CN103485747A - 一种自动补压钻孔密封装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动补压钻孔密封装置及方法，该装置包括瓦斯抽采管，瓦斯抽采管上间隔套装有两个用于装填封孔浆体的可膨胀耐压囊袋，两个囊袋及两个囊袋之间的空间分别通过注浆管与注浆装置连通，各注浆管上均安装有压力表，注浆控制装置通过采集压力表数据得到各注浆管中的浆体压力，并控制注浆装置分别向各注浆管注入封孔浆体；当钻孔受采动影响初次密封不能满足抽采要求时，注浆控制装置控制注浆装置分别向两个囊袋和其之间的空间注浆，进行二次或后续注浆补压封孔，增加抽采效果，解决现有注浆装置和方法不能及时密封钻孔变形后及钻孔周围裂隙再次发育的空间，使钻孔封堵工艺失效的问题，实用性强、操作简单。

Description

一种自动补压钻孔密封装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯治理技术及装备领域，涉及一种瓦斯抽采钻孔密封装置及方法，尤其涉及一种自动补压钻孔密封装置及方法。

背景技术

瓦斯抽采钻孔密封是瓦斯抽采等瓦斯治理手段的关键技术。国内外瓦斯抽采钻孔密封工艺上普遍采用“两堵一注”封孔工艺，封孔材料多采用聚氨酯、有机树脂和水泥砂浆等材料，随着封孔材料技术的发展，以无机高吸水性材料为主的注浆封孔材料已经问世，该材料在钻孔内不凝固，一直处于膏体状态技术，能够实现二次或后续的注浆补压，对封堵失效的钻孔再次进行注浆密封。但在钻孔受采动影响，钻孔及钻孔周围裂缝发生变化，现有的钻孔密封装置或方法不能及时密封钻孔变形后及钻孔周围裂隙再次发育的空间，使钻孔封堵工艺失效。因此，为了解决钻孔初次密封及受采动影响后的二次密封技术难题，急需寻求一种新的钻孔密封装置和方法，特别是能够对抽采钻孔进行二次和后续补压注浆封孔，以满足煤矿井下钻孔密封需要。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够实现自动二次或后续补压注浆封孔的自动补压钻孔密封装置及方法。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种自动补压钻孔密封装置，包括瓦斯抽采管，瓦斯抽采管上间隔套装有两个用于装填封孔浆体的可膨胀耐压囊袋，囊袋固定在靠近瓦斯抽采管两端的位置，两个囊袋分别通过注浆管与注浆装置连通，两个囊袋之间的空间也通过一根注浆管与注浆装置连通，所述各注浆管上均安装有压力表，注浆装置包括注浆控制装置，注浆控制装置通过采集压力表数据得到各注浆管中的浆体压力，并控制注浆装置分别向各注浆管注入封孔浆体。

所述注浆装置包括注浆操作台，与两个囊袋及两囊袋之间空间连通的注浆管安装控制阀后与注浆操作台连通，注浆操作台的注浆口与注浆泵连通，注浆泵与料箱连通，注浆控制装置通过控制控制阀和注浆泵分别给每个囊袋及两个囊袋之间的空间注入封孔浆体。

所述注浆控制装置包括微处理器，用于驱动控制阀和注浆泵工作的驱动电路和电源模块，微控制器用于采集电压表数据和发出用于控制控制阀及注浆泵工作的控制指令。

所述料箱上安装有报警装置，报警装置包括控制器，控制器连接有用于监测箱内浆体压力的压力传感器和报警的蜂鸣器。

所述瓦斯抽采管上安装有监控瓦斯流量的流量表和监控瓦斯密度的瓦斯检测仪。

所述囊袋两端均设有使其紧固在瓦斯抽采管上的压紧接头。

一种自动补压钻孔密封方法，其特征在于包括以下步骤：

a.将自动补压钻孔密封装置送入钻孔指定位置，注浆控制装置控制注浆装置先对靠近钻孔内部的囊袋注浆，当达到预定压力时，停止注浆，然后对另一囊袋注浆至预定压力，最后向两个囊袋之间空间进行注浆至预定压力，注浆结束后；使注浆装置与三根注浆管处于连通状态，然后将瓦斯抽采管与抽采管路连通进行瓦斯抽采，同时，注浆控制装置对各注浆管压力进行采集监测；

