CN106761534A - 一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置及其封孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置及其封孔方法，封孔装置包括由弹性材料制备的囊体，囊体中设有将囊体内部空间分隔成两个单独腔室的隔膜，两个单独腔室分别预填充化学反应物A和B，化学反应物A和B接触反应时能够释放气体；触发杆的前端穿过伸入到囊体其后端预留在限位板的外部。在将胶囊送入钻孔内之后，在需要时旋转触发杆来戳破隔膜，使化学反应物A和B接触并发生化学反应，产生大量气体使胶囊膨胀，从而挤压岩壁完成封孔。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置及其封孔方法。
背景技术
我国煤炭资源丰富，有强劲的经济社会需求，也有长期巨大的开发潜力，但在开发过程中，由于特殊的工作形式与环境，诸如瓦斯、顶板、水、火、煤尘等灾害仍然需要我们去面对和处理。在井下开采和生产过程中，需要进行钻孔作业，在工作结束以后，需要对钻孔进行封孔。目前的封孔技术主要有固体材料封孔，包括黏土封孔、水泥砂浆封孔：黏土封孔有一定的限制性，采用的封孔操作环节间接限制了封孔长度较短，最终的封孔密闭性不理想导致了封孔测压的效果不理想。水泥砂浆封孔技术也存在一定的缺点，水泥砂浆测压所用的器材测压过后不能再次回收用于下次测压；封孔器封孔，包括胶圈-粘液、胶囊-粘液以及聚氨酯泡沫-粘液等几种类型：胶圈粘液封孔器所采用的封孔原理简化来说就是固体封闭液体，液体封闭气体，虽然这种方法测压效果较好，但是也是存在缺陷的，测压时间一般是比较长的。传统的胶囊-粘液封孔器在现场运用中，大多采用泵体向胶囊内注水或打气的方式加压，不仅增加人工成本，而且效率低下和操作复杂。聚氨酯泡沫-粘液封孔缺点之处在于聚氨酯这一材料的膨胀效果不易控制在合理的范围之内，因此需要多次封孔才能封孔完毕并达到较好的封孔效果，为测压过程提供完备的测压环境。本发明的一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置及其封孔方法，创新性的采用在密闭胶囊里加入化学反应物，化学反应物可以随时在人为操控下开始反应产生大量气体使胶囊膨胀，压力的大小可以通过加入化学反应物的多少来控制，不需要额外的用泵体往胶囊注水，从而达到方便、快捷、高效的封孔的效果。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置及其封孔方法，能够单次有效的完成封孔。
技术方案：一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置，包括由弹性材料制备的囊体，囊体中设有将囊体内部空间分隔成两个单独腔室的隔膜，两个单独腔室分别预填充化学反应物A和B，化学反应物A和B接触反应时能够释放气体；所述囊体两端分别设有相对平行的限位板，两块限位板之间通过位于四个角的刚性连杆固定连接，在其中一块限位板中央设有螺孔，触发杆的前端穿过所述螺孔并伸入到囊体的一个单独腔室内，触发杆后端预留在限位板的外部，触发杆上设有与所述螺孔匹配的螺纹，所述触发杆与囊体接触位置密封连接。
进一步的，所述囊体与触发杆连接处设有一个螺母，所述触发杆与所述螺母螺旋连接并保持密封，所述囊体以所述螺母为中心设有一圈固定环，所述囊体的另一侧正对所述固定环同样设有一圈固定环，囊体分别通过两侧的固定环与限位板固定连接。
进一步的，所述隔膜为塑料薄板，化学反应物A和B分别为硫酸铝水溶液和碳酸氢钠溶液。
进一步的，所述限位板为玻璃纤维增强塑料板。
一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置的封孔方法，包括如下步骤：
步骤1：使用钻头按照设计好的测压方案，从岩层向煤层进行钻孔操作，钻孔垂直于煤层，钻孔直径小于80mm；
步骤2：在钻孔抵达煤层之后，将钻杆撤出钻孔，并接着用压风设施或者清水对钻孔进行清洗操作；
步骤3：将单个所述胶囊封孔装置送入钻孔中；
步骤4：转动所述胶囊封孔装置上的触发杆，触发杆戳破囊体中的隔膜，化学反应物A和B接触反应后释放气体，使囊体向外膨胀来对岩石壁产生挤压作用，完成封孔过程。
有益效果：现有的煤矿井下钻孔胶囊封孔技术，大多采用泵体向胶囊内注水或打气的方式加压，不仅效率低下且操作复杂。本发明的一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置及其封孔方法，创新性的采用在密闭胶囊里加入化学反应物，化学反应物可以随时在人为操控下开始反应产生大量气体使胶囊膨胀，从而达到方便、快捷、高效的封孔的效果。
附图说明
