CN106677740B - 一种煤矿井下一段式水密封装置及其密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿井下一段式水密封装置及其密封方法，该装置设于抽采钻孔内，包括抽采管、注水管、两个膨胀管，两个膨胀管之间设有容纳水溶凝胶的膨胀囊体。利用该装置密封时，随着压力的上升，膨胀管先充盈膨胀，然后膨胀囊体破裂使水和溶胶对钻孔内裂隙进行密封。本发明的装置利用流体充盈膨胀管实现对煤矿井钻孔裂隙的上下游进行密闭，密闭后水和水溶凝胶混合形成溶胶，有效填充密闭空间。溶胶具有较好的保湿性和密封性，解决了现有的固体封孔材料在抽采一段时间后由于钻孔变形而导致密封效果变差的缺陷，可以长期保持优良的密封性能。

Description

一种煤矿井下一段式水密封装置及其密封方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采装置及其方法，具体地说涉及一种煤矿井下一段式水密封装置及其密封方法。

背景技术

瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的根本措施和主要途径，而抽采钻孔的封孔效果对抽采效果有着很大的影响，主要表现为钻孔密封效果差，钻孔漏气现象严重，瓦斯抽采浓度很低。这进而导致很多矿区的瓦斯抽采浓度达不到可以利用的浓度，瓦斯利用率低下，大量的瓦斯被排放到空气中，不仅造成瓦斯资源的巨大浪费，也对大气造成了污染。

目前最常用的封孔方法是通过聚氨酯封堵钻孔内抽采管两端，然后在中间注入水泥砂浆来实现封孔。这个方法存在很大的问题，由于井下工作环境很差，水泥砂浆材料的配比及搅拌受到的影响因素很多，很难严格按照配比要求进行操作，并且封孔工艺也比较繁琐。由于随着煤层瓦斯的抽采，钻孔会发生变形，而水泥砂浆和聚氨酯材料硬化固结后，形状难以随着钻孔孔形的变化而变化，最终密封效果变差，漏气严重。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种煤矿井下适应钻孔形状煤矿井下一段式水密封的装置；本发明还有一个目的是提供上述装置密封钻孔的方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种煤矿井下一段式水密封装置，包括设于抽采钻孔内的抽采管，在抽采管内设有一段注水管，所述注水管外周设有可充盈的第一膨胀管和第二膨胀管，注水管在第一膨胀管和第二膨胀管之间的部分设有从抽采管管壁穿出的第一支路，第一支路末端设有第一膨胀囊体；注水管分别对应第一膨胀管和第二膨胀管的部分各设有一条从抽采管管壁穿出的第二支路。

作为本发明的一种实施方式，直接向第一膨胀管和第二膨胀管注水充盈，以实现对矿井钻孔的密封。所述第一支路经三通与注水管连接；第一支路的末端设有一个第一单向阀。所述第一膨胀囊体内还设有与第一单向阀连接的第一内囊，第一内囊和第一膨胀囊体之间充盈有水溶凝胶，所述第一膨胀囊体破裂时的压力大于第一内囊破裂时的压力。

作为本发明的优选实施方式，利用水溶凝胶实现第一膨胀管和第二膨胀管的充盈，具体来说，所述两个第二支路的末端设有第二膨胀囊体。

进一步地，所述第一膨胀囊体内设有与注水管连通的第一内囊，第一内囊和第一膨胀囊体之间充盈有水溶凝胶；所述两个第二膨胀囊体内设有与注水管连通的第二内囊，第二内囊和第二膨胀囊体之间充盈有水溶凝胶。

进一步地，所述第一膨胀囊体破裂时的压力大于第二膨胀囊体破裂时的压力；所述第一膨胀囊体破裂时的压力大于第一内囊破裂时的压力，所述第二膨胀囊体破裂时的压力大于第二内囊破裂时的压力。

