CN104295263A - 一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，包括联接件、主抽管、副抽管、后囊袋、前囊袋、注浆管、返浆管和爆破阀，主抽管的一端与联接件连接，主抽管的另一端与副抽管连接，注浆管和返浆管与副抽管平行设置，副抽管、注浆管和返浆管的外围分别套设有前后分离的后囊袋和前囊袋，注浆管的一端设置在后囊袋内，注浆管的另一端与引流管连接，位于前囊袋内的注浆管的外壁上设有若干出浆孔，位于后囊袋与前囊袋之间区域的返浆管的外壁上设有回流孔，位于后囊袋与前囊袋之间区域的注浆管上串接有爆破阀。该套装置能适应不同角度下瓦斯抽排钻孔的封孔，能对孔壁形成径向支护力，重量轻，安装简单，封孔深度大，密封性能好，具有广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明用于高瓦斯煤矿中瓦斯抽采钻孔的封孔领域，尤其涉及一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器。
背景技术
我国90％以上煤矿采用井工开采，而高瓦斯矿井及瓦斯突出矿井占比达48％，瓦斯灾害问题异常突出。据统计，在我国煤矿七大主要事故(顶板、瓦斯、运输、透水、放炮、火灾及机电事故)中，瓦斯灾害事故占70％，成为制约高瓦斯矿井安全生产的头号因素。为保障高瓦斯煤层安全开采，井下煤矿生产现场普遍在工作面正常开采前，在工煤层中布置一定的抽采钻孔，安装抽采泵，通过负压抽采，直至将煤层中的瓦斯含量降低到安全值。瓦斯抽采效果与抽放钻孔布置、钻孔的封孔密闭性、煤层透气性、抽放装置的设计以及作业人员安装水平等因素密切相关，而大量现场调研发现：抽采钻孔封孔的密闭程度直接决定着瓦斯抽采率大小，成为影响瓦斯抽采效果最重要的因素之一。国内外瓦斯抽采钻孔封孔方式主要有水泥砂浆封孔、黄泥封孔、聚氨酯封孔及传统封孔器封孔等，然而，虽然水泥砂浆或黄泥封孔操作十分简单，但该方式存在两个突出问题：一是适用范围较小，主要针对于上行钻孔，而对于下行或水平钻孔则效果较差；二是水泥砂浆或黄泥凝固速度快，凝固体易出现裂隙，整体抗压强度低，封孔效果难以得到根本保障。聚氨酯材料封孔过程中，由于反应速度快，封孔深度较短，难以避开钻孔孔口附近形成的破碎区和裂隙发育区，另外，聚氨酯反应形成的凝固体强度低，且难以对裸露的钻孔孔壁形成一定支护结构，抽采过程中随孔壁出现裂隙或变形而导致封孔效果急剧下降，并直接影响瓦斯抽采率。传统囊袋式封孔器封孔是通过将浆液注入囊袋中，通过浆液凝结使得囊袋与钻孔孔壁固结在一起，其主要问题表现在：一是抽采管距钻孔孔底端易受煤屑堵塞而影响抽采效果；二是囊袋中充实的浆液反应不充分，与钻孔壁难以形成面接触，同时不易形成支护结构体；三是囊袋长度较短，难以保障钻孔孔壁塌孔后的封孔性能；四是装置中无回流管，对于注浆凝固是否完成不易判定。因此，亟需研究一套从根本上保障瓦斯抽放钻孔封孔效果的钻孔封孔器，从技术上提高钻孔瓦斯抽采率。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，能适应不同角度下瓦斯抽排钻孔的封孔，能对钻孔的孔壁形成强径向支护力，装置重量轻，安装方法简单，封孔深度大，密封性能好，具有广泛的适用性。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，包括联接件、主抽管、副抽管、后囊袋、前囊袋、注浆管、返浆管和爆破阀，所述主抽管的一端与联接件连接，所述主抽管的另一端与副抽管连接，所述注浆管和返浆管与所述副抽管平行设置，所述副抽管、注浆管和返浆管的外围分别套设有前后分离的后囊袋和前囊袋，其中，所述注浆管的一端设置在后囊袋内，所述注浆管的另一端与引流管连接，位于前囊袋内的注浆管的外壁上设有若干出浆孔，位于后囊袋与前囊袋之间区域的返浆管的外壁上设有回流孔，位于后囊袋与前囊袋之间区域的注浆管上串接有爆破阀。
更进一步的，所述后囊袋和前囊袋通过多孔管密封固定设置在副抽管、注浆管和返浆管的外围，且所述注浆管的一端穿过多孔管设置在后囊袋内，所述返浆管一端穿过多孔管的返浆孔与后囊袋连通。
更进一步的，所述联接件呈锥形状，所述联接件表面分布椭圆形孔。
