CN110159224A - 三囊袋封堵一体式封孔装置及封孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种瓦斯抽采三囊袋封堵一体式封孔装置，包括第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋、注浆管、堵漏管、抽采管、导流管、捆绳、滤水布套、定位布套、单向阀、爆破阀，其中第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋均包覆在抽采管外，注浆管分别嵌于第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋内，堵漏管通过定位布套与第二囊袋外表面相互连接，捆绳包覆在第二囊袋外并在第二囊袋外表面形成深度不小于10mm的导流槽。其封孔方法包括准备工作、封孔注浆及堵漏注浆三个步骤。本发明可对钻孔实现注浆封孔和堵漏作业，并克服了材料水灰比过大而导致的封孔效果不佳的问题。

Description

三囊袋封堵一体式封孔装置及封孔方法

技术领域

涉及煤矿井下瓦斯抽采领域，尤其涉及本煤层瓦斯抽采中的瓦斯抽采三囊袋封堵一体式封孔装置及封孔方法。

背景技术

煤层钻孔的高质量密封是瓦斯抽采的关键技术，直接影响井下煤层瓦斯抽采的浓度。专利CN201610215651.1公开了一种中部渗浆式单囊袋注浆封孔装置及其封孔方法，该装置对钻孔壁的注浆能力较弱，只能实现钻孔的一次注浆。专利CN200710054384.5公开了一种囊袋式注浆封孔装置及其封孔方法，该封孔装置虽然取得了一定的应用效果，但是也只能实现钻孔的一次注浆，无法根据抽采效果进行堵漏作业，从而严重影响了封堵作业质量和钻孔抽采作业的稳定性。

此外，利用当前传统的封孔设备在进行钻孔封堵作业时，工人在井下作业时浆液的水灰比极不稳定，在没有滤失水分的情况下浆液凝固后强度很低，且凝固过程中水分蒸发会产生气孔甚至大面积空洞空间，从而严重影响封堵后钻孔的气密性。

因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新钻孔封堵设备及钻孔封孔作业方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决现有技术上的不足，本发明提供瓦斯抽采三囊袋二次堵漏注浆封孔器及封孔方法。

为了实现上面提到的效果，提出了瓦斯抽采三囊袋二次堵漏注浆封孔器及封孔方法，具体内容如下：

瓦斯抽采三囊袋二次堵漏注浆封孔器，包括第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋、注浆管、堵漏管、抽采管、导流管、单向阀、爆破阀、滤水布套、捆绳及定位布套，其中第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋均包覆在抽采管外，并沿抽采管轴线方向从前至后依次分布，且第一囊袋、第二囊袋之间形成第一注浆区，第二囊袋、第三囊袋之间形成第二注浆区，第一注浆区和第二注浆区对应的抽采管上均设至少两个透水孔，滤水布套覆盖透水孔，注浆管与抽采管相互平行分布，且注浆管部分管段分别嵌于第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋内并通过单向阀与第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋相互连通，注浆管前端位于第一囊袋前端面并通过固定装置与第一囊袋外表面相互连接，注浆管末端位于第三囊袋外并与堵头相互连接，堵漏管穿过第一囊袋内部，穿过第二囊袋的内层布和外层布通过定位布套与第二囊袋外表面相互连接，捆绳为与第二囊袋同轴分布的闭合环状结构，包覆在第二囊袋外并保证堵漏管出浆口越过捆绳位置所形成的导流槽，导流槽深度不小于10mm，爆破阀至少一个，位于第一注浆区的注浆管上并与第一注浆区相互连通，导流管穿过第二囊袋与注浆管平行分布，导流管前端面和后端面均位于第二囊袋外侧并与第一注浆区和第二注浆区相互连通。

进一步的，所述的第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋均为空心管状的密闭腔体结构，其侧壁包括内层布和外层布，且所述内层布和外层布之间为注浆腔，所述注浆管嵌于注浆腔内并通过单向阀分别与第一囊袋、第二囊袋及第三囊袋的注浆腔相互连接。

进一步的，所述的滤水布套、第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋材料均为透水不透浆布料。

进一步的，所述的滤水布套长度不小于透水孔直径5倍。

进一步的，第一囊袋、第三囊袋内另可包覆一根滤水管，所述滤水管两端分别位于第一囊袋、第三囊袋外侧，其中第一囊袋处的滤水管末端与第一注浆区通过过滤罩连通，第三囊袋处的滤水管前端与第二注浆区通过过滤罩连通，且当第一囊袋、第三囊袋处设置滤水管时，抽采管上不设透水孔及与透水孔对应的滤水布套。

