始混合到发泡的间隔时间仅几十秒（通常小于30秒），因而通常在瓦斯抽采管在抽采孔内推进过程中反应型已经开发发泡，此时棉布与煤壁之间的摩擦会使得发泡初期的泡孔大量破裂和并孔，这将大幅度降低反应型泡沫密封效果；（3）由于AB组分开始发泡后粘度迅速上升，因此，手工封孔的封孔深度往往较低（随工人熟练程度而异，通常低于3米），这不利于避开煤层裂隙带；（4）手工封孔过程反应型属于自由发泡，泡孔强度较差，容易随着时间延长产生收缩，从而失去密封能力。

为解决以上问题，出现一种手摇式封孔装置，即通过类似于千斤顶的手摇增压装置，将反应型泡沫的AB两组分挤入“Y”字形汇流管，汇流后通过一根塑料管灌入抽采管和瓦斯抽采孔道壁之间。虽然在一定程度上解决了手工反应型泡沫封孔的问题，但其仍然存在密封空间不确定，没有有效的封孔器，无法避开煤层微裂隙，会导致封孔材料在抽采管和瓦斯抽采通道之间分布不均，从而发泡固化后不均匀，密封效果差，甚至堵塞瓦斯抽采管。由此可见，只要具有两种组分混合反应发泡、膨胀和固化特性的物质，存在同样的应用局限性，特别是将其注入有限空间进行应用，上述问题尤为明显。

因此，需要一种用于瓦斯抽采过程中封孔的密封装置，能够根据需要控制封孔深度，有效约束反应型泡沫的AB两组分发泡固化的范围，适应瓦斯抽采孔道内壁形状，达到较好的封闭效果，防止封孔材料外泄，节约材料的同时为定量封孔提供依据；使用时能够保证封孔深度大于煤层裂隙带宽度，从而使得空气不易从煤层微裂隙中渗入，保证瓦斯抽采工作的顺利进行，节约抽采能耗，保证产品质量；提高施工效率，降低施工成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自成形挡板及其反应型泡沫封孔密封装置，使用时能够适应瓦斯抽采孔道内壁形状，达到较好的封闭效果，防止封孔材料外泄，节约材料的同时为定量封孔提供依据；其密封装置能够根据需要控制封孔深度和长度，有效约束反应型泡沫的AB两组分发泡固化的范围，使用时能够保证封孔深度大于煤层裂隙带宽度，从而使得空气不易从煤层微裂隙中渗入，保证瓦斯抽采工作的顺利进行，保证产品质量，提高施工效率，节约抽采能耗，降低施工成本。

本发明的一种自成形挡板，包括封孔挡板，所述封孔挡板设置可沿径向膨胀的弹性膨胀囊形成自成形挡板。

进一步，所述弹性膨胀囊为环形结构并套于封孔挡板，所述弹性膨胀囊内部空间为反应型泡沫混合物的容腔，所述弹性膨胀囊上设置用于注入反应型泡沫混合物的注入口；

进一步，所述弹性膨胀囊为套筒结构并套于封孔挡板，套筒结构内壁与封孔挡板之间共同围成反应型泡沫混合物的容腔，所述封孔挡板或弹性膨胀囊上设置用于注入反应型泡沫混合物的注入口；

进一步，所述封孔挡板的纵向截面为工字型，弹性膨胀囊嵌入工字型两翼板形成的环形槽内；

进一步，所述封孔挡板的纵向截面为工字型，弹性膨胀囊由弹性体套在工字型两翼板之间的环形凹槽上形成。

本发明还公开了一种利用自成形挡板组成的反应型泡沫封孔密封装置，包括灌注管和至少两个封孔挡板，瓦斯抽采管穿过封孔挡板板面与其固定连接，位于两端的封孔挡板之间形成反应型泡沫混合物的发泡空间；所述灌注管入料口连通于注入装置喷嘴，密封段与灌注管出料口相连通；至少一个封孔挡板为自成形挡板。