更进一步的，所述主抽管长度为3-10m，外径和内径分别为50mm和48mm，主抽管的管壁四周分布圆形孔。
更进一步的，所述副抽管长度为5-20m，外径和内径分别为50mm和48mm。
更进一步的，所述前囊袋和后囊袋材质为橡胶，前囊袋和后囊袋长度均为1-3m，表面四周分布菱形孔。
更进一步的，所述注浆管材质为塑料或钢铁，长度为1-3m，其内径为12-15mm，外径为16-20mm。
更进一步的，所述注浆管上的出浆孔的孔径为5-10mm，出浆孔的数量为1-3个。
更进一步的，所述回流孔的孔径为6-10mm，与后囊袋距离为0.3-0.5m。
更进一步的，所述爆破阀的阀门自动打开压力为2MPa。
有益效果：1、本发明适用于高瓦斯煤矿中瓦斯抽排钻孔的闭实，该装置通过将浓度较大的浆液留在前囊袋和后囊袋中以及抽放管和钻孔壁之间空隙中，能够适用于不同角度下瓦斯抽放钻孔的封孔，并对钻孔孔壁形成强径向支护力，且注浆后形成的凝固体强度大，大幅拓展了封孔装置的应用范围。
2、本发明通过增加前囊袋和后囊袋之间的副抽管长度，可有效提高封孔深度，避免了因封孔范围设置于邻近孔口端的破碎区和裂隙发育区中而增加封孔难度问题。
3、本发明通过增加前囊袋和后囊袋长度，可有效解决因钻孔塌孔而导致密实性能降低进而提高整体封孔性能。
4、本发明圆锥形联接件的设计，避免了瓦斯抽采过程中遇煤屑堵塞问题。
5、本发明中的返流管中浆液持续回流出孔作为浆液凝固封堵是否完成判据，可大幅增强整套装置密封效果。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
附图2为A-A剖面结构示意图。
附图3为B-B剖面结构示意图。
附图4为本发明安装过程结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1、2和3所示，一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，包括联接件9、主抽管1、副抽管2、后囊袋4、前囊袋3、注浆管5、返浆管7和爆破阀8，所述主抽管1的一端与联接件9连接，所述主抽管1长度为3-10m，外径和内径分别为50mm和48mm，主抽管1的管壁四周分布圆形孔18，所述联接件9呈锥形状，所述联接件9表面分布椭圆形孔19，所述主抽管1的另一端与副抽管2连接，所述副抽管2长度为5-20m，外径和内径分别为50mm和48mm。所述注浆管5和返浆管7与所述副抽管2平行设置，所述副抽管2、注浆管5和返浆管7的外围分别套设有前后分离的后囊袋4和前囊袋3，所述后囊袋4和前囊袋3通过多孔管6固定设置在副抽管2、注浆管5和返浆管7的外围，所述前囊袋3和后囊袋4材质为橡胶，前囊袋3和后囊袋4长度均为1-3m，表面四周分布菱形孔20。其中，所述注浆管5的一端穿过多孔管6的注浆孔13设置在后囊袋4内，所述注浆管5的另一端与引流管24连接，所述注浆管5材质为塑料或钢铁，长度为1-3m，其内径为12-15mm，外径为16-20mm。位于前囊袋3内的注浆管5的外壁上设有若干出浆孔12，所述出浆孔12的孔径为5-10mm，出浆孔12的数量为1-3个。所述返浆管7一端穿过多孔管6的返浆孔15与后囊袋4连通，位于后囊袋4与前囊袋3之间区域的返浆管7的外壁上设有回流孔17，所述回流孔17的孔径为6-10mm，与后囊袋4距离为0.3-0.5m。位于后囊袋4与前囊袋3之间区域的注浆管5上串接有爆破阀8，所述爆破阀8的阀门自动打开压力为2MPa。
如附图4，本发明一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器工作时，首先利用钻机在指定位置开掘一定深度的钻孔11，采用扫孔器将钻孔内煤屑吹扫干净；将钻孔径向封孔器各构件安装完成后，利用钻机将钻孔径向封孔器一端推至孔底，另一端停留在孔口处；将引流管24一端与注浆管5相连，引流管24另一端与抽放泵19相连，在距离抽放泵19外侧端0.5m处的引流管24上设置泵压表20，连接管21一端设置于浆液槽22中，连接管21另一端与抽放泵19相连，将抽放泵19的泵压调至1MPa，连续注浆时间为5-10min后停止注浆，将注浆管5与引流管24断开，浆液进入注浆管5后，通过注浆管5中的出浆孔12进入前囊袋3，另一方面穿过爆破阀8进入后囊袋4中，