CN111622777B - 一种矿井水害治理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井水害治理领域，具体涉及一种矿井水害治理装置和方法，注浆管的外侧设有封堵机构，封堵机构包括环形的安装座，安装座的外侧设有筒状的弹性橡胶圈，安装座与弹性橡胶圈之间设有灌注腔，安装座上固定安装有连通灌注腔的注液管和出液管，注液管和出液管上分别设有阀门，注液管连接有注蜡机构，灌注腔内设有加热机构和冷却机构；本发明通过注蜡机构向灌注腔内注蜡使弹性橡胶圈膨胀，并通过冷却管使液蜡快速凝固变硬，从而对弹性橡胶圈的内壁起到更好的支撑作用；注浆液凝固后，通过加热机构将灌注腔内凝固的蜡重新加热融化，并通过注蜡机构将灌注腔内融化的液蜡抽出使弹性橡胶圈回缩，从而方便将封堵机构从矿井钻孔内取出。
Description
技术领域
本发明涉及矿井水害治理领域，具体涉及一种矿井水害治理装置和方法。
背景技术
在井工开采的矿井建设及生产过程中，需要较大量的水源进行井下的除尘及消防；或为了运输需要，在矿井上水平巷道向下水平巷道内施工大口径工程孔，作为溜煤(渣)井，电缆井或管道井使用。当矿井开采工作面埋深较深(距地表一般不少于500m)，又距离含水层较近(一般不超过200m)时，利用矿井井下大口径钻孔供水往往比利用地面水井供水要经济便利的多。但施工井下大口径钻孔面临的风险是钻孔揭露高压含水层后对涌水的封堵，尤其是针对较大孔径的钻孔的涌水封堵成为难题。大口径钻孔内出现涌水而不能及时封堵，其后果不仅会不同程度影响工作面正常生产，增加矿井排水量，严重时还会造成工作面被淹的安全事故。中国专利号CN109236231A公开了一种矿井钻孔内封堵裸孔段裂隙涌水的注浆装置，利用带有韧性的膨胀材料被水浸泡后膨胀的原理，封堵住刚性止浆器与大口径钻孔井壁之间的空隙，达到止水止浆目的，但是韧性膨胀后与钻孔井壁紧密结合导致注浆完成后不易取出，给施工后续带来了不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种矿井水害治理装置和方法，止水止浆性能好，注浆完成后方便取出，以解决现有技术中的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种矿井水害治理装置，包括注浆管，所述注浆管的外侧设有封堵机构，所述封堵机构包括环形的安装座，所述安装座的外侧设有圆环状的弹性橡胶圈，所述安装座与所述弹性橡胶圈之间设有灌注腔，所述安装座上固定安装有连通所述灌注腔的注液管和出液管，所述注液管和所述出液管上分别设有阀门，所述注液管连接有注蜡机构；所述灌注腔内设有加热机构和冷却机构。
作为优选的技术方案，所述安装座内固定安装有隔板，所述注浆管固定安装在所述隔板上，所述注浆管竖向贯穿所述隔板。
作为优选的技术方案，所述加热机构包括多个均匀间隔固定安装在所述安装座的外周面上的支撑条，所述支撑条呈向外突出的圆弧形，所述支撑条的轴线垂直于所述安装座的轴线，所述支撑条与所述安装座之间固定安装有加热丝。
作为优选的技术方案，所述冷却机构包括位于所述灌注腔内的螺旋状的冷却管，所述冷却管设有延伸至所述灌注腔的外侧的进液端和排液端，所述进液端通过连接管连接有冷水箱，所述连接管上设有水泵。
