CN108979587A - 一种柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置及方法，适用于煤矿井下使用。在瓦斯抽采管上的固定槽处固定前后两段柔性堵头，并分别在两个堵头中预埋一根带单向阀门的预混管，预混管入口处的单向阀接三通，在进行钻孔封孔时，将分别装有A、B双种组份的物料袋接在三通上，挤压物料袋使双组份材料在流经预混管的过程中自动混合均匀然后再进入柔性堵头，待前后两段柔性堵头中都注入预定量的双组份材料后，迅速将瓦斯抽采管连同柔性堵头送到钻孔中的预定位置，等待期膨胀凝固，形成一个注浆密闭空间。本装置结构简单，重量轻，体积小，使用时无需携带高压泵也无需水箱即可完成瓦斯抽采封孔，具有广泛的实用性。

Description

一种柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置及方法

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采钻孔封孔装置及方法，尤其适用于煤矿井下预抽时时使用的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置及方法。

背景技术

煤层瓦斯抽采是矿井瓦斯防治和利用的有效手段，而抽采钻孔的密封的好坏则决定了瓦斯抽采的效果。目前瓦斯抽采钻孔多采用“两堵一注”的形式，即在抽采钻孔内瓦斯抽采管的前后设置两个堵头，在两个堵头中间人为创造一段密闭空间，然后通过预留在这段密闭空间中的注浆管，由外部的注浆泵向其中注入高压浆液从而达到钻孔密封的效果。这一封孔方式的两个堵头则多是把双组份聚氨酯的两种物料即异氰酸酯和组合聚醚按比例倒撒在纺织或编织物料上，稍加搅拌，捆绑在抽放铁管或塑料管上送进瓦斯抽放孔；或先将上述织物捆绑在抽放管上，再将聚氨酯的两类物料浇抹在织物上送进抽放孔内。后来还出现了使用聚氨酯发泡袋分别固定在瓦斯抽采管的前后端，这些方法较之使用水泥和水泥混合物等封堵前进了一步，但是，仍然存在着如下缺陷：第一，双组份物料都是人为的倒料或者通过人为手动揉搓的方式进行混合，随意性太强，难做到配比准确和充分混合。不但极大影响封堵效果，而且造成物料的很大浪费。第二，双组份物料的发泡膨胀不受约束，会沿着钻孔的轴向延伸，无法起到理想的密闭封堵作用，造成中间段注浆的时候漏浆，影响封堵效果。第三，无法做到深层封堵。按照要求，瓦斯抽放孔的封堵深度应达到8米深。因为，必须越过松散煤层，封堵到实体煤层才能真正达到封堵效果。而此种封堵方法无论如何是做不到深层封堵的。出现上述缺陷的主要原因一是无法使聚氨酯的两类物料充分混合，二是缺乏把物料送到作业位置的实施手段。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足之处，提供一种抽采钻孔的简单、封孔效率高，封孔效果好的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置及方法。

技术方案：为实现上述目的，柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置，包括瓦斯抽采管、柔性堵头和物料存储装置，其特征在于：所述堵头包括设置在瓦斯抽采管上的柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ，柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ上分别设有预混管，其中瓦斯抽采管上设有用于约束柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ不发生位移的多条固定槽，保证柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ在使用时仅限于垂直瓦斯抽采管方向形变，所述两个预混管一端分别设置在柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ内部，另一端则延伸至柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ与物料存储装置相连接，预混管的入口处设有单向阀，所述物料存储装置包括两个柔性容器用以分装AB两种物料的两个柔性容器的出口通过三通与预混管相连接。

所述预混管内部为螺纹结构，有效辅助物料存储装置中的两种物料充分混合。

所述物料存储装置的两个柔性容器中分别设置有膨胀剂AB两种物料，同时挤压两个柔性容器中的物料使两种物料通过三通进入预混管，并通过预混管的辅助使两种物料充分混合后进入柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ。

所述柔性容器为标注AB两种物料的分体结构或一体结构，一体结构的柔性容器中设有容易破坏的分隔装置将一个腔体分隔出两个腔体，或者一体结构内部有两个腔体及两个出口，柔性容器为塑料或铝塑袋或者便于挤压的软管结构，分别填充AB两种物料，

所述柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ的材料为圆筒形高强度无纺布，无纺布两端开口略大于瓦斯抽采管的外径，并由卡环束缚固定于瓦斯抽采管的固定槽中，中间部分在证膨胀剂AB两种物料在其中反应撑起之后的直径则应大于抽采钻孔直径的50％以上。

所述物料A为多苯基多亚甲基多异氰酸酯，物料B为聚醚多元醇羟值300(mgKOH/g)、聚醚多元醇羟值500(mgKOH/g)、硅-碳键非水解型泡沫稳定剂、一氟二氯乙烷、33％三乙烯二胺的二甘醇溶液和五甲基二亚乙基三胺，两种物料混合反应后能够在预定的时间内反应膨胀，充满柔性堵头并达到一定的强度，对抽采钻孔前后两段堵头起到有效的支撑，且具有阻燃和抗静电的优点。