进一步的，所述的堵漏管出浆口端利用小直径打孔器在其外表面上打一排辅助出浆口，在装配堵漏管过程中利用胶带纸将出浆口以及辅助出浆口贴合密闭。

瓦斯抽采三囊袋二次堵漏注浆封孔器的封孔方法，包括如下步骤：

S1，准备工作，将装置两端与抽采管固定，连接外接注浆管和堵漏管，插接后续抽采管，将连接好的装置插入钻孔指定位置，安装及调试注浆设备，配置注浆材料；

S2，封孔注浆，完成S1步骤后，驱动外部注浆设备运行，对浆液增压后输送到三囊袋封堵一体式封孔装置的注浆管内，并通过注浆管的各单向阀直接灌注到三囊袋封堵一体式封孔装置的第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋中，并使第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋膨胀并与钻孔孔壁相抵，一方面对三囊袋封堵一体式封孔装置进行强化定位的同时对钻孔进行基本封堵，另一方面在钻孔内形成第一注浆区和第二注浆区，然后向注浆管内持续灌注浆液，增大注浆压力，并在注浆压力大于爆破阀设定值时，爆破阀打开，浆液直接灌注到第一注浆区内并对第一注浆区进行注浆作业，在对第一注浆区进行注浆作业时，持续向第一注浆区灌注浆液，提高第一注浆区内浆液压力，同时使第一注浆区内浆液通过导流管导流到第二注浆区内，对第二注浆区进行注浆作业，在完成第一注浆区、第二注浆区内浆液填充后，持续向第一注浆区、第二注浆区内灌注浆液，提高第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液的压力，并使第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液在压力驱动下，浆液通过滤水布套过滤水分，使浆液中的固体物料聚集在第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内，浆液中的水分则通过抽采管上的透水孔渗入到抽采管中，并沿抽采管从钻孔中排出，并直至第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液压力达到预定值后停止浆液灌注作业并保压至钻孔内浆液凝固，即完成封孔注浆，注浆作业完成后及时清洗注浆设备或立刻对下一个钻孔进行封孔注浆；

S3，堵漏注浆，完成S2步骤后即可进行抽采作业，并在浆液完全凝固后，配置有机化学浆液，堵漏注浆作业前关闭单个钻孔抽采负压，利用专用双液化学注浆泵向堵漏管内注入有机化学浆液，有机化学浆液通过堵漏管出浆口以及辅助出浆口排出，沿着第二囊袋外表面导流槽以及钻孔周围裂隙灌注，并在堵漏管压力达到设定值后停止注浆并对堵漏管进行保压，实现有机化学浆液对钻孔裂隙的堵漏作业，提高抽采效率，堵漏注浆完成后用清水清洗化学注浆泵各个管路。

进一步的，所述的S3步骤中堵漏注浆方案包括堵漏作业压力、温度、浆液流量、流速、浆液类型。

本发明较传统的注浆封孔设备及工艺，一方面极大的简化了注浆封孔设备结构和封孔作业工艺，并可对钻孔实现多级封堵和二次封堵作业，从而极大的提高了封堵作业的工作灵活性和质量，另一方面可有效对浆液中的水分进行固液分离过滤作业，并通过滤水作业有效克服浆液水灰比过大造成的凝固时间长且凝固后封孔段固结体不饱满变型的缺陷，从而达到在有效提高浆液凝固效率和凝固质量的同时，另可极大的提高封堵浆液凝固后固体封堵结构的密度、结构强度和承压耐压能力，有效的杜绝漏气等严重钻孔封堵作业质量和钻孔抽采作业质量的情况发生。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明另一种结构示意图；

图3为第二囊袋横断面局部结构示意图；

图4为本发明封孔方法流程图。

具体实施方式

为使本发明记载的技术手段、创作特征、达成目的与功效，并易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

导流槽深度不小于10mm，爆破阀至少一个，位于第一注浆区的注浆管上并与第一注浆区相互连通，导流管穿过第二囊袋与注浆管平行分布，导流管前端面和后端面均位于第二囊袋外侧并与第一注浆区和第二注浆区相互连通。