b.当两个囊袋或两个囊袋之间空间的浆体压力小于预定压力时，注浆控制装置采集各注浆管上压力表的数据进行判断，并控制注浆装置分别向需要补压的注浆管注入封孔浆体进行注浆补压，直至压力达到设定值时关闭注浆装置，注浆补压结束；

c.注浆补压结束后，注浆控制台回到压力监测状态，继续采集各注浆管压力并判断是否需要进行再次注浆补压，直至瓦斯抽采结束。

所述注浆装置包括注浆操作台，注浆管安装控制阀后与注浆操作台连通，注浆操作台的注浆口与注浆泵连通，注浆泵与料箱连通，注浆控制装置通过控制控制阀和注浆泵分别给每个囊袋及两个囊袋之间的空间注入封孔浆体。

所述料箱上安装有报警装置，报警装置包括控制器，控制器连接有用于监测箱内浆体压力的压力传感器和报警的蜂鸣器，通过压力传感器监测料箱中浆体的储量，当料箱缺少浆体时蜂鸣器发出报警声音，进行加料提示。

所述瓦斯抽采管上安装有监控瓦斯流量的流量表和监控瓦斯密度的瓦斯检测仪；所述流量表、瓦斯检测仪、压力表，压力传感器连接至矿用安全监测系统，对钻孔瓦斯抽采及钻孔密封状态进行在线监测

本发明在瓦斯抽采管上间隔套装有两个用于装填封孔浆体的可膨胀耐压囊袋，膨胀囊袋对浆体起到包囊作用，不渗漏且可满足较高膨胀压力，当注浆后膨胀满足后期高压注浆密封要求，为真正意义的带压封孔做好基础。当钻孔受采动影响后，初次密封不能满足抽采要求时，注浆控制装置控制注浆装置通过注浆管分别向两个囊袋和囊袋之间的空间注浆，进行二次或后续注浆补压封孔，增加抽采效果，解决现有注浆装置和方法不能及时密封钻孔变形后及钻孔周围裂隙再次发育的空间，使钻孔封堵工艺失效的问题，该装置和方法实用性强、操作简单、且可实现自动控制，减少人工成本，适用于煤矿井下瓦斯抽采钻孔的二次及后续补压注浆封孔作业。

进一步，可以将压力表，流量变化和瓦斯检测仪等与矿用安全监测系统连接，能够实现在线监测瓦斯浓度、流量及抽采钻孔密封状，其方法简单、易于操作控制，封孔效果好，在本技术领域具有广泛的实用性。

进一步，本发明料箱上安装有报警装置，通过压力传感器监测料箱中浆体的储量，当料箱缺少浆体时蜂鸣器发出报警声音，进行加料提示，更加人性化，无须专人监控。

附图说明

图1为本发明自动补压钻孔密封装置的结构示意图；

图2为本发明自动补压钻孔密封方法的流程示意图；

图3为本发明的料箱监控流程示意图；

图中：1-瓦斯抽采管，2-囊袋，4-流量表，5-瓦斯检测仪，11-压力表，6-压紧接头，7-注浆控制台，8-注浆管，12-控制阀，13-注浆口，20-接口，21-注浆管通口，23-注浆泵，24-料箱，25-蜂鸣器，26-压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种自动补压钻孔密封装置，包括瓦斯抽采管1，瓦斯抽采管1两端套有固定在瓦斯抽采管1上的可膨胀耐压的囊袋2，囊袋的外径为55-1000mm，具体尺寸根据现场而定，耐压为0-5MPa；瓦斯抽采管1后端还装有监测管内气体流量的流量表4和瓦斯浓度的瓦斯检测仪5。可膨胀耐压囊袋2两端均设有使其紧固在瓦斯抽采管1的压紧接头6，靠近瓦斯抽采管前端的囊袋2后部装有一连接注浆管8的接口20，靠近瓦斯抽采管后端的囊袋两端各设连接注浆管的接口20外，其内部还有两个供注浆管穿过囊袋的注浆管通口21，两个囊袋2中间也有一根后期对两囊袋中间空间注浆的注浆管，各注浆管8均与钻孔外的注浆控制台7连接，各注浆管8上均安装有压力表11，用于测试两囊袋中间注浆空间及囊袋2中浆体压力，各注浆管分别连接一个控制阀后与注浆控制台7连接，注浆控制台7上还有一控制阀12，以便初始时控制注浆空间，通过注浆台上的控制阀12可以分别控制为每个囊袋及其中间空间注浆，压力表11可分别监测两个囊袋2之间空间、及各囊袋2浆体压力，注浆控制台7通过注浆口13与注浆泵23连接，注浆泵23与料箱24连接，料箱24上安装有报警装置，报警装置包括控制器，控制器连接有监测箱内材料的压力传感器26和报警的蜂鸣器25。

