CN110439497A - 钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备及使用方法 - Google Patents

钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备，包括，前置封孔器，与前置封孔器通过连接头连接的若干个过渡封孔器，以及通过连接头与最后一节过渡封孔器连接的后置封孔器；有益效果：本发明通过多根搭配组合的前置封孔器、过渡封孔器和后置封孔器，在实际钻孔中，可以互相搭配组合，在多根封孔器的协同作用下，同时具有多段封堵、致裂、注浆、注水等效果，相对于现有技术而言具有更简单高效施工的优势。

Description

钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备及使用方法
技术领域
本发明涉及矿山设备领域，具体涉及一种钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备及使用方法。
背景技术
在煤矿井下工作中，由于煤层、岩层产状变化大，地质环境复杂，开采中会遇见不同的工程条件，包括：
（1）坚硬难以垮落的顶板。坚硬顶板可能会导致采空区的大范围悬顶，垮落后会出现高强度周期来压，严重的可导致冲击矿压、飓风、巷道瓦斯爆炸等灾害，需要对坚硬岩石进行致裂，破坏顶板的完整性；
（2）软弱破碎的围岩。巷道位于破碎围岩内容易发生顶板下沉、底鼓和帮部大变形等情况，严重影响到巷道的服务能力和服务年限，需要及时对需要对煤层顶底板进行注浆加固；
（3）冒放性差的坚硬煤层。在放顶煤开采时，坚硬煤体在放煤时会形成大块难以垮落或不垮落，对采煤效率和采出率影响很大，需要对煤层进行预裂或注水软化，提高放煤效率。
综上所述，在同一井下环境可能同时出现上述几种情况，现有的设备和方法难以同时实现致裂、注浆、注水等工艺，分别采用各个设备又会提高成本、浪费时间，增加了各个工艺的复杂程度，需要一种新设备、新方法来解决致裂、注浆、注水等多工序间的匹配问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决不同煤层下存在的封堵、致裂、注浆、注水等问题，本发明提供一种钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备，包括，前置封孔器，与前置封孔器通过连接头连接的若干个过渡封孔器，以及通过连接头与最后一节过渡封孔器连接的后置封孔器。
所述前置封孔器包括：前置泵送管；在前置泵送管的一端密封有水堵；前置泵送管的中部设有前置膨胀胶囊，该前置膨胀胶囊的两端通过第一出液密封环和第一进液密封环与前置泵送管密封连接；所述前置泵送管的另一端至出第一进液密封环之间的前置泵送管上设有若干个贯穿的交换孔；所述第一进液密封环上设有插入膨胀胶囊内的第一进液管。
所述过渡封孔器包括过渡泵送管，所述过渡泵送管的两端贯通，在过渡泵送管的中部设有两端通过第二出液密封环和第二进液密封环密封的过渡膨胀胶囊；所述第二出液密封环和第二进液密封环上分别设有插到过渡膨胀胶囊内的第二排液管和第二进液管；在过渡膨胀胶囊两侧的过渡泵送管上均设有若干个贯穿的交换孔。
所述后置封孔器包括两端贯穿的后置泵送管，在后置泵送管上设有后置膨胀胶囊，所述后置膨胀胶囊的两侧分别通过第三出液密封环和第三进液密封环与后置泵送管密封；所述第三出液密封环和第三进液密封环上分别设有插在后置膨胀胶囊内的第三排液管和第三进液管；所述第三出液密封环至出液端之间的后置泵送管上设有若干个交换孔；所述第三进液密封环端的第三进液管和后置泵送管的进液口与外部高压设备连接。
所述第一进液管和第二排液管之间、相邻两个过渡封孔器之间的第二排液管和第二进液管之间，以及第三排液管和最后一级过渡封孔器的第二进液管之间均通过连接管连通。
所述前置泵送管、过渡泵送管和后置泵送管的内部均包括两根对称设置的注水管，以及与两根注水管垂直设置的致裂注浆管；所述注水管和致裂注浆管上分别设有若干个交换孔；所述注水管通过注水工作管与外部的注水泵连接；所述致裂注浆管通过致裂注浆工作管与外部的致裂泵或注浆泵连接；所述第三进液管通过增压工作管与外部的注水泵连接。
本发明中的一种实施方式，安装在两根注水管或两根致裂注浆管上的交换孔的开孔方向朝向沿着中心朝外设置。
进一步地，所述前置膨胀胶囊、过渡膨胀胶囊和后置膨胀胶囊的材料是弹性橡胶材质。其中，与所述注水泵、致裂泵和注浆泵工作端连接的管道上设有压力表和控制水阀。
