CN110186344B - 一种用于煤矿切顶的封堵装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤矿切顶的封堵装置及方法，目的是为了解决现有技术中存在的密封不可靠、膨胀效果有限且封堵成本高的问题，一种用于煤矿切顶的封堵装置，包括芯轴、紧固组件、锁紧螺母及驱动螺母；芯轴包括依次同轴设置的柱状塞体、锥台和螺杆；螺杆与驱动螺母螺纹连接；芯轴沿其轴心设置有通线孔；紧固组件为卡瓦结构；卡瓦结构套装于锥台和螺杆上，其包括四瓣卡瓦，每一瓣卡瓦的后端面设置有凸起，凸起与锁紧螺母螺纹连接；驱动螺母位于锁紧螺母的后方且两者紧密相抵。基于上述的封堵装置，本发明还提供了一种用于煤矿切顶的封堵方法，该方法一方面大幅提高了裂缝的长度，另一方面切顶面成型好，避免了岩石孤岛的存在，提高了作业效果。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下封堵技术，具体涉及一种用于煤矿切顶的封堵装置及方法。
背景技术
传统的切顶护巷技术采用矿用炸药进行爆破作业，然而由于在孔眼内增加了火药，作用时间长，生成气体多，炮泥或水泥的孔眼封堵方法无法满足施工要求，施工后孔眼内的残渣和高温气体冲出，由于巷道内存在瓦斯和粉尘，为此增加了施工安全隐患。
为解决此安全隐患，中国专利申请号为201120297739.5，专利名称：《炮眼封堵器》，申请时间：2011年08月16日，公开了一种炮眼封堵器，该专利采用在柱状塞体外圆表面一体成型密集分布倒刺的结构，柱状塞体塞入炮眼后，倒刺在炮眼内壁的作用发生沿柱状塞体径向变形，产生径向向外的预应力，涨紧的同时，利用倒刺卡住炮眼壁表面，多点接触增大摩擦，因而具有较高的堵塞强度，在爆破高压气体的冲击下，倒刺具有较好的自锁性能。
然而上述的炮眼封堵器存在三个缺陷：
第一，仅仅靠柱状塞体外圆表面的倒刺密封，密封不可靠，存在安全隐患；
第二，柱状塞体的膨胀效果有限；
第三，柱状塞体为一次性用品，不可回收利用，以至于成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的密封不可靠、膨胀效果有限且封堵成本高的问题，而提供了一种用于煤矿切顶的封堵装置及方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
本发明的一种用于煤矿切顶的封堵装置，包括芯轴及紧固组件，所述芯轴包括柱状塞体；
其特殊之处在于：
所述封堵装置还包括锁紧螺母及驱动螺母；
所述芯轴还包括依次同轴设置在柱状塞体后方的锥台和螺杆；
所述螺杆与驱动螺母螺纹连接；
所述芯轴沿其轴心设置有通线孔；
所述紧固组件为卡瓦结构；
所述卡瓦结构套装于锥台和螺杆上，其包括至少三瓣卡瓦，每一瓣卡瓦的后端面设置有凸起，每个凸起的外表面上设置有螺纹；
所述锁紧螺母与所有凸起螺纹连接；
所述驱动螺母位于锁紧螺母的后方且两者紧密相抵。
进一步地，为了加强本装置的密封性，所述卡瓦结构的外表面还套装有两个密封圈。
进一步地，为了使卡瓦结构的径向变形膨胀效果更好，所述卡瓦结构套装于所述锥台部分的长度小于锥台的整体长度。
进一步地，所述柱状塞体、锥台和螺杆的长度比例为1:9:4,所述芯轴总长度范围为30-80厘米；
进一步地，为了进一步增加卡瓦结构的径向变形效果，所述卡瓦为四瓣。
基于上述的封堵装置，本发明还提供了一种用于煤矿切顶的封堵方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
步骤1)将雷管的引线短路后穿过所述封堵装置的通线孔与切顶装置连接，再将切顶装置安装到孔眼内并检查其正确性；
步骤2)将炮泥塞入孔眼并捣实，所述炮泥按照质量百分数由以下组分组成：澎润土65-75％、水泥：15-25％、水10-15％；
步骤3)将所述封堵装置放入孔眼，并旋转所述驱动螺母推动卡瓦结构前移至卡瓦上的卡牙与孔壁贴合；
步骤4)待所述炮泥固化后，检查整个管串至满足指标要求时，进行点火起爆。
进一步地，所述步骤2)中炮泥的塞入量为捣实后长度在两米以上。
进一步地，所述步骤4)中炮泥的固化时间为50-80分钟。