作为优选的技术方案，所述安装座的上下两端均设有用于固定所述弹性橡胶圈的端部的环形槽，所述环形槽内活动安装有环形的压圈；所述压圈的内侧固定安装有环形的固定板，所述固定板通过螺栓连接在所述安装座上。
作为进一步的改进，位于下方的所述压圈的外侧固定安装有支撑于所述弹性橡胶圈的下方的环形的支撑板；位于上方的所述压圈的外侧固定安装有位于所述弹性橡胶圈的上方的环形的连接板，所述安装座的外侧套设有位于所述弹性橡胶圈与所述连接板之间的环形的压板，所述连接板上设有竖向延伸的螺孔，所述螺孔内旋合有螺柱，所述螺柱的上端固定安装有旋把，所述螺柱下端通过光杆转动安装在所述压板上。
作为优选的技术方案，所述注蜡机构包括密封的料筒，所述注液管远离所述灌注腔的一端连接在所述料筒的底部；所述料筒内上下活动安装有活塞，所述料筒的顶部与所述活塞之间固定安装有用于带动所述活塞上下移动的气缸；所述料筒的一侧设有加液口，所述加液口上盖旋合有密封盖；所述料筒内固定安装有加热管。
作为进一步的改进，位于下方的所述固定板内固定安装有封闭板，所述封闭板上设有与所述注浆管相匹配的避让孔；所述注浆管的外侧设有外螺纹，所述注浆管的外侧旋合有位于所述封闭板的下方的密封压块，所述密封压块与所述封闭板相接触的一侧设有密封橡胶垫。
一种利用所述的矿井水害治理装置的矿井水害治理方法，该方法包括以下步骤：
S1,将所述封堵机构放入矿井钻孔内，使安装座位于涌水裂隙的上方；
S2,通过所述注蜡机构将液蜡注入所述灌注腔内，通过所述加热机构将所述灌注腔内的液蜡加热，保持液蜡的流动性；
S3，液蜡将所述灌注腔充盈后使所述弹性橡胶圈膨胀并贴合在矿井钻孔的内壁上，所述弹性橡胶圈与矿井钻孔的内壁之间不再向上渗水后，所述注蜡机构停止注蜡，所述加热机构停止加热，并通过所述冷却机构加速所述灌注腔内的液蜡凝固；
S4，通过所述注浆管向矿井钻孔内注浆；
S5，注浆液凝固后，通过所述加热机构将所述灌注腔内凝固的蜡重新加热融化；
S6，通过所述注蜡机构将所述灌注腔内融化的液蜡抽出使所述弹性橡胶圈回缩；
S7，将所述封堵机构从矿井钻孔内取出。
由于采用了上述技术方案，一种矿井水害治理装置，包括注浆管，所述注浆管的外侧设有封堵机构，所述封堵机构包括环形的安装座，所述安装座的外侧设有圆环状的弹性橡胶圈，所述安装座与所述弹性橡胶圈之间设有灌注腔，所述安装座上固定安装有连通所述灌注腔的注液管和出液管，所述注液管和所述出液管上分别设有阀门，所述注液管连接有注蜡机构，所述灌注腔内设有加热机构和冷却机构；本发明通过注蜡机构向灌注腔内注蜡使弹性橡胶圈膨胀，并通过冷却管使液蜡快速凝固变硬，从而对弹性橡胶圈的内壁起到更好的支撑作用，使弹性橡胶圈与矿井钻孔的内壁保持紧密贴合，避免水或注浆液从弹性橡胶圈与矿井钻孔的内壁之间的空隙溢出，具有止水止浆性能好的优点；本发明通过转动螺柱带动压板下移，压板和支撑板上下挤压弹性橡胶圈，使弹性橡胶圈进一步向外膨胀并紧贴在矿井钻孔的内壁上，从而避免液蜡由于热胀冷缩导致凝固后体积缩小、使弹性橡胶圈与矿井钻孔的内壁之间产生缝隙；本发明当注浆液凝固后，通过加热机构将灌注腔内凝固的蜡重新加热融化，并通过注蜡机构将灌注腔内融化的液蜡抽出使弹性橡胶圈回缩，从而方便将封堵机构从矿井钻孔内取出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的封堵机构的结构示意图；