如图1—3所述的瓦斯抽采三囊袋二次堵漏注浆封孔器，包括第一囊袋1、第二囊袋2、第三囊袋3、注浆管4、堵漏管5、抽采管6、导流管7、单向阀8、爆破阀9、滤水布套10、捆绳11、定位布套12，其中所述第一囊袋1、第二囊袋2、第三囊袋3均包覆在抽采管6外，并沿抽采管6轴线方向从前至后依次分布，且第一囊袋1、第二囊袋2之间形成第一注浆区101，第二囊袋2、第三囊袋3之间形成第二注浆区102，所述第一注浆区101和第二注浆区102对应的抽采管6上均设两个以上透水孔13，滤水布套10覆盖在透水孔13，注浆管4与抽采管6相互平行分布，且注浆管4部分管段分别嵌于第一囊袋1、第二囊袋2、第三囊袋3内并通过单向阀8与第一囊袋1、第二囊袋2、第三囊袋3相互连通，注浆管4前端位于第一囊袋1前端面外并并通过固定装置16与第一囊袋1外表面相互连接，注浆管4末端位于第三囊袋3外并与堵头14相互连接，堵漏管5分别与第一囊袋1内部，穿过第二囊袋2的内层布201和外层布202通过定位布套12与第二囊袋2外表面相互连接，捆绳11为与第二囊袋2同轴分布的闭合环状结构，包覆在第二囊袋2外并保证堵漏管5出浆口越过捆绳位置所形成的导流槽15，导流槽15深度不小于10mm，爆破阀9至少一个，位于第一注浆区101的注浆管4上并与第一注浆区101相互连通，导流管7穿过第二囊袋2与注浆管4平行分布，导流管7前端面和后端面均位于第二囊袋2外侧并与第一注浆区101和第二注浆区102相互连通。

其中，所述的第一囊袋1、第二囊袋2、第三囊袋3均为空心管状的密闭腔体结构，其侧壁包括内层布201和外层布202，且所述内层布201和外层布202之间为注浆腔203，所述注浆管4嵌于注浆腔203内并通过单向阀8分别与第一囊袋1、第二囊袋2及第三囊袋3的注浆腔203相互连接。

同时，所述的滤水布套10、第一囊袋1、第二囊袋2、第三囊袋3材料均为透水不透浆布料，且透水不透浆布料具体可为帆布、滤布、牛津布中的任意一种。

进一步的优化，所述的滤水布套10长度不小于透水孔13直径5倍。

值得注意的，第一囊袋1、第三囊袋3内另可包覆一根滤水管18，所述滤水管18两端分别位于第一囊袋1、第三囊袋3外侧，其中第一囊袋1处的滤水管18末端与第一注浆区101通过过滤罩17连通，第三囊袋3处的滤水管18前端与第二注浆区102通过过滤罩17连通，且当第一囊袋1、第三囊袋3处设置滤水管18时，抽采管6上不设透水孔13及与透水孔13对应的滤水布套10。

进一步优化的，所述的堵漏管出浆口端利用小直径打孔器在其外表面上打一排辅助出浆口，在装配堵漏管过程中利用胶带纸将出浆口以及辅助出浆口贴合密闭。

如图4所示，瓦斯抽采三囊袋二次堵漏注浆封孔器的封孔方法，包括如下步骤:

S1，准备工作，将装置两端与抽采管固定，连接外接注浆管和堵漏管，插接后续抽采管，将连接好的装置插入钻孔指定位置，安装及调试注浆设备，配置注浆材料；

S2，封孔注浆，完成S1步骤后，驱动外部注浆设备运行，对浆液增压后输送到三囊袋封堵一体式封孔装置的注浆管内，并通过注浆管的各单向阀直接灌注到三囊袋封堵一体式封孔装置的第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋中，并使第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋膨胀并与钻孔孔壁相抵，一方面对三囊袋封堵一体式封孔装置进行强化定位的同时对钻孔进行基本封堵，另一方面在钻孔内形成第一注浆区和第二注浆区，然后向注浆管内持续灌注浆液，增大注浆压力，并在注浆压力大于爆破阀设定值时，爆破阀打开，浆液直接灌注到第一注浆区内并对第一注浆区进行注浆作业，在对第一注浆区进行注浆作业时，持续向第一注浆区灌注浆液，提高第一注浆区内浆液压力，同时使第一注浆区内浆液通过导流管导流到第二注浆区内，对第二注浆区进行注浆作业，在完成第一注浆区、第二注浆区内浆液填充后，持续向第一注浆区、第二注浆区内灌注浆液，提高第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液的压力，并使第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液在压力驱动下，浆液通过滤水布套过滤水分，使浆液中的固体物料聚集在第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内，浆液中的水分则通过抽采管上的透水孔渗入到抽采管中，并沿抽采管从钻孔中排出，并直至第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液压力达到预定值后停止浆液灌注作业并保压至钻孔内浆液凝固，即完成封孔注浆，注浆作业完成后及时清洗注浆设备或立刻对下一个钻孔进行封孔注浆；