进一步，位于最内侧的封孔挡板距瓦斯抽放钻孔孔口的距离大于8米；

进一步，所述灌注管入料口设置用于连通注入装置的快装接头；

进一步，所述封孔挡板的相对距离可调。

本发明的有益效果在于：本发明的自成形挡板及其反应型泡沫封孔密封装置，采用在封孔挡板设置可膨胀的弹性膨胀囊形成自成形挡板结构，使用时预先将弹性膨胀囊注入挡板专用A组分和挡板专用B组分混合物，立即放入瓦斯抽采孔，弹性膨胀囊内的混合物发泡胀大，填满圆形密封挡板和瓦斯抽采孔道内壁之间的间隙，不但能够根据需要控制封孔深度，有效约束反应型泡沫的AB两组分发泡固化的范围，还能适应瓦斯抽采孔道内壁形状，达到较好的封闭效果，防止封孔材料外泄，节约材料的同时为定量封孔提供依据；其密封装置利用抽放管和抽采孔道内壁共同形成相对封闭的密封段，保证封孔深度大于煤层裂隙带宽度，从而使得空气不易从煤层微裂隙中渗入，保证瓦斯抽采工作的顺利进行，从而保证产品质量，提高施工效率，节约抽采能耗，降低施工成本；本发明在使用时仅封闭钻孔深处的一小段，舍去了低抽采质量的浅层密闭，从而最大程度的节约了材料，降低了封孔成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明密封装置结构示意图；

图3为本发明密封装置使用状态结构示意图；

图4为本发明弹性膨胀囊的另一种结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图，如图所示：本实施例的自成形挡板，包括封孔挡板3，所述封孔挡板3设置可沿径向膨胀的弹性膨胀囊2形成自成形挡板，所述弹性膨胀囊2设置用于注入反应型泡沫混合物的注入口21，当然，也可不设置注入口，而采用将反应型泡沫的两种物质以相互隔离的方式预先存贮在弹性膨胀囊中，使用时通过外力破坏两者之间的隔离让其混合达到反应膨胀的目的；实践中，弹性膨胀囊可采用橡胶材料或者其它弹性材料，均能达到发明目的。

本实施例中，所述弹性膨胀囊2为环形结构并套于封孔挡板3；结构简单紧凑，在弹性膨胀囊2内注入反应型泡沫A组分和B组分的混合物，随即将密封装置随瓦斯抽采管4送入瓦斯抽采钻孔，弹性膨胀囊2内注入的反应型泡沫A组分和B组分的混合物发泡，使弹性膨胀囊膨胀，并适应瓦斯抽采钻孔5壁上的凹凸不平结构，发泡成紧贴煤壁的（不）规则结构，达到较好的封闭效果，从而使封孔工作顺利进行。同时，所述弹性膨胀囊2也可为套筒结构并套于封孔挡板3，套筒结构内壁与封孔挡板3之间共同围成反应型泡沫混合物的容腔（如图4所示），向上述容腔内注入反应型泡沫混合物使弹性膨胀囊膨胀，同样可以实现本发明的目的，采用本结构的弹性膨胀囊时，既可将注入口21设置在弹性膨胀囊上，也可将其设置在封孔挡板3上，均可以实现本发明的目的。

本实施例中，所述封孔挡板3的沿径向截面为工字型，弹性膨胀囊2嵌入工字型两翼板形成的环形槽内；弹性膨胀囊2膨胀后可以塞满圆形封孔挡板3与瓦斯抽采钻孔5壁之间的径向间隙，同时，工字型封孔挡板固定在瓦斯抽采管4上，环形槽利于限定弹性膨胀囊2的轴向位移，防止进入瓦斯抽采钻孔5时脱落，保证封闭效果，提高装置使用时的稳定性，保证封闭效果；工字型结构的圆形封孔挡板也可以为分体式，可以由两个圆形封孔挡板与二者之间的瓦斯抽采管段共同构成，弹性膨胀囊2套在两个圆形封孔挡板之间的瓦斯抽采管段上，同样能够达到发明目的。

当然，弹性膨胀囊2由弹性体套在工字型两翼板之间的环形凹槽上形成，即也可以是在工字型两翼板形成的环形槽上密封覆盖一层弹性膜层，形成弹性膨胀囊结构，同样达到发明目的。