注浆台7上安装有注浆控制装置，注浆控制装置包括微处理器，用于驱动控制器和注浆泵工作的驱动电路和电源模块，微控制器用于采集电压表11数据和发出用于控制控制阀12及注浆泵23工作的控制指令，微控制器通过采集压力表11的数据，得到各注浆管8中的浆体压力，通过控制注浆台上的控制阀12和注浆泵23分别给每个囊袋及两个囊袋之间的空间注入封孔浆体。

在初次注浆封孔时，可调节注浆控制台7上的控制阀12，对两个囊袋2或囊袋之间的空间注浆，初次注浆结束后，可完全打开控制台7上的控制阀12使注浆泵23与三根注浆管8相通；当后期需要对囊袋和其之间空间进行二次或后续补压注浆封孔时，可通过注浆控制台7上的注浆控制装置进行注浆，实现自动控制。

参考图2，本发明还提供了一种自动补压钻孔密封方法，包括以下步骤：

a.根据设计要求将自动补压钻孔密封装置送入钻孔指定位置，将各注浆管8依次安装上压力表11，控制阀12后连接至注浆控制台7，注浆控制台7上的注浆口13与注浆泵23连接，注浆泵23与料箱24连接，同时开启注浆管8上的压力表开始监测所对应浆体压力反馈给注浆控制装置，并将压力表流量表4、瓦斯监测仪5连接至矿用安全监测系统，对钻孔瓦斯抽采及钻孔密封状态进行在线监测；

b.注浆控制装置通过调节注浆控制台7上的控制阀12，先对靠近抽采管前端的囊袋2注浆，当达到预定压力时，停止注浆，通过调节控制阀12对另一囊袋2注浆至预定压力，最后向两囊袋2之间的空间进行注浆至预定压力，注浆结束后，将注浆台7上的控制阀12完全打开，使注浆泵23与三根注浆管8相通，此时便可连接抽采管路进行抽采；

c.当两个囊袋2或囊袋之间空间的浆体压力受采动影响为零时，注浆控制控制装置根据接收到的信号进行判断是否需要补压，并开启注浆泵23和相应控制阀进行注浆补压，直至补压空间压力达到设定值，然后关闭注浆泵23和相应控制阀；

d.当两个囊袋及注浆空间需要注浆补压时，注浆控制装置根据接收的压力信号先后次序分别进行补压；

e.注浆补压结束后，该装置对钻孔密封浆体压力继续进行监测，并根据各注浆管上的压力表监测信号并判断是否需要进行再次注浆补压，直至瓦斯抽采结束；

f.料箱24的压力传感器26监测料箱24中材料的多少，当料箱24缺少材料时，压力传感器26将缺料信息传递给矿用安全监测系统，同时给蜂鸣器25发出缺料信号，驱动蜂鸣器25发出蜂鸣声，在现场进行加料提示；

g.当瓦斯抽采结束后，回收装置，检修后重复利用。

如图3所示，当料箱24内注浆材料正常时，料箱下部的压力传感器26正常监测，注浆泵7开启后可进行注浆工作；当料箱24缺少注浆材料时，料箱（24下部的压力传感器26会将缺料信息传递给矿用安全监测系统进行提示，同时控制器给料箱24上部的蜂鸣器25发出信号，驱动蜂鸣器25发出蜂鸣声，在现场进行加料提示。

所述流量表4、瓦斯检测仪5、压力表，压力传感器连接至矿用安全监测系统，对钻孔瓦斯抽采及钻孔密封状态进行在线监测，不仅可以现场读取数据，进行在线监测，实现自动补压封孔和远程监控，系统更加智能化。

Claims (10)