一种柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔方法，其步骤如下：

a.先后将带有预混管的柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ套在瓦斯抽采管上并卡入瓦斯抽采管的固定槽中固定；

b.将两组分装AB两种物料的两个柔性容器通过三通分别与柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ上的预混管相连接紧密；

c.挤压两个柔性容器，使两个柔性容器中的两种物料通过三通进入预混管，并在预混管中的螺旋槽内均匀混合后进入柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ内，同时单向阀防止预混管内的混合物料泄露；

d.待柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ中都注入两个柔性容器预定量的物料后，迅速将瓦斯抽采管连同柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ送到钻孔中的预定位置；

e.等待三分钟后柔性堵头Ⅰ和柔性堵头Ⅱ膨胀凝固，在其中间即形成一个用于二次注浆封孔的密闭空间。

所述AB两种物料的用量通过以下方法计算得到：两个柔性容器的装料容积根据钻孔抽采管直径和钻孔直径AB两种物料混合后反应的充填体体积能膨胀15～25倍进行计算，物料富余系数为1.2～1.5倍，这样AB两种物料混合膨胀后的体积略大约钻孔充填的体积，起到应对钻孔不规则和径向挤压的作用。

有益效果：通过瓦斯抽采管上的固定槽固定柔性堵头，使膨胀剂在柔性堵头内膨胀后垂直于瓦斯抽采管膨胀，使柔性堵头与钻孔壁之间紧密贴合，柔性堵头不会产生溢流导致封孔不彻底，为中间段的注浆密封效果提供保障，同时在柔性堵头上设置预混管，使AB两种物料在进入柔性堵头前充分混合，有效保证柔性堵头的膨胀率

通过改变AB物料从而对柔性堵头的膨胀变形进行控制，使柔性堵头与钻孔壁之间紧密贴合，为中间段的注浆密封效果提供保障。确保了瓦斯抽采钻孔的密封效果。

本装置结构简单，重量轻，体积小，使用时无需携带高压泵也无需水箱即可完成瓦斯抽采封孔，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置的结构示意图，

图2是本发明柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置预混管的结构示意图。

图3是本发明柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置的柔性容器结构示意图。

图中：1-瓦斯抽采管；2-固定槽；3-柔性堵头Ⅰ；4-柔性堵头Ⅱ；5-预混管；6-三通；7-柔性容器；8-单向阀

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步的描述：

如图1所示，本发明的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置，包括瓦斯抽采管1、柔性堵头和物料存储装置，所述堵头包括设置在瓦斯抽采管上1的柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4，所述柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4的材料为圆筒形高强度无纺布，无纺布两端开口略大于瓦斯抽采管1的外径，并由卡环束缚固定于瓦斯抽采管1的固定槽2中，中间部分在证膨胀剂AB两种物料在其中反应撑起之后的直径则应大于抽采钻孔直径的50％以上；柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4上分别设有预混管5，所述预混管5内部为螺纹结构，有效辅助物料存储装置中的两种物料充分混合，其中瓦斯抽采管1上设有用于约束柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4不发生位移的多条固定槽2，保证柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4在使用时仅限于垂直瓦斯抽采管1方向形变，所述两个预混管5一端分别设置在柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4内部，另一端则延伸至柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4与物料存储装置相连接，预混管5的入口处设有单向阀8，所述物料存储装置包括两个柔性容器7用以分装AB两种物料的两个柔性容器7的出口通过三通6与预混管5相连接，所述物料存储装置的两个柔性容器7中分别设置有膨胀剂AB两种物料，同时挤压两个柔性容器7中的物料使两种物料通过三通6进入预混管5，并通过预混管5的辅助使两种物料充分混合后进入柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4，所述柔性容器7为标注AB两种物料的分体结构或一体结构，一体结构的柔性容器7中设有容易破坏的分隔装置将一个腔体分隔出两个腔体，或者一体结构内部有两个腔体及两个出口，柔性容器7为塑料或铝塑袋或者便于挤压的软管结构，分别填充AB两种物料；所述物料A为多苯基多亚甲基多异氰酸酯，物料B为聚醚多元醇羟值300mgKOH/g)、聚醚多元醇羟值500mgKOH/g)、硅-碳键非水解型泡沫稳定剂、一氟二氯乙烷、33％三乙烯二胺的二甘醇溶液和五甲基二亚乙基三胺，两种物料混合反应后能够在预定的时间内反应膨胀，充满柔性堵头并达到一定的强度，对抽采钻孔前后两段堵头起到有效的支撑，且具有阻燃和抗静电的优点。