图1为本发明单胶囊封孔装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置，包括由弹性材料制备的囊体2，囊体2中设有将囊体内部空间分隔成两个单独腔室的隔膜4，两个单独腔室分别预填充化学反应物A和B，化学反应物A和B分别为硫酸铝水溶液和碳酸氢钠溶液。囊体2两端分别设有相对平行的限位板1，限位板1为玻璃纤维增强塑料板，两块限位板1之间通过位于四个角的刚性连杆5固定连接，在其中一块限位板1中央设有螺孔，触发杆3的前端穿过螺孔并伸入到囊体2的一个单独腔室内，触发杆3后端预留在限位板1的外部，触发杆3伸入囊体的方向正对隔膜4，触发杆3上设有与螺孔匹配的螺纹，触发杆3与囊体2接触位置密封连接。
囊体2与触发杆3连接处设有一个螺母，触发杆3与螺母螺旋连接并保持密封，囊体2以螺母为中心设有一圈固定环，囊体2的另一侧正对固定环同样设有一圈固定环，囊体2分别通过两侧的固定环与限位板1固定连接。
在初始时，化学反应物A和B被隔膜4分开并位于单独的腔室内，在需要封孔时，旋动触发杆来使其前端向前戳破隔膜，使化学反应物A、B接触并发生化学反应，化学反应物A、B在接触后能迅速产生大量气体并使胶囊膨胀；囊体的材质为可伸缩的弹性材料，弹性和强度较好，囊体膨胀时由于两端限位板的作用，使囊体膨胀时只能向径向膨胀，不能向两端膨胀，膨胀产生的体积能够把钻孔空间占满，从而挤压岩壁，起到严密封闭钻孔的作用，完成封孔。
在上述过程中，囊体2与触发杆3应具有很好的密封性能，本方案中，在囊体2与触发杆3连接处设有一个螺母，螺母外侧与囊体密封连接，触发杆3与螺母螺旋连接，以此达到良好的密封效果。在化学反应物A和B进行反应并释放气体时，为了达到其囊体只能向径向膨胀，本方案进一步的将囊体的端部通过固定环与限位板连接，仅通过环状的固定环而非将囊体端部整体与限位板连接，能够在达到对膨胀固定的同时最大限度是利用囊体可伸缩弹性材料的变形限度，以此达到良好的封闭钻孔效果。
煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置的封孔方法，包括如下步骤：
步骤1：使用钻头按照设计好的测压方案，从岩层向煤层进行钻孔操作，钻孔垂直于煤层，钻孔直径小于80mm；
步骤2：在钻孔抵达煤层之后，将钻杆撤出钻孔，并接着用压风设施或者清水对钻孔进行清洗操作；
步骤3：将单个所述胶囊封孔装置送入钻孔中；
步骤4：转动所述胶囊封孔装置上的触发杆，触发杆戳破囊体中的隔膜，化学反应物A和B接触反应后释放气体，使囊体向外膨胀来对岩石壁产生挤压作用，完成封孔过程。化学反应物A和B分别为硫酸铝水溶液和碳酸氢钠溶液时，发生反应的化学式为：
Al2(SO4)3+6NaHCO3＝3Na2SO4+2Al(OH)3+6CO2
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 (5)
1.一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置，其特征在于：包括由弹性材料制备的囊体(2)，囊体(2)中设有将囊体内部空间分隔成两个单独腔室的隔膜(4)，两个单独腔室分别预填充化学反应物A和B，化学反应物A和B接触反应时能够释放气体；所述囊体(2)两端分别设有相对平行的限位板(1)，两块限位板(1)之间通过位于四个角的刚性连杆(5)固定连接，在其中一块限位板(1)中央设有螺孔，触发杆(3)的前端穿过所述螺孔并伸入到囊体(2)的一个单独腔室内，触发杆(3)后端预留在限位板(1)的外部，触发杆(3)上设有与所述螺孔匹配的螺纹，所述触发杆(3)与囊体(2)接触位置密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置，其特征在于：所述囊体(2)与触发杆(3)连接处设有一个螺母，所述触发杆(3)与所述螺母螺旋连接并保持密封，所述囊体(2)以所述螺母为中心设有一圈固定环，所述囊体(2)的另一侧正对所述固定环同样设有一圈固定环，囊体(2)分别通过两侧的固定环与限位板(1)固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置，其特征在于：所述隔膜(4)为塑料薄板，化学反应物A和B分别为硫酸铝水溶液和碳酸氢钠溶液。
4.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置，其特征在于：所述限位板(1)为玻璃纤维增强塑料板。
5.根据权利要求1所述煤矿井下钻孔用单胶囊封孔装置的封孔方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：使用钻头按照设计好的测压方案，从岩层向煤层进行钻孔操作，钻孔垂直于煤层，钻孔直径小于80mm；
步骤2：在钻孔抵达煤层之后，将钻杆撤出钻孔，并接着用压风设施或者清水对钻孔进行清洗操作；
步骤3：将单个所述胶囊封孔装置送入钻孔中；
步骤4：转动所述胶囊封孔装置上的触发杆，触发杆戳破囊体中的隔膜，化学反应物A和B接触反应后释放气体，使囊体向外膨胀来对岩石壁产生挤压作用，完成封孔过程。
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