由于前囊袋3和后囊袋4上有菱形孔20，浆液进入前囊袋3和后囊袋4后，稠度大的浆液留在前囊袋3和后囊袋4中，而稠度低的浆液通过菱形孔20从注浆管5回流出来，待稠度低的浆液从注浆孔13流出3-5min，将注浆管5与引流管24重新连接，调整注浆泵压力，使得泵表23值为3MPa，再次向注浆管5注浆，高压下的浆液将爆破阀8打开，使得浆液从爆破阀8流入沿着钻孔方向的前囊袋3和后囊袋4之间以及沿钻孔径向方向的副抽管2壁与钻孔11壁之间空隙中；待第二次向注浆管5中注入浆液5-10min，注入的浆液从回流孔17进入返浆管16后直至浆液充分流出钻孔11，此时停止注浆，断开注浆管5和引流管24连接，完成整个过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，其特征在于：包括联接件(9)、主抽管(1)、副抽管(2)、后囊袋(4)、前囊袋(3)、注浆管(5)、返浆管(7)和爆破阀(8)，所述主抽管(1)的一端与联接件(9)连接，所述主抽管(1)的另一端与副抽管(2)连接，所述注浆管(5)和返浆管(7)与所述副抽管(2)平行设置，所述副抽管(2)、注浆管(5)和返浆管(7)的外围分别套设有前后分离的后囊袋(4)和前囊袋(3)，其中，所述注浆管(5)的一端设置在后囊袋(4)内，所述注浆管(5)的另一端与引流管(24)连接，位于前囊袋(3)内的注浆管(5)的外壁上设有若干出浆孔(12)，位于后囊袋(4)与前囊袋(3)之间区域的返浆管(7)的外壁上设有回流孔(17)，位于后囊袋(4)与前囊袋(3)之间区域的注浆管(5)上串接有爆破阀(8)。
2.根据权利要求1所述一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，其特征在于：所述后囊袋(4)和前囊袋(3)通过多孔管(6)密封固定设置在副抽管(2)、注浆管(5)和返浆管(7)的外围，且所述注浆管(5)的一端穿过多孔管(6)设置在后囊袋(4)内，所述返浆管(7)一端穿过多孔管6的返浆孔15与后囊袋4连通。
3.根据权利要求1所述一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，其特征在于：所述联接件(9)呈锥形状，所述联接件(9)表面分布椭圆形孔(19)。
4.根据权利要求1所述一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，其特征在于：所述主抽管(1)长度为3-10m，外径和内径分别为50mm和48mm，主抽管(1)的管壁四周分布圆形孔(18)。
5.根据权利要求1所述一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，其特征在于：所述副抽管(2)长度为5-20m，外径和内径分别为50mm和48mm。
6.根据权利要求1所述一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，其特征在于：所述前囊袋(3)和后囊袋(4)材质为橡胶，前囊袋(3)和后囊袋(4)长度均为1-3m，表面四周分布菱形孔(20)。
7.根据权利要求1所述一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，其特征在于：所述注浆管(5)材质为塑料或钢铁，长度为1-3m，其内径为12-15mm，外径为16-20mm。
8.根据权利要求7所述一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，其特征在于：所述注浆管(5)上的出浆孔(12)的孔径为5-10mm，出浆孔(12)的数量为1-3个。
9.根据权利要求1所述一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，其特征在于：所述回流孔(17)的孔径为6-10mm，与后囊袋(4)距离为0.3-0.5m。
10.根据权利要求1所述一种用于煤层瓦斯抽排的钻孔径向封孔器，其特征在于：所述爆破阀(8)的阀门自动打开压力为2MPa。
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