进一步地，在所述步骤1)之前测量切顶装置长度和封堵装置的长度，将二者的长度之和加上将要塞入孔眼的炮泥长度后与孔眼长度相比，保证中切顶装置、炮泥以及封堵装置安装于孔眼之后，封堵装置的后端面距离孔眼口至少0.5米。
本发明的有益效果是：
1.本发明的一种用于煤矿切顶的封堵装置在芯轴上设置有至少三瓣卡瓦，卡瓦结构外又套装有密封圈，因此该装置在与炮泥的共同作用下起到三重密封作用；
第一，密封圈的密封作用；
第二，点火起爆后切顶装置产生的高温高压气体冲击炮泥，炮泥压缩发生塑性变形，部分炮泥填充到封堵装置于孔道内壁之间起到密封作用；
第三，点火起爆后芯轴在应力波冲击下向后推动，迫使四瓣卡瓦结构发生径向变形，与卡瓦上的倒刺共同作用，阻止了封堵装置在孔道的轴向移动，大幅提高了堵塞的强度，进一步起到密封作用；
三重密封作用实现了在炸药和火药共同作用时炮眼内残渣及火药气体不冲出孔道，确保了煤矿井下巷道施工的安全。
2.本发明的一种用于煤矿切顶的封堵装置是在芯轴上套装了卡瓦结构，卡瓦结构又分为至少三瓣，每一瓣卡瓦分别为独立个体，因此卡瓦结构变形膨胀不受自身限制，膨胀堵塞效果更佳。
3.本发明的一种用于煤矿切顶的封堵装置可回收再次利用，节省成本。
4.本发明一种用于煤矿切顶的封堵方法中所制造的炮泥，由于增加了水泥成分，减小了炮泥的固化时间，增加了炮泥的抗冲力强度，还增加了炮泥的粘接力，在点火起爆后高温高压气体冲击炮泥，炮泥变形降低了应力波的峰值，保护封堵装置不直接受应力波冲击。
5.本发明中炮泥的塞入量为捣实后长度在两米以上，又保证封堵装置的后端面距离孔眼口至少0.5米，一方面大幅提高了裂缝的长度，另一方面切顶面成型好，避免了岩石孤岛的存在，提高了作业效果。
附图说明
图1是本发明中封堵装置的结构示意图图；
图2是本发明的卡瓦后端局部放大剖视图图；
图3是本发明的卡瓦结构后视剖面图；
图4是本发明的封堵装置使用时的安装位置图。
图中，1-芯轴，11-螺杆，12-锥台，13-柱状塞体；
2-紧固组件，21-卡瓦，211-凸起；
3-密封圈，4-锁紧螺母，5-驱动螺母，6-通线孔；
8-切顶装置，9-炮泥，10-封堵装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于煤矿切顶的封堵装置及方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种用于煤矿切顶的封堵装置的结构如下：
结合图1、图2以及图3所示，包括芯轴1、紧固组件2、锁紧螺母4及驱动螺母5；
芯轴1包括柱状塞体13，还包括依次同轴设置在柱状塞体13后方的锥台12和螺杆11；螺杆11与驱动螺母5螺纹连接；芯轴1沿其轴心设置有通线孔6；紧固组件2为卡瓦结构；
卡瓦结构套装于锥台12和螺杆11上，其包括四瓣卡瓦21，每一瓣卡瓦21的后端面设置有凸起211，每个凸起211的外表面上设置有螺纹；锁紧螺母4与所有凸起211螺纹连接，从而锁紧螺母4将四瓣卡瓦21抱紧；每一瓣卡瓦都是一个独立的零部件，因此其径向变形不受本装置的限制，膨胀效果更好；
驱动螺母5位于锁紧螺母4的后方且两者紧密相抵。由此，将本装置放入孔眼后，旋转驱动螺母5可初步使卡瓦结构与孔壁贴合；
优选的，卡瓦结构的外表面还套装有两个密封圈3，提高本装置的密封效果。
由于锥台12的母线特性，优选的，卡瓦结构套装于锥台12部分的长度小于锥台12的整体长度，则使得锥台的前端和孔壁之间留有用于卡瓦结构的径向变形空间，进一步提高卡瓦结构的膨胀效果。
优选的，柱状塞体、锥台12和螺杆11的长度比例为1:9:4,所述芯轴1总长度范围为70厘米。
基于上述的一种用于煤矿切顶的封堵装置的封堵方法具体如下：
结合图4所示，首先测量切顶装置长度和封堵装置的长度，将二者的长度之和加上将要塞入孔眼的炮泥长度后与孔眼长度相比，保证中切顶装置、炮泥以及封堵装置安装于孔眼之后，封堵装置的后端面距离孔眼口1米；再进行以下步骤；
步骤1)将雷管的引线短路后穿过所述封堵装置的通线孔与切顶装置连接，再将切顶装置安装到孔眼内并检查其正确性；
步骤2)将炮泥塞入孔眼并捣实，所述炮泥按照质量百分数由以下组分组成：澎润土65-75％、水泥：15-25％、水10-15％；