一种柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔方法，步骤如下：

a.先后将带有预混管5的柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4套在瓦斯抽采管1上并卡入瓦斯抽采管1的固定槽2中固定；

b.将两组分装AB两种物料的两个柔性容器7通过三通6分别与柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4上的预混管5相连接紧密；

c.挤压两个柔性容器7，使两个柔性容器7中的两种物料通过三通6进入预混管5，并在预混管5中的螺旋槽内均匀混合后进入柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4内，同时单向阀8防止预混管5内的混合物料泄露；

d.待柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4中都注入两个柔性容器7预定量的物料后，迅速将瓦斯抽采管1连同柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4送到钻孔中的预定位置；

e.等待三分钟后柔性堵头Ⅰ3和柔性堵头Ⅱ4膨胀凝固，在其中间即形成一个用于二次注浆封孔的密闭空间。

其中所述AB两种物料的用量通过以下方法计算得到：两个柔性容器7的装料容积根据钻孔抽采管直径和钻孔直径AB两种物料混合后反应的充填体体积能膨胀15～25倍进行计算，物料富余系数为1.2～1.5倍，这样AB两种物料混合膨胀后的体积略大约钻孔充填的体积，起到应对钻孔不规则和径向挤压的作用。

Claims (8)

1.一种柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置，包括瓦斯抽采管(1)、柔性堵头和物料存储装置，其特征在于：所述堵头包括设置在瓦斯抽采管上(1)的柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)，柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)上分别设有预混管(5)，其中瓦斯抽采管(1)上设有用于约束柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)不发生位移的多条固定槽(2)，保证柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)在使用时仅限于垂直瓦斯抽采管(1)方向形变，所述两个预混管(5)一端分别设置在柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)内部，另一端则延伸至柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)与物料存储装置相连接，预混管(5)的入口处设有单向阀(8)，所述物料存储装置包括两个柔性容器(7)用以分装AB两种物料的两个柔性容器(7)的出口通过三通(6)与预混管(5)相连接。

2.根据权利要求1所述的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置，其特征在于：所述预混管(5)内部为螺纹结构，有效辅助物料存储装置中的两种物料充分混合。

3.根据权利要求1或2所述的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置，其特征在于：所述物料存储装置的两个柔性容器(7)中分别设置有膨胀剂AB两种物料，同时挤压两个柔性容器(7)中的物料使两种物料通过三通(6)进入预混管(5)，并通过预混管(5)的辅助使两种物料充分混合后进入柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)。

4.根据权利要求3所述的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置，其特征在于：所述柔性容器(7)为标注AB两种物料的分体结构或一体结构，一体结构的柔性容器(7)中设有容易破坏的分隔装置将一个腔体分隔出两个腔体，或者一体结构内部有两个腔体及两个出口，柔性容器(7)为塑料或铝塑袋或者便于挤压的软管结构，分别填充AB两种物料。

5.根据权利要求1所述的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置，其特征在于：所述柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)的材料为圆筒形高强度无纺布，无纺布两端开口略大于瓦斯抽采管(1)的外径，并由卡环束缚固定于瓦斯抽采管(1)的固定槽(2)中，中间部分在证膨胀剂AB两种物料在其中反应撑起之后的直径则应大于抽采钻孔直径的50％以上。

6.根据权利要求1或3所述的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置，其特征在于：所述物料A为多苯基多亚甲基多异氰酸酯，物料B为聚醚多元醇羟值300(mgKOH/g)、聚醚多元醇羟值500(mgKOH/g)、硅-碳键非水解型泡沫稳定剂、一氟二氯乙烷、33％三乙烯二胺的二甘醇溶液和五甲基二亚乙基三胺，两种物料混合反应后能够在预定的时间内反应膨胀，充满柔性堵头并达到一定的强度，对抽采钻孔前后两段堵头起到有效的支撑，且具有阻燃和抗静电的优点。

7.一种使用权利要求1所述柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔方法，其特征在于步骤如下：

a.先后将带有预混管(5)的柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)套在瓦斯抽采管(1)上并卡入瓦斯抽采管(1)的固定槽(2)中固定；

b.将两组分装AB两种物料的两个柔性容器(7)通过三通(6)分别与柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)上的预混管(5)相连接紧密；

c.挤压两个柔性容器(7)，使两个柔性容器(7)中的两种物料通过三通(6)进入预混管(5)，并在预混管(5)中的螺旋槽内均匀混合后进入柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)内，同时单向阀(8)防止预混管(5)内的混合物料泄露；

d.待柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)中都注入两个柔性容器(7)预定量的物料后，迅速将瓦斯抽采管(1)连同柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)送到钻孔中的预定位置；

e.等待三分钟后柔性堵头Ⅰ(3)和柔性堵头Ⅱ(4)膨胀凝固，在其中间即形成一个用于二次注浆封孔的密闭空间。

8.根据权利要求7所述的柔性自胀式瓦斯抽采钻孔封孔装置的使用方法，其特征在于：所述AB两种物料的用量通过以下方法计算得到：两个柔性容器(7)的装料容积根据钻孔抽采管直径和钻孔直径AB两种物料混合后反应的充填体体积能膨胀15～25倍进行计算，物料富余系数为1.2～1.5倍，这样AB两种物料混合膨胀后的体积略大约钻孔充填的体积，起到应对钻孔不规则和径向挤压的作用。