进一步地，所述第一支路经三通与注水管连接，第一支路的末端设有连接第一内囊的第一单向阀；所述第二支路经三通分别与注水管连接，两条第二支路的末端分别设有一个第二单向阀，每个第二单向阀出口处各设有一个第二内囊。

本发明所述第一膨胀管和第二膨胀管至少设有一层橡胶层、以及一层限制膨胀体积的纺布层。一般来说，纺布层设于橡胶层外层，纺布层材料包括但不限于锦纶、涤纶、芳纶任意一种或多种布料混纺的组合。

本发明所述水溶凝胶包括但不限于丙凝、羧甲基纤维素钠、水溶性尿醛树脂的任意一种。所述水溶凝胶遇水后会形成具有较好抗压性的凝胶状物质，该凝胶状物质渗入钻孔周围的裂隙中后有效的提高了封孔段的密封性。且水溶凝胶具有一定的保湿性和弹性，在抽采一段时间后，能随着钻孔的变性而变形，始终保持对钻孔内壁裂隙的紧密封堵。

利用前述装置密封钻孔的方法，对于向第一膨胀管和第二膨胀管直接注水的方案，是向注水管持续加压注水；

在P0时，第一膨胀管和第二膨胀管充水膨胀并挤压钻孔内壁，使第一膨胀管和第二膨胀管之间形成密闭空腔；

在P4时，第一单向阀打开，并开始向第一内囊注水；

在P5时，第一内囊破裂，水和水溶凝胶在第一膨胀囊体内混合形成溶胶；

在P6时，第一膨胀囊体破裂，溶胶填充于所述密闭空腔；

在P7时，停止注水；

其中，P0、P4、P5、P6、P7表示不同的注水压力，P7＞P6＞P5＞P4＞P0。

利用前述装置密封钻孔的方法，作为本发明的优选密封装置的密封方案，是向注水管持续加压注水，

在P1时，第二单向阀打开，并开始向第二内囊注水；

在P2时，第二内囊破裂，水和水溶凝胶在第二膨胀囊体内混合形成溶胶；

在P3时，第二膨胀囊体破裂，水和溶胶填充第一膨胀管和第二膨胀管，使其膨胀并挤压钻孔内壁，第一膨胀管和第二膨胀管之间形成密闭空腔；

在P4时，第一单向阀打开，并开始向第一内囊注水；

在P5时，第一内囊破裂，水和水溶凝胶在第一膨胀囊体内混合形成溶胶；

在P6时，第一膨胀囊体破裂，水和溶胶填充于所述密闭空腔；

在P7时，停止注水；

其中，P1至P7表示不同的注水压力，P7＞P6＞P5＞P4＞P3＞P2＞P1。

须说明的是，本发明P1-P7的压力根据第一膨胀管、第二膨胀管材料、堵漏长度、钻孔直径的不同而进行适应性调整。

有益效果：本发明的密封装置利用流体充盈膨胀管实现对煤矿井钻孔裂隙的上下游进行密闭，并提供了节省成本的水充盈、以及变形效果好的水溶凝胶充盈两种方案；密闭后水和水溶凝胶混合形成溶胶，有效填充密闭空间。溶胶具有较好的保湿性和密封性，解决了现有的固体封孔材料在抽采一段时间后由于钻孔变形而导致密封效果变差的缺陷，可以长期保持优良的密封性能。

附图说明

图1是本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1

一种煤矿井下一段式水密封装置，包括设于抽采钻孔内的抽采管，在抽采管内设有一段注水管，注水管外周设有可充盈的第一膨胀管和第二膨胀管，注水管在第一膨胀管和第二膨胀管之间的部分设有从抽采管管壁穿出的第一支路，第一支路末端设有第一膨胀囊体；注水管分别对应第一膨胀管和第二膨胀管的部分各设有一条从抽采管管壁穿出的第二支路。第一支路经三通与注水管连接；第一支路的末端设有一个第一单向阀。第一膨胀囊体内还设有与第一单向阀连接的第一内囊，第一内囊和第一膨胀囊体之间充盈有水溶凝胶，第一膨胀囊体破裂时的压力大于第一内囊破裂时的压力。