图2为本发明密封装置结构示意图，图3为本发明密封装置使用状态结构示意图，如图所示：本实施例的利用自成形挡板组成的反应型泡沫封孔密封装置，包括灌注管1和两个封孔挡板3，当然，采用三个或三个以上的封孔挡板3同样可以实现本发明的目的，瓦斯抽采管4穿过封孔挡板3板面与其固定连接，位于两端的封孔挡板3之间形成反应型泡沫混合物的发泡空间，向该发泡空间内注入反应型泡沫混合物时，混合物膨胀并逐渐固化，同时，通过两端或煤层岩土排出发泡空间内的空气；所述灌注管1入料口连通于注入装置喷嘴，密封段与灌注管出料口相连通；多个封孔挡板中，至少一个封孔挡板为自成形挡板，其他封孔挡板也可采用普通挡板。

本实施例中，位于最内侧的封孔挡板距瓦斯抽放钻孔出口的距离大于8米；保证封孔深度足够深，可避开煤层裂隙带，实现高质量封孔；本实施例中，所述封孔挡板为两个，且两个封孔挡板3之间的距离可根据封孔长度需要任意调节，可采用现有技术的调节结构，比如可拆卸是连接等；方便调整密封段距离，具有较好的适应性。相比于由浅至深的全程密闭，本发明仅封闭钻孔深处的一小段，舍去了低质量的浅层密闭，从而最大程度的节约了材料，降低了封孔成本。

本实施例中，所述灌注管1入料口设置用于连通注入装置的快装接头；采用现有技术中的高压快装接头结构；节约装配时间，提高抽采施工效率。

本发明在使用时，首先将弹性膨胀囊2内注入反应型泡沫A组分和反应型泡沫B组分混合物，利用弹性膨胀囊2的约束作用，减缓发泡膨胀时间，将密封装置伸入瓦斯抽采孔道，弹性膨胀囊2在反应型泡沫A组分和反应型泡沫B组分混合物发泡膨胀作用下塞入封孔挡板3和瓦斯抽采孔道壁之间的间隙，达到较好的密封效果；然后通过注料管将封孔材料输入密封段，由于没有泄漏，则对于定量使用封孔材料提供依据，节约材料，从而节约成本；反应型泡沫A组分和反应型泡沫B组分可以是任意两种混合后能够发生反应并发泡膨胀固化的物质，比如聚孚AB型封孔材料等，当然，包括混合后能够反应、发泡、膨胀和固化的任意两种物质；本实施例采用聚孚AB型封孔材料。

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。

Claims (9)

1.一种自成形挡板，其特征在于：包括封孔挡板，所述封孔挡板设置可沿径向膨胀的弹性膨胀囊形成自成形挡板。

2.根据权利要求1所述的自成形挡板，其特征在于：所述弹性膨胀囊为环形结构并套于封孔挡板，所述弹性膨胀囊内部空间为反应型泡沫混合物的容腔，所述弹性膨胀囊上设置用于注入反应型泡沫混合物的注入口。

3.根据权利要求1所述的自成形挡板，其特征在于：所述弹性膨胀囊为套筒结构并套于封孔挡板，套筒结构内壁与封孔挡板之间共同围成反应型泡沫混合物的容腔，所述封孔挡板或弹性膨胀囊上设置用于注入反应型泡沫混合物的注入口。

4.根据权利要求2或3所述的自成形挡板，其特征在于：所述封孔挡板的沿轴向截面为工字型，弹性膨胀囊嵌入工字型两翼板形成的环形槽内。

5.根据权利要求4所述的自成形挡板，其特征在于：所述封孔挡板的沿轴向截面为工字型，弹性膨胀囊由弹性体套在工字型两翼板之间的环形凹槽上形成。

6.一种利用权利要求1至5任一权利要求所述的自成形挡板组成的反应型泡沫封孔密封装置，其特征在于：包括灌注管和至少两个封孔挡板，瓦斯抽采管穿过封孔挡板板面与其固定连接，位于两端的封孔挡板之间形成反应型泡沫混合物的发泡空间；所述灌注管入料口连通于注入装置喷嘴，密封段与灌注管出料口相连通；至少一个封孔挡板为自成形挡板。

7.根据权利要求6所述的反应型泡沫封孔密封装置，其特征在于：位于最内侧的封孔挡板距瓦斯抽放钻孔孔口的距离大于8米。

8.根据权利要求7所述的反应型泡沫封孔密封装置，其特征在于：所述灌注管入料口设置用于连通注入装置的快装接头。

9.根据权利要求6所述的反应型泡沫封孔密封装置，其特征在于：所述封孔挡板的相对距离可调。

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