图3是图2中Ⅰ部分的局部放大图；
图4是本发明实施例的弹性橡胶圈膨胀时的示意图；
图5是本发明实施例的压板和支撑板挤压弹性橡胶圈时的示意图。
图中：1-注浆管；2-安装座；3-弹性橡胶圈；4-灌注腔；5-注液管；6-出液管；7-隔板；8-支撑条；9-加热丝；10-冷却管；11-进液端；12-排液端；13-连接管；14-冷水箱；15-水泵；16-环形槽；17-压圈；18-固定板；19-连接板；20-压板；21-螺柱；22-旋把；23-料筒；24-活塞；25-气缸；26-加液口；27-密封盖；28-加热管；29-封闭板；30-避让孔；31-密封压块；32-矿井钻孔；33-涌水裂隙；34-支撑板。
具体实施方式
如图1至图5所示，一种矿井水害治理装置，包括注浆管1，用于向矿井钻孔32内注浆封堵涌水裂隙33。所述注浆管1的外侧设有封堵机构，所述封堵机构包括环形的安装座2，所述安装座2的外侧设有筒状的弹性橡胶圈3，所述安装座2与所述弹性橡胶圈3之间设有灌注腔4，所述安装座2上固定安装有连通所述灌注腔4的注液管5和出液管6，所述注液管5和所述出液管6上分别设有阀门，所述注液管5连接有注蜡机构，通过注蜡机构向灌注腔4内注蜡使弹性橡胶圈3膨胀，从而封堵安装座2与矿井钻孔32的内壁之间的空隙，以达到阻止水或注浆液从弹性橡胶圈3与矿井钻孔32的内壁之间的空隙溢出；所述灌注腔4内设有加热机构和冷却机构。
所述安装座2内固定安装有隔板7，所述注浆管1固定安装在所述隔板7上，所述注浆管1竖向贯穿所述隔板7。隔板7用于封堵安装座2与注浆管1之间的空隙，同时起到固定注浆管1的作用。
所述加热机构包括多个均匀间隔固定安装在所述安装座2的外周面上的支撑条8，所述支撑条8呈向外突出的圆弧形，所述支撑条8的轴线垂直于所述安装座2的轴线，所述支撑条8与所述安装座2之间固定安装有加热丝9。支撑条8可防止弹性橡胶圈3触碰到加热丝9从而加速弹性橡胶圈3的老化，通过加热丝9将灌注腔4内的蜡加热使其具有流动性。
所述冷却机构包括位于所述灌注腔4内的螺旋状的冷却管10，所述冷却管10设有延伸至所述灌注腔4的外侧的进液端11和排液端12，所述进液端11通过连接管13连接有冷水箱14，所述连接管13上设有水泵15。当灌注腔4内注满液蜡后，通过水泵15将冷水箱14内的冷水注入冷却管10内，冷水从进液端11进入冷却管10内与灌注腔4内的液蜡进行热交换，然后从排液端12排出；经过热交换后使液蜡的温度迅速降低，从而加速液蜡凝固，液蜡凝固后变硬，从而对弹性橡胶圈3的内壁起到更好的支撑作用，使弹性橡胶圈3与矿井钻孔32的内壁保持紧密贴合，避免水或注浆液从弹性橡胶圈3与矿井钻孔32的内壁之间的空隙溢出。
所述安装座的上下两端均设有用于固定所述弹性橡胶圈3的端部的环形槽16，如图2和图3所示，所述环形槽16内活动安装有环形的压圈17；所述压圈17的内侧固定安装有环形的固定板18，所述固定板18通过螺栓连接在所述安装座2上。将弹性橡胶圈3的端部向内翻卷插入相应的环形槽16内，并将压圈17卡入环形槽16内将弹性橡胶圈3的端部压住，以避免弹性橡胶圈3与环形槽16的连接处漏液，并拧紧螺栓将固定板18固定在安装座2上，以防止压圈17脱离环形槽16。