第一膨胀管和第二膨胀管至少设有一层橡胶层、以及一层限制膨胀体积的纺布层。一般来说，纺布层设于橡胶层外层，纺布层材料包括但不限于锦纶、涤纶、芳纶任意一种或多种布料混纺的组合。

水溶凝胶包括但不限于丙凝、羧甲基纤维素钠、水溶性尿醛树脂的任意一种。水溶凝胶遇水后会形成具有较好抗压性的凝胶状物质，该凝胶状物质渗入钻孔周围的裂隙中后有效的提高了封孔段的密封性。且水溶凝胶具有一定的保湿性和弹性，在抽采一段时间后，能随着钻孔的变性而变形，始终保持对钻孔内壁裂隙的紧密封堵。

实施例2

利用本实施例1的一段式密封装置密封钻孔的方法，向注水管持续加压注水，随着水压的上升：

第一膨胀管和第二膨胀管充水膨胀并挤压钻孔内壁，使第一膨胀管和第二膨胀管之间形成密闭空腔；

在水压升至0.5MPa时，第一单向阀打开，并开始向第一内囊注水；

水压升至0.6MPa时，第一内囊破裂，水和水溶凝胶在第一膨胀囊体内混合形成溶胶；

水压升至0.7MPa时，第一膨胀囊体破裂，溶胶填充于所述密闭空腔；

水压升至1MPa时，停止注水；

其中，P0、P4、P5、P6、P7表示不同的注水压力，P7＞P6＞P5＞P4＞P0。

实施例3

如图1所示，一种煤矿井下一段式水密封装置，包括设于抽采钻孔内的抽采管1，在抽采管1内设有一段注水管2，注水管2外周设有可充盈的第一膨胀管3和第二膨胀管4，注水管2在第一膨胀管3和第二膨胀管4之间的部分设有从抽采管1管壁穿出的第一支路5，注水管2分别对应第一膨胀管3和第二膨胀管4的部分各设有一条从抽采管1管壁穿出的第二支路6。第一支路5末端设有第一膨胀囊体7；两个第二支路6的末端各设有一个第二膨胀囊体8。

第一膨胀囊体7内设有与注水管2连通的第一内囊9，第一内囊9和第一膨胀囊体7之间充盈有水溶凝胶；两个第二膨胀囊体8内设有与注水管2连通的第二内囊10，第二内囊10和第二膨胀囊体8之间充盈有水溶凝胶。

第一膨胀囊体7破裂时的压力大于第二膨胀囊体8破裂时的压力；第一膨胀囊体7破裂时的压力大于第一内囊9破裂时的压力，第二膨胀囊体8破裂时的压力大于第二内囊10破裂时的压力。

第一支路5经三通11与注水管2连接，第一支路5的末端设有连接第一内囊9的第一单向阀12；第二支路6经三通11分别与注水管2连接，两条第二支路6的末端分别设有一个第二单向阀13，每个第二单向阀13出口处各设有一个第二内囊10。

实施例4

如图1所示，利用实施例3所述的改良一段式密封装置密封钻孔的方法，向注水管2持续加压注水，随着水压的上升：

在水压升至0.2MPa时，第二单向阀13打开，并开始向第二内囊10注水；

在水压升至0.3MPa时，第二内囊10破裂，水和水溶凝胶在第二膨胀囊体8内混合形成溶胶；

在水压升至0.4MPa时，第二膨胀囊体8破裂，水和溶胶填充第一膨胀管3和第二膨胀管4，使其膨胀并挤压钻孔内壁，第一膨胀管3和第二膨胀管4之间形成密闭空腔14；

在水压升至0.5MPa时，第一单向阀12打开，并开始向第一内囊9注水；

水压升至0.6MPa时，第一内囊9破裂，水和水溶凝胶在第一膨胀囊体7内混合形成溶胶；

水压升至0.7MPa时，第一膨胀囊体7破裂，水和溶胶填充于所述密闭空腔14；

水压升至1MPa时，停止注水；

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 (9)