S3，堵漏注浆，完成S2步骤后即可进行抽采作业，并在浆液完全凝固后，配置有机化学浆液，堵漏注浆作业前关闭单个钻孔抽采负压，利用专用双液化学注浆泵向堵漏管内注入有机化学浆液，有机化学浆液通过堵漏管出浆口以及辅助出浆口排出，沿着第二囊袋外表面导流槽以及钻孔周围裂隙灌注，并在堵漏管压力达到设定值后停止注浆并对堵漏管进行保压，实现有机化学浆液对钻孔裂隙的堵漏作业，提高抽采效率，堵漏注浆完成后用清水清洗化学注浆泵各个管路。

进一步的，所述的S3步骤中堵漏注浆方案包括堵漏作业压力、温度、浆液流量、流速、浆液类型。

需要特别注意的，所述的S2和S3步骤中，在完成S2步骤中瓦斯抽采三囊袋二次堵漏注浆封孔器定位后，将瓦斯抽采三囊袋二次堵漏注浆封孔器位于钻孔外的抽采管通过抽采系统与负压泵相互连接；在S3步骤进行注浆作业时，当完成第一注浆区、第二注浆区浆液灌注后，在保持浆液作业的同时，启动S2步骤中装配的负压泵，使抽采管内气压不大于0.08MPa并保持气压恒定，并在完成S3步骤注浆作业停止注浆作业后，负压泵持续运行10—60分钟后再停止运行。

此外，在S3步骤中，通过抽采管将第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液水分直接排出，从而有效的提高第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液固体物料间的密度，减少浆液中水分含量，从而在提高浆液凝固效率的同时，另有效消除了浆液凝固时水蒸气造成的气泡、沙眼缺陷，从而提高凝固后浆液的整体结构强度和防止钻孔密封不严漏气等情况发生。

本发明较传统的注浆封孔设备及工艺，一方面极大的简化了注浆封孔设备结构和封孔作业工艺，并可对钻孔实现多级封堵和二次封堵作业，从而极大的提高了封堵作业的工作灵活性和质量，另一方面可有效对浆液中的水分进行固液分离过滤作业，并通过滤水作业有效克服浆液水灰比过大造成的凝固时间长且凝固后封孔段固结体不饱满变型的缺陷，从而达到在有效提高浆液凝固效率和凝固质量的同时，另可极大的提高封堵浆液凝固后固体封堵结构的密度、结构强度和承压耐压能力，有效的杜绝漏气等严重钻孔封堵作业质量和钻孔抽采作业质量的情况发生。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种三囊袋封堵一体式封孔装置，其特征在于：所述的三囊袋封堵一体式封孔装置包括第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋、注浆管、堵漏管、抽采管、导流管、单向阀、爆破阀、滤水布套、捆绳及定位布套，其中所述第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋包覆在抽采管外，并沿抽采管轴线方向从前至后依次分布，且第一囊袋、第二囊袋之间形成第一注浆区，第二囊袋、第三囊袋之间形成第二注浆区，所述第一注浆区和第二注浆区对应的抽采管上均设两个以上透水孔，所述滤水布套覆盖透水孔，所述注浆管与抽采管相互平行分布，且注浆管部分管段分别嵌于第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋内并通过单向阀与第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋内部相互连通，所述注浆管前端位于第一囊袋前端面并通过固定装置与第一囊袋外表面相互连接，所述注浆管末端位于第三囊袋外并与堵头相互连接，所述堵漏管穿过第一囊袋内部，穿过第二囊袋的内层布和外层布通过定位布套与第二囊袋外表面相互连接，所述捆绳为与第二囊袋同轴分布的闭合环状结构，包覆在第二囊袋外并保证堵漏管出浆口越过捆绳位置所形成的导流槽，所述导流槽深度不小于10mm，所述定位布套缝制在第二囊袋外表面覆盖住堵漏管，且对应导流槽位置处预留出自由面，爆破阀至少一个，位于第一注浆区的注浆管上并与第一注浆区相互连通，所述导流管穿过第二囊袋与注浆管平行分布，所述导流管前端面和后端面均位于第二囊袋外侧并与第一注浆区和第二注浆区相互连通。