一种使用钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备的方法，包括如下步骤：
a、对煤层或岩层完成钻孔施工；
b、根据孔径和深度选择前置封孔器和后置封孔器以及若干根过渡封孔器；把选择好的多根封孔器通过连接头固定连接成一体；
c、把步骤b中的封孔器送至步骤a中钻孔内的指定位置；
d、将注水管.与注水泵连接，通过注水把钻孔内的异物清理完毕；
e、若仅对钻孔进行封堵，则执行如下步骤：
e）、将第二进液管与外部增压泵连接；
e）、启动增压泵，让串联的前置膨胀胶囊、过渡膨胀胶囊和后置膨胀胶囊在钻孔内膨胀，实现封堵；
f、若对钻孔进行致裂，则在步骤e的基础上，执行如下步骤：
f）、把致裂注浆管与致裂泵连接，并密封住注水管；
f）、启动致裂泵，直至致裂泵的压力表突然降低，再停止致裂泵的工作；
g、若对钻孔进行注浆，则在步骤e的基础上，执行如下步骤：
g）、把致裂注浆管与注浆泵连接，并密封住注水管；
g）、启动注浆泵，直至注水管处的压力表读数与注浆泵上压力表同步增加，则停止注浆；
h、若对钻孔注水，则在步骤e的基础上，执行如下步骤：
h）、堵住致裂注浆管，并且把注水管通过注水工作管与注水泵连接；
h）、直至注水工作管上的注水压力表读数急剧增加时，让注水泵停止工作。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过多根搭配组合的前置封孔器、过渡封孔器和后置封孔器，在实际钻孔中，可以互相搭配组合，在多根封孔器的协同作用下，同时具有封堵、致裂、注浆、注水等效果，相对于现有技术而言具有更简单高效施工的优势。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中A-A的剖视图；
图3为图1中B-B的剖视图；
图4为图1中C-C的剖视图；
图5为图1中D-D的剖视图；
图6为本发明应用在坚硬煤层的结构示意图；
图7为本发明应用在破碎围岩的结构示意图。
图中，1前置封孔器、2过渡封孔器、3后置封孔器、41前置泵送管、42过渡泵送管、43后置泵送管、4.1水堵、4.2交换孔、4.3进液口、4.4注水管、4.5致裂注浆管、5.1第一出液密封环、5.2第一进液密封环、5.3第二出液密封环、5.4第二进液密封环、5.5第三出液密封环、5.6第三进液密封环、5.7贯穿孔、6.1第一进液管、6.2第二排液管、6.3第二进液管、6.4第三排液管、6.5第三进液管、6.6连接管、71前置膨胀胶囊、72过渡膨胀胶囊、73后置膨胀胶囊、8连接头、91增压工作管、92注水工作管、92.1注水阀、93致裂注浆工作管、93.1致裂注浆阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1至7所示，钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备，包括，前置封孔器1，与前置封孔器1通过连接头8连接的若干个过渡封孔器2，以及通过连接头8与最后一节过渡封孔器2连接的后置封孔器3。在钻孔直径比较短的时候，还可以不使用中间的过渡封孔器2，对于长度较长的钻孔可以根据实际情况选择过渡封孔器2的数量。
所述前置封孔器1包括：前置泵送管41；在前置泵送管41的一端密封有水堵4.1；前置泵送管41的中部设有前置膨胀胶囊71，该前置膨胀胶囊71的两端通过第一出液密封环5.1和第一进液密封环5.2与前置泵送管41密封连接，密封后从注水管4.4中注入的高压水可以把前置膨胀胶囊71撑开，以起到封堵的作用；所述前置泵送管41的另一端至出第一进液密封环5.2之间的前置泵送管41上设有若干个贯穿的交换孔4.2；所述第一进液密封环5.2上设有插入膨胀胶囊7内的第一进液管6.1。
对于过渡封孔器2的结构包括过渡泵送管42，所述过渡泵送管42的两端贯通，在过渡泵送管42的中部设有两端通过第二出液密封环5.3和第二进液密封环5.4密封的过渡膨胀胶囊72；所述第二出液密封环5.3和第二进液密封环5.4上分别设有插到过渡膨胀胶囊72内的第二排液管6.2和第二进液管6.3；在过渡膨胀胶囊72两侧的过渡泵送管42上均设有若干个贯穿的交换孔4.2。
对于后置封孔器3包括两端贯穿的后置泵送管43，在后置泵送管43上设有后置膨胀胶囊73，所述后置膨胀胶囊73的两侧分别通过第三出液密封环5.5和第三进液密封环5.6与后置泵送管43密封；所述第三出液密封环5.5和第三进液密封环5.6上分别通过贯穿孔5.7设有插在后置膨胀胶囊73内的第三排液管6.4和第三进液管6.5；所述第三出液密封环5.5至出液端之间的后置泵送管43上设有若干个交换孔4.2；所述第三进液密封环5.6端的第三进液管6.5和后置泵送管43的进液口4.3与外部高压设备连接；