1.一种自动补压钻孔密封装置，其特征在于：包括瓦斯抽采管（1），瓦斯抽采管（1）上间隔套装有两个用于装填封孔浆体的可膨胀耐压囊袋（2），囊袋（2）固定在靠近瓦斯抽采管（1）两端的位置，两个囊袋（2）分别通过注浆管（8）与注浆装置连通，两个囊袋（2）之间的空间也通过一根注浆管与注浆装置连通，所述各注浆管（8）上均安装有压力表（11），注浆装置包括注浆控制装置，注浆控制装置通过采集压力表（11）数据得到各注浆管（8）中的浆体压力，并控制注浆装置分别向各注浆管注入封孔浆体。

2.根据权利要求1所述的自动补压钻孔密封装置，其特征在于：所述注浆装置包括注浆操作台（7），与两个囊袋（2）及两囊袋（2）之间空间连通的注浆管（8）安装控制阀（12）后与注浆操作台（7）连通，注浆操作台（7）的注浆口（13）与注浆泵（23）连通，注浆泵与料箱（24）连通，注浆控制装置通过控制控制阀（12）和注浆泵（23）分别给每个囊袋及两个囊袋之间的空间注入封孔浆体。

3.根据权利要求1或2所述的自动补压钻孔密封装置，其特征在于：所述注浆控制装置包括微处理器，用于驱动控制阀和注浆泵工作的驱动电路和电源模块，微控制器用于采集电压表（11）数据和发出用于控制控制阀（12）及注浆泵（23）工作的控制指令。

4.根据权利要求2所述的自动补压钻孔密封装置，其特征在于：所述料箱（24）上安装有报警装置，报警装置包括控制器，控制器连接有用于监测箱内浆体压力的压力传感器（26）和报警的蜂鸣器（25）。

5.根据权利要求1或2所述的自动补压钻孔密封装置，其特征在于：所述瓦斯抽采管（1）上安装有监控瓦斯流量的流量表（4）和监控瓦斯密度的瓦斯检测仪（5）。

6.根据权利要求1或2所述的自动补压钻孔密封装置，其特征在于：所述囊袋（2）两端均设有使其紧固在瓦斯抽采管（1）上的压紧接头（6）。

7.一种基于权利要求1密封装置的自动补压钻孔密封方法，其特征在于包括以下步骤：

a.将自动补压钻孔密封装置送入钻孔指定位置，注浆控制装置控制注浆装置先对靠近钻孔内部的囊袋注浆，当达到预定压力时，停止注浆，然后对另一囊袋注浆至预定压力，最后向两个囊袋之间空间进行注浆至预定压力，注浆结束后；使注浆装置与三根注浆管处于连通状态，然后将瓦斯抽采管与抽采管路连通进行瓦斯抽采，同时，注浆控制装置对各注浆管压力进行采集监测；

b.当两个囊袋或两个囊袋之间空间的浆体压力小于预定压力时，注浆控制装置采集各注浆管（8）上压力表（11）的数据进行判断，并控制注浆装置分别向需要补压的注浆管注入封孔浆体进行注浆补压，直至压力达到设定值时关闭注浆装置，注浆补压结束；

c.注浆补压结束后，注浆控制台回到压力监测状态，继续采集各注浆管压力并判断是否需要进行再次注浆补压，直至瓦斯抽采结束。

8.根据权利要求7所述的自动补压钻孔密封方法，其特征在于：所述注浆装置包括注浆操作台（7），注浆管（8）安装控制阀（12）后与注浆操作台（7）连通，注浆操作台（7）的注浆口（13）与注浆泵（23）连通，注浆泵与料箱（24）连通，注浆控制装置通过控制控制阀（12）和注浆泵（23）分别给每个囊袋及两个囊袋之间的空间注入封孔浆体。

9.根据权利要求8所述的自动补压钻孔密封方法，其特征在于：所述料箱（24）上安装有报警装置，报警装置包括控制器，控制器连接有用于监测箱内浆体压力的压力传感器（26）和报警的蜂鸣器（25），通过压力传感器监测料箱中浆体的储量，当料箱缺少浆体时蜂鸣器（25）发出报警声音，进行加料提示。

10.根据权利要求8所述的自动补压钻孔密封方法，其特征在于：所述瓦斯抽采管（1）上安装有监控瓦斯流量的流量表（4）和监控瓦斯密度的瓦斯检测仪（5）；所述流量表（4）、瓦斯检测仪（5）、压力表、压力传感器连接至矿用安全监测系统，对钻孔瓦斯抽采及钻孔密封状态进行在线监测。

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