步骤3)将所述封堵装置放入孔眼，并旋转所述驱动螺母推动卡瓦结构前移至卡瓦上的卡牙与孔壁贴合；
步骤4)待所述炮泥固化后，检查整个管串至满足指标要求时，进行点火起爆。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于煤矿切顶的封堵装置，包括芯轴(1)及紧固组件(2)，所述芯轴(1)包括柱状塞体(13)；
其特征在于：
还包括锁紧螺母(4)及驱动螺母(5)；
所述芯轴(1)还包括依次同轴设置在柱状塞体(13)后方的锥台(12)和螺杆(11)；
所述螺杆(11)与驱动螺母(5)螺纹连接；
所述芯轴(1)沿其轴心设置有通线孔(6)；
所述紧固组件(2)为卡瓦结构；
所述卡瓦结构套装于锥台(12)和螺杆(11)上，其包括至少三瓣卡瓦(21)，每一瓣卡瓦(21)的后端面设置有凸起(211)，每个凸起(211)的外表面上设置有螺纹；
所述锁紧螺母(4)与所有凸起(211)螺纹连接；
所述驱动螺母(5)位于锁紧螺母(4)的后方且两者紧密相抵。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿切顶的封堵装置，其特征在于：所述卡瓦结构的外表面还套装有两个密封圈(3)。
3.根据权利要求2所述的一种用于煤矿切顶的封堵装置，其特征在于：所述卡瓦结构套装于所述锥台(12)部分的长度小于锥台(12)的整体长度。
4.根据权利要求2所述的一种用于煤矿切顶的封堵装置，其特征在于：所述柱状塞体、锥台(12)和螺杆(11)的长度比例为1:9:4,所述芯轴(1)总长度范围为30-80厘米。
5.根据权利要求2所述的一种用于煤矿切顶的封堵装置，其特征在于：所述卡瓦(21)为四瓣。
6.一种用于煤矿切顶的封堵方法，基于权利要求1-5任一所述的用于煤矿切顶的封堵装置，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)将雷管的引线短路后穿过所述封堵装置的通线孔与切顶装置连接，再将切顶装置安装到孔眼内并检查其正确性；
步骤2)将炮泥塞入孔眼并捣实，所述炮泥按照质量百分数由以下组分组成：澎润土65-75％、水泥：15-25％、水10-15％；
步骤3)将所述封堵装置放入孔眼，并旋转所述驱动螺母推动卡瓦结构前移至卡瓦上的卡牙与孔壁贴合；
步骤4)待所述炮泥固化后，检查整个管串至满足指标要求时，进行点火起爆。
7.根据权利要求6所述的一种用于煤矿切顶的封堵方法，其特征在于：所述步骤2)中炮泥的塞入量为捣实后长度在两米以上。
8.根据权利要求6所述的一种用于煤矿切顶的封堵方法，其特征在于：所述步骤4)中炮泥的固化时间为50-80分钟。
9.根据权利要求6所述的一种用于煤矿切顶的封堵方法，其特征在于：在所述步骤1)之前测量切顶装置长度和封堵装置的长度，将二者的长度之和加上将要塞入孔眼的炮泥长度后与孔眼长度相比，保证中切顶装置、炮泥以及封堵装置安装于孔眼之后，封堵装置的后端面距离孔眼口至少0.5米。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.1307, 13 / F, block a, No.51 Tangyan Road, hi tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710075 Applicant after: Tongyuan Petroleum Science and Technology Group Co.,Ltd. Address before: Room D301, tanglege, software park, Keji 2nd Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710075 Applicant before: Tongyuan Petroleum Science and Technology Group Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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