所述第一进液管6.1和第二排液管6.2之间、相邻两个过渡封孔器2之间的第二排液管6.2和第二进液管6.3之间，以及第三排液管6.4和最后一级过渡封孔器2的第二进液管6.3之间均通过连接管6.6连通。
如附图4和附图5中所示，所述前置泵送管41、过渡泵送管42和后置泵送管43的内部均包括两根对称设置的注水管4.4，以及与两根注水管4.4垂直设置的致裂注浆管4.5；所述注水管4.4和致裂注浆管4.5上分别设有若干个交换孔4.2。所述注水管4.4通过注水工作管92与外部的注水泵连接；所述致裂注浆管4.5通过致裂注浆工作管93与外部的致裂泵或注浆泵连接；所述第三进液管6.5通过增压工作管91与外部的注水泵连接。为了保护注水工作管92和致裂注浆工作管93的正常工作，一般可以装有水阀。所述注水工作管92上设有注水阀92.1；所述致裂注浆工作管93上设有致裂注浆阀93.1。
如图4所示，为了确保注浆、致裂和注水过程设备的平衡，在两根注水管4.4或两根致裂注浆管4.5上的交换孔4.2的开孔方向朝向沿着中心朝外对称设置。
为了让所述前置膨胀胶囊71、过渡膨胀胶囊72和后置膨胀胶囊73具备更好的弹性，可以让前置膨胀胶囊71、过渡膨胀胶囊72和后置膨胀胶囊73的材料是弹性橡胶材质。
其中，与所述注水泵、致裂泵和注浆泵工作端连接的管道上设有压力表和控制水阀。
在使用本发明时，可以有如下的步骤：
a、对岩层完成钻孔施工。
b、根据孔径和深度选择前置封孔器1和后置封孔器3以及若干根过渡封孔器2；把选择好的多根封孔器通过连接头8固定连接成一体。连接头8在使用时，可以是螺纹连接，在螺纹连接处需要加装密封垫等密封材料。其中，过渡封孔器2的数量，可以不使用，也可以使用多根，具体的使用数量需要根据钻孔深度和现场条件确认。
c、把步骤b中的封孔器送至步骤a中钻孔内的指定位置；
d、将注水管4.4与注水泵连接，利用注水把钻孔内的异物清理完毕；在清理异物之前，不能让前置膨胀胶囊71、过渡膨胀胶囊72和后置膨胀胶囊73膨胀，以便排出碎石等异物。
e、若仅对钻孔进行封堵，则执行如下步骤：
e1）、将第二进液管6.3与外部增压泵连接；
e2）、启动增压泵，让串联的前置膨胀胶囊71、过渡膨胀胶囊72和后置膨胀胶囊73在钻孔内膨胀，实现封堵。
f、若对钻孔进行致裂，则在步骤e的基础上，执行如下步骤：
f1）、把致裂注浆管4.5与致裂泵连接，并密封住注水管4.4；
f2）、启动致裂泵，直至致裂泵的压力表突然降低，再停止致裂泵的工作；
g、若对钻孔进行注浆，则在步骤e的基础上，执行如下步骤：
g1）、把致裂注浆管4.5与注浆泵连接，并密封住注水管4.4；
g2）、启动注浆泵，直至注水管4.4处的压力表读数与注浆泵上压力表同步增加，则停止注浆；
h、若对钻孔注水，则在步骤e的基础上，执行如下步骤：
h1）、堵住致裂注浆管4.5，并且把注水管4.4通过注水工作管92与注水泵连接；
h2）、直至注水工作管92上的注水压力表读数急剧增加时，让注水泵停止工作。
上述的方式可以根据现场的实际情况进行组合搭配，以提高本发明的使用效率。

Claims (6)

1.钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备，其特征在于：包括，前置封孔器（1），与前置封孔器（1）通过连接头（8）连接的若干个过渡封孔器（2），以及通过连接头（8）与最后一节过渡封孔器（2）连接的后置封孔器（3）；
所述前置封孔器（1）包括：前置泵送管（41）；在前置泵送管（41）的一端密封有水堵（4.1）；前置泵送管（41）的外部设有前置膨胀胶囊（71），该前置膨胀胶囊（71）的两端通过第一出液密封环（5.1）和第一进液密封环（5.2）与前置泵送管（41）密封连接；所述前置泵送管（41）的另一端至出第一进液密封环（5.2）之间的前置泵送管（41）上设有若干个贯穿的交换孔（4.2）；所述第一进液密封环（5.2）上设有插入前置膨胀胶囊（71）内的第一进液管（6.1）；
所述过渡封孔器（2）包括过渡泵送管（42），所述过渡泵送管（42）的两端贯通，在过渡泵送管（42）的中部设有两端通过第二出液密封环（5.3）和第二进液密封环（5.4）密封的过渡膨胀胶囊（72）；所述第二出液密封环（5.3）和第二进液密封环（5.4）上分别设有插入过渡膨胀胶囊（72）内的第二排液管（6.2）和第二进液管（6.3）；在过渡膨胀胶囊（72）两侧的过渡泵送管（42）上均设有若干个贯穿的交换孔（4.2）；
