CN108487878A - 一种冰冻式注浆封孔器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冰冻式注浆封孔器，属于煤矿设备技术领域。本发明包括囊袋注浆管道、瓦斯抽采管以及进水管道，囊袋注浆管道上从左往右依次设置有第一爆破阀、释压阀以及第二爆破阀，瓦斯抽采管通过大管箍和小管箍与囊袋注浆管道相连接，进水管道通过大管箍固定在瓦斯抽采管下方，本发明中采用往煤层缝隙中灌水并且将水结成冰的方式进行密封，水解成冰后体积会膨胀，能有效填充煤层缝隙，有效对煤层孔洞进行封孔作业，且封孔稳定不易产生空隙，能用于煤层长效抽采钻孔的封孔作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种冰冻式注浆封孔器，属于煤矿设备技术领域。
背景技术
瓦斯抽采是瓦斯治理的重要手段，封孔是瓦斯抽采的重要环节。从理论上说，在封孔不漏气的情况下，抽采瓦斯体积分数应为100%。实际情况显示，我国约有65%的采煤工作面顺层钻孔预抽瓦斯体积分数低于30%，瓦斯抽采漏气现象普遍存在。在瓦斯抽采过程中，封孔工艺及封孔质量对抽采钻孔是否漏气具有决定性作用。
目前国内外的常用封孔方法有水泥浆封孔、聚氨酯封孔、封孔器封孔、囊袋式封孔等。水泥浆封孔能够承受较大压力，但是水泥凝固后会收缩，而且在强压下会发生脆性破裂；聚氨酯发泡反应快，能实现快速封堵，但是在高压下容易变形，对操作要求较高，容易造成封孔效果不理想甚至封孔失败；封孔器由于结构复杂、笨重、成本高，难以推广利用。相对于其他封孔方式，囊袋式注浆封孔结构简单，操作方便，能有效封堵煤层裂隙，并且对巷道形成主动支护，在我国煤矿得到了广泛应用。然而，部分矿井运用囊袋式封孔时发现，在抽采初期，瓦斯浓度可以维持在较高水平，一段时间后瓦斯浓度开始迅速降低，30天后瓦斯体积分数降至30%甚至更低，达不到瓦斯抽采要求。
现有技术中，煤矿瓦斯注浆封孔通常采用：聚氨酯封孔，其缺点是：抗压强度低；可压缩量很大。高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井往往采深较大，相应的地应力也较大，加之煤层强度普遍较低，井下煤层钻孔在地应力作用下将逐渐蠕变，钻孔在蠕变的过程中，钻孔周围的煤体将会产生松动裂隙(漏气通道)；机械弹性封孔，其缺点是：对钻孔的密封性能很差，漏气很严重，根本不能用于本煤层长效抽采钻孔的封孔；充气式封孔，其缺点是只能作为临时封孔；水力膨胀式封孔，其缺点是：对于本煤层长效抽采来讲不可行，主要表现在：成本较高；以及封孔器的微泄露不能保证长效封孔的效果。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对聚氨酯封孔抗压强度低，机械弹性封孔对钻孔的密封性能很差，漏气很严重，根本不能用于煤层长效抽采钻孔的封孔的问题，本发明提供了一种冰冻式注浆封孔器。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案：
一种冰冻式注浆封孔器，包括囊袋注浆管道、瓦斯抽采管以及进水管道，所述的囊袋注浆管道上从左往右依次设置有第一爆破阀、释压阀以及第二爆破阀，第二爆破阀右侧为堵头，所述的瓦斯抽采管通过大管箍和小管箍与囊袋注浆管道相连接，大管箍连接处设置有第一囊袋，小管箍连接处设置有第二囊袋，瓦斯抽采管最右端为封孔花管，所述的进水管道通过大管箍固定在瓦斯抽采管下方。
一种冰冻式注浆封孔器的应用方法是：将注浆封孔器放置在煤层孔洞中，通过注浆泵向囊袋注浆管道中泵入液态二氧化碳，液态二氧化碳经过囊袋注浆管道右侧的第二爆破阀首先进入第二囊袋中，由于液态二氧化碳在常温下会汽化膨胀，所以第二囊袋膨胀，当第二囊袋膨胀将煤层管道填满后，第二囊袋内部达到设定压力第二爆破阀爆破，二氧化碳气体回流到囊袋注浆管道中，囊袋注浆管道中产生压力，压力达到第一爆破阀的设定值后，第一爆破阀爆破，二氧化碳气体进入第一囊袋中使其膨胀，同时在第二囊袋膨胀后通过进水管道向煤层孔洞中注入常温水，常温水流将煤层缝隙以及第一囊袋和第二囊袋之间的缝隙填充，而液态二氧化碳在汽化时会吸收热量，这就使得填充在煤层孔洞中的常温水冷却冰冻，从而利用水结成冰将煤层缝隙填充，然后通过瓦斯抽采管对瓦斯进行采集。
所述的囊袋注浆管道中注入的液体为液态二氧化碳。
所述的进水管道内注入的液体为常温水。
本发明的有益效果是：