2.根据权利要求1所述的三囊袋封堵一体式封孔装置，其特征在于：所述的第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋均为空心管状的密闭腔体结构，其侧壁包括内层布和外层布，且所述内层布和外层布之间为注浆腔，所述注浆管嵌于注浆腔内并通过单向阀分别与第一囊袋、第二囊袋及第三囊袋的注浆腔相互连接。

3.根据权利要求1所述的三囊袋封堵一体式封孔装置及封孔方法，其特征在于：所述的滤水布套、第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋材料均为透水不透浆布料。

4.根据权利要求1所述的三囊袋封堵一体式封孔装置，其特征在于：所述的滤水布套长度不小于透水孔直径5倍。

5.根据权利要求1所述的三囊袋封堵一体式封孔装置，其特征在于：所述第一囊袋、第三囊袋内另可包覆一根滤水管，所述滤水管两端分别位于第一囊袋、第三囊袋外侧，其中第一囊袋处的滤水管末端与第一注浆区通过过滤罩连通，第三囊袋处的滤水管前端与第二注浆区通过过滤罩连通，且当第一囊袋、第三囊袋处设置滤水管时，抽采管上不设透水孔及与透水孔对应的滤水布套。

6.根据权利要求1所述的三囊袋封堵一体式封孔装置，其特征在于：所述的堵漏管出浆口端利用小直径打孔器在其外表面上打一排辅助出浆口，在装配堵漏管过程中利用胶带纸将出浆口以及辅助出浆口贴合密闭。

7.三囊袋封堵一体式封孔装置及封孔方法，其特征在于，所述的三囊袋封堵一体式封孔装置及封孔方法包括如下步骤：

S1，准备工作，将装置两端与抽采管固定，连接外接注浆管和堵漏管，插接后续抽采管，将连接好的装置插入钻孔指定位置，安装及调试注浆设备，配置注浆材料；

S2，封孔注浆，完成S1步骤后，驱动外部注浆设备运行，对浆液增压后输送到三囊袋封堵一体式封孔装置的注浆管内，并通过注浆管的各单向阀直接灌注到三囊袋封堵一体式封孔装置的第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋中，并使第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋膨胀并与钻孔孔壁相抵，一方面对三囊袋封堵一体式封孔装置进行强化定位的同时对钻孔进行基本封堵，另一方面在钻孔内形成第一注浆区和第二注浆区，然后向注浆管内持续灌注浆液，增大注浆压力，并在注浆压力大于爆破阀设定值时，爆破阀打开，浆液直接灌注到第一注浆区内并对第一注浆区进行注浆作业，在对第一注浆区进行注浆作业时，持续向第一注浆区灌注浆液，提高第一注浆区内浆液压力，同时使第一注浆区内浆液通过导流管导流到第二注浆区内，对第二注浆区进行注浆作业，在完成第一注浆区、第二注浆区内浆液填充后，持续向第一注浆区、第二注浆区内灌注浆液，提高第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液的压力，并使第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液在压力驱动下，浆液通过滤水布套过滤水分，使浆液中的固体物料聚集在第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内，浆液中的水分则通过抽采管上的透水孔渗入到抽采管中，并沿抽采管从钻孔中排出，并直至第一囊袋、第二囊袋、第三囊袋及第一注浆区、第二注浆区内浆液压力达到预定值后停止浆液灌注作业并保压至钻孔内浆液凝固，即完成封孔注浆，注浆作业完成后及时清洗注浆设备或立刻对下一个钻孔进行封孔注浆；

S3，堵漏注浆，完成S2步骤后即可进行抽采作业，并在浆液完全凝固后，配置有机化学浆液，堵漏注浆作业前关闭单个钻孔抽采负压，利用专用双液化学注浆泵向堵漏管内注入有机化学浆液，有机化学浆液通过堵漏管出浆口以及辅助出浆口排出，沿着第二囊袋外表面导流槽以及钻孔周围裂隙灌注，并在堵漏管压力达到设定值后停止注浆并对堵漏管进行保压，实现有机化学浆液对钻孔裂隙的堵漏作业，提高抽采效率，堵漏注浆完成后用清水清洗化学注浆泵各个管路。

8.根据权利要求7所述的三囊袋封堵一体式封孔装置及封孔方法，其特征在于：所述的S3步骤中堵漏注浆方案包括堵漏作业压力、温度、浆液流量、流速、浆液类型。