1.一种煤矿井下一段式水密封装置，包括设于抽采钻孔内的抽采管，其特征在于：在抽采管内设有一段注水管，所述注水管外周设有可充盈的第一膨胀管和第二膨胀管，注水管在第一膨胀管和第二膨胀管之间的部分设有从抽采管管壁穿出的第一支路，第一支路末端设有第一膨胀囊体；注水管分别对应第一膨胀管和第二膨胀管的部分各设有一条从抽采管管壁穿出的第二支路；

所述第一支路经三通与注水管连接；第一支路的末端设有一个第一单向阀；所述第一膨胀囊体内还设有与第一单向阀连接的第一内囊，第一内囊和第一膨胀囊体之间充盈有水溶凝胶，所述第一膨胀囊体破裂时的压力大于第一内囊破裂时的压力。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下一段式水密封装置，其特征在于：所述两个第二支路的末端设有第二膨胀囊体。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿井下一段式水密封装置，其特征在于：所述第一膨胀囊体内设有与注水管连通的第一内囊，第一内囊和第一膨胀囊体之间充盈有水溶凝胶；所述两个第二膨胀囊体内设有与注水管连通的第二内囊，第二内囊和第二膨胀囊体之间充盈有水溶凝胶。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿井下一段式水密封装置，其特征在于：所述第一膨胀囊体破裂时的压力大于第二膨胀囊体破裂时的压力；所述第一膨胀囊体破裂时的压力大于第一内囊破裂时的压力，所述第二膨胀囊体破裂时的压力大于第二内囊破裂时的压力。

5.根据权利要求4所述的一种煤矿井下一段式水密封装置，其特征在于：所述第一支路经三通与注水管连接，第一支路的末端设有连接第一内囊的第一单向阀；所述第二支路经三通分别与注水管连接，两条第二支路的末端分别设有一个第二单向阀，每个第二单向阀出口处各设有一个第二内囊。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种煤矿井下一段式水密封装置，其特征在于：所述第一膨胀管和第二膨胀管至少设有一层橡胶层、以及一层限制膨胀体积的纺布层。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿井下一段式水密封装置，其特征在于：所述水溶凝胶包括丙凝、羧甲基纤维素钠、水溶性尿醛树脂的任意一种。

8.如权利要求1所述装置密封钻孔的方法，其特征在于：向注水管持续加压注水，

在P0时，第一膨胀管和第二膨胀管充水膨胀并挤压钻孔内壁，使第一膨胀管和第二膨胀管之间形成密闭空腔；

在P4时，第一单向阀打开，并开始向第一内囊注水；

在P5时，第一内囊破裂，水和水溶凝胶在第一膨胀囊体内混合形成溶胶；

在P6时，第一膨胀囊体破裂，溶胶填充于所述密闭空腔；

在P7时，停止注水；

其中，P0、P4、P5、P6、P7表示不同的注水压力，P7>P6>P5>P4>P0。

9.如权利要求8所述装置密封钻孔的方法，其特征在于：向注水管持续加压注水，

在P1时，第二单向阀打开，并开始向第二内囊注水；

在P2时，第二内囊破裂，水和水溶凝胶在第二膨胀囊体内混合形成溶胶；

在P3时，第二膨胀囊体破裂，水和溶胶填充第一膨胀管和第二膨胀管，使其膨胀并挤压钻孔内壁，第一膨胀管和第二膨胀管之间形成密闭空腔；

在P4时，第一单向阀打开，并开始向第一内囊注水；

在P5时，第一内囊破裂，水和水溶凝胶在第一膨胀囊体内混合形成溶胶；

在P6时，第一膨胀囊体破裂，水和溶胶填充于所述密闭空腔；

在P7时，停止注水；

其中，P1至P7表示不同的注水压力，P7>P6>P5>P4>P3>P2>P1。