位于下方的所述压圈3的外侧固定安装有支撑于所述弹性橡胶圈17的下方的环形的支撑板34；位于上方的所述压圈17的外侧固定安装有位于所述弹性橡胶圈3的上方的环形的连接板19，所述安装座的外侧套设有位于所述弹性橡胶圈3与所述连接板19之间的环形的压板20，所述连接板19上设有竖向延伸的螺孔，所述螺孔内旋合有螺柱21，所述螺柱21的上端固定安装有旋把22，所述螺柱21下端通过光杆转动安装在所述压板20上。在液蜡凝固阶段，可通过转动旋把22带动螺柱21转动，通过螺柱21转动带动压板20下移，压板20和支撑板34上下挤压弹性橡胶圈3，使弹性橡胶圈3进一步向外膨胀并紧贴在矿井钻孔32的内壁上，从而避免液蜡由于热胀冷缩导致凝固后体积缩小、使弹性橡胶圈3与矿井钻孔32的内壁之间产生缝隙。
所述注蜡机构包括密封的料筒23，所述注液管5远离所述灌注腔4的一端连接在所述料筒23的底部；所述料筒23内上下活动安装有活塞24，所述料筒23的顶部与所述活塞24之间固定安装有用于带动所述活塞24上下移动的气缸25；所述料筒23的一侧设有加液口26，所述加液口26上盖旋合有密封盖27；所述料筒23内固定安装有加热管28。将液蜡注入料筒23内后将密封盖27拧紧，通过气缸25伸展带动活塞24下移，活塞24将料筒23内的液蜡通过注液管压入灌注腔4内；或通过气缸25收缩带动活塞24上移，将灌注腔4内的液蜡抽出。
位于下方的所述固定板18内固定安装有封闭板29，所述封闭板29上设有与所述注浆管1相匹配的避让孔30；所述注浆管1的外侧设有外螺纹，所述注浆管1的外侧旋合有位于所述封闭板29的下方的密封压块31，所述密封压块31与所述封闭板29相接触的一侧设有密封橡胶垫。通过旋紧密封压块31使其紧贴在封闭板29上，避免进行注浆时注浆液从避让孔30进入封闭板29与隔板7之间。
一种利用所述的矿井水害治理装置的矿井水害治理方法，该方法包括以下步骤：
S1,将所述封堵机构放入矿井钻孔32内，使安装座2位于涌水裂隙33的上方；
S2,通过所述注蜡机构将液蜡注入所述灌注腔4内，通过所述加热机构将所述灌注腔4内的液蜡加热，保持液蜡的流动性；进行注蜡时，需将注液管5和出液管6上的阀门均开启，液蜡从注液管5进入灌注腔4内，灌注腔4内的空气经出液管6排出，当灌注腔4内的空气排净后关闭出液管6上的阀门，并继续向灌注腔4内注蜡，使弹性橡胶圈3膨胀，如图4所示；
S3，液蜡将所述灌注腔4充盈后使所述弹性橡胶圈3膨胀并贴合在矿井钻孔32的内壁上，所述弹性橡胶圈3与矿井钻孔32的内壁之间不再向上渗水后，所述注蜡机构停止注蜡，所述加热机构停止加热，并通过所述冷却机构加速所述灌注腔4内的液蜡凝固；在此阶段，将注液管5上的阀门关闭以防止灌注腔4内的液蜡倒流，并可通过转动螺柱带动压板20下移，压板20和支撑板34上下挤压弹性橡胶圈3，使弹性橡胶圈3进一步向外膨胀并紧贴在矿井钻孔32的内壁上，如图5所示，从而避免液蜡由于热胀冷缩导致凝固后体积缩小、使弹性橡胶圈3与矿井钻孔32的内壁之间产生缝隙。
S4，通过所述