所述后置封孔器（3）包括两端贯穿的后置泵送管（43），在后置泵送管（43）上设有后置膨胀胶囊（73），所述后置膨胀胶囊（73）的两侧分别通过第三出液密封环（5.5）和第三进液密封环（5.6）与后置泵送管（43）密封；所述第三出液密封环（5.5）和第三进液密封环（5.6）上分别设有插在后置膨胀胶囊（73）内的第三排液管（6.4）和第三进液管（6.5）；所述第三出液密封环（5.5）至出液端之间的后置泵送管（43）上设有若干个交换孔（4.2）；所述第三进液密封环（5.6）端的第三进液管（6.5）和后置泵送管（43）的进液口（4.3）与外部高压设备连接；
所述第一进液管（6.1）和第二排液管（6.2）之间、相邻两个过渡封孔器（2）之间的第二排液管（6.2）和第二进液管（6.3）之间，以及第三排液管（6.4）和最后一级过渡封孔器（2）的第二进液管（6.3）之间均通过连接管（6.6）连通；
所述前置泵送管（41）、过渡泵送管（42）和后置泵送管（43）的内部均包括两根对称设置的注水管（4.4），以及与两根注水管（4.4）垂直设置的致裂注浆管（4.5）；所述注水管（4.4）和致裂注浆管（4.5）上分别设有若干个交换孔（4.2）；
所述注水管（4.4）通过注水工作管（92）与外部的注水泵连接；
所述致裂注浆管（4.5）通过致裂注浆工作管（93）与外部的致裂泵或注浆泵连接；
所述第三进液管（6.5）通过增压工作管（91）与外部的注水泵连接。
2.根据权利要求1所述的钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备，其特征在于：安装在两根注水管（4.4）或两根致裂注浆管（4.5）上的交换孔（4.2）的开孔方向朝向沿着中心朝外设置。
3.根据权利要求1所述的钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备，其特征在于：所述前置膨胀胶囊（71）、过渡膨胀胶囊（72）和后置膨胀胶囊（73）的材料是弹性橡胶材质。
4.根据权利要求3所述的钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备，其特征在于：与所述注水泵、致裂泵和注浆泵工作端连接的管道上设有压力表和控制水阀。
5.根据权利要求1所述的钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备，其特征在于：所述注水工作管（92）上设有注水阀（92.1）；所述致裂注浆工作管（93）上设有致裂注浆阀（93.1）。
6.一种使用权力要求1至5任一权利要求所述钻孔多段封堵、致裂、注浆、注水一体化设备的方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、对煤层或岩层完成钻孔施工；
b、根据孔径和深度选择前置封孔器（1）和后置封孔器（3）以及若干根过渡封孔器（2）；把选择好的多根封孔器通过连接头（8）固定连接成一体；
c、把步骤b中的封孔器送至步骤a中钻孔内的指定位置；
d、将注水管（4.4）与注水泵连接，通过注水把钻孔内的异物清理完毕；
e、若仅对钻孔进行封堵，则执行如下步骤：
e1）、将第二进液管（6.3）与外部增压泵连接；
e2）、启动增压泵，让串联的前置膨胀胶囊（71）、过渡膨胀胶囊（72）和后置膨胀胶囊（73）在钻孔内膨胀，实现封堵；
f、若对钻孔进行致裂，则在步骤e的基础上，执行如下步骤：
f1）、把致裂注浆管（4.5）与致裂泵连接，并密封住注水管（4.4）；
f2）、启动致裂泵，保持压力稳步上升，直至致裂泵的压力表突然降低，再停止致裂泵的工作；
g、若对钻孔进行注浆，则在步骤e的基础上，执行如下步骤：
g1）、把致裂注浆管（4.5）与注浆泵连接，并密封住注水管（4.4）；
g2）、启动注浆泵，直至注水管（4.4）处的压力表读数与注浆泵上压力表同步增加，则停止注浆；
h、若对钻孔注水，则在步骤e的基础上，执行如下步骤：
h1）、堵住致裂注浆管（4.5），并且把注水管（4.4）通过注水工作管（92）与注水泵连接；
h2）、直至注水工作管（92）上的注水压力表读数急剧增加时，让注水泵停止工作。
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