现有的注浆封孔器都是采用液体作为填充剂对煤层的缝隙以及囊袋之间进行密封，而液体密封因为液体具有流动性，所以在压力的作用下会产生泄露，导致产生空隙密封不严，而水泥浆封孔由于水泥凝固后体积会缩小所以不适用于煤层封孔，本发明中采用往煤层缝隙中灌水并且将水结成冰的方式进行密封，水解成冰后体积会膨胀，能有效填充煤层缝隙，且冰块抗压能力强不会轻易碎裂，为了使水结冰本发明中采用在囊袋中灌入液态二氧化碳，液态二氧化碳在常温下会汽化膨胀从而能够将囊袋撑起，并且汽化时会吸收热量从而使注入的水结冰，采用这种方式能够有效对煤层孔洞进行封孔作业，且封孔稳定不易产生空隙，能用于煤层长效抽采钻孔的封孔作业。
附图说明
图1为本发明一种冰冻式注浆封孔器的构造示意图。
其中，1、囊袋注浆管道；2、第一爆破阀；3、第一囊袋；4、瓦斯抽采管；5、释压阀；6、第二爆破阀；7、堵头；8、进水管道；9、大管箍；10、第二囊袋；11、小管箍；12、封孔花管。
具体实施方式
一种冰冻式注浆封孔器，包括囊袋注浆管道1、瓦斯抽采管4以及进水管道8，所述的囊袋注浆管道1上从左往右依次设置有第一爆破阀2、释压阀5以及第二爆破阀6，第二爆破阀6右侧为堵头7，所述的瓦斯抽采管4通过大管箍9和小管箍11与囊袋注浆管道1相连接，大管箍9连接处设置有第一囊袋3，小管箍11连接处设置有第二囊袋10，瓦斯抽采管4最右端为封孔花管12，所述的进水管道8通过大管箍9固定在瓦斯抽采管4下方。一种冰冻式注浆封孔器的应用方法是：将注浆封孔器放置在煤层孔洞中，通过注浆泵向囊袋注浆管道1中泵入液态二氧化碳，液态二氧化碳经过囊袋注浆管道1右侧的第二爆破阀6首先进入第二囊袋10中，由于液态二氧化碳在常温下会汽化膨胀，所以第二囊袋10膨胀，当第二囊袋10膨胀将煤层管道填满后，第二囊袋10内部达到设定压力第二爆破阀6爆破，二氧化碳气体回流到囊袋注浆管道1中，囊袋注浆管道1中产生压力，压力达到第一爆破阀2的设定值后，第一爆破阀2爆破，二氧化碳气体进入第一囊袋3中使其膨胀，同时在第二囊袋10膨胀后通过进水管道8向煤层孔洞中注入常温水，常温水流将煤层缝隙以及第一囊袋3和第二囊袋10之间的缝隙填充，而液态二氧化碳在汽化时会吸收热量，这就使得填充在煤层孔洞中的常温水冷却冰冻，从而利用水结成冰将煤层缝隙填充，然后通过瓦斯抽采管4对瓦斯进行采集。所述的囊袋注浆管道1中注入的液体为液态二氧化碳。所述的进水管道8内注入的液体为常温水。
Claims (4)
1.一种冰冻式注浆封孔器，包括囊袋注浆管道（1）、瓦斯抽采管（4）以及进水管道（8），所述的囊袋注浆管道（1）上从左往右依次设置有第一爆破阀（2）、释压阀（5）以及第二爆破阀（6），第二爆破阀（6）右侧为堵头（7），所述的瓦斯抽采管（4）通过大管箍（9）和小管箍（11）与囊袋注浆管道（1）相连接，大管箍（9）连接处设置有第一囊袋（3），小管箍（11）连接处设置有第二囊袋（10），瓦斯抽采管（4）最右端为封孔花管（12），所述的进水管道（8）通过大管箍（9）固定在瓦斯抽采管（4）下方。
2.根据权利要求1所述的一种冰冻式注浆封孔器的应用方法是：将注浆封孔器放置在煤层孔洞中，通过注浆泵向囊袋注浆管道（1）中泵入液态二氧化碳，液态二氧化碳经过囊袋注浆管道（1）右侧的第二爆破阀（6）首先进入第二囊袋（10）中，由于液态二氧化碳在常温下会汽化膨胀，所以第二囊袋（10）膨胀，当第二囊袋（10）膨胀将煤层管道填满后，第二囊袋（10）内部达到设定压力第二爆破阀（6）爆破，二氧化碳气体回流到囊袋注浆管道（1）中，囊袋注浆管道（1）中产生压力，压力达到第一爆破阀（2）的设定值后，第一爆破阀（2）爆破，二氧化碳气体进入第一囊袋（3）中使其膨胀，同时在第二囊袋（10）膨胀后通过进水管道（8）向煤层孔洞中注入常温水，常温水流将煤层缝隙以及第一囊袋（3）和第二囊袋（10）之间的缝隙填充，而液态二氧化碳在汽化时会吸收热量，这就使得填充在煤层孔洞中的常温水冷却冰冻，从而利用水结成冰将煤层缝隙填充，然后通过瓦斯抽采管（4）对瓦斯进行采集。
3.根据权利要求1所述的一种冰冻式注浆封孔器，其特征在于：所述的囊袋注浆管道（1）中注入的液体为液态二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的一种冰冻式注浆封孔器，其特征在于：所述的进水管道（8）内注入的液体为常温水。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111894655A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-11-06 | 中国矿业大学 | 一种用于瓦斯抽采钻孔的低温流体速冻冰堵方法 |
| CN115163021A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-10-11 | 中国矿业大学 | 一种注水注氮抽采瓦斯封孔装置及钻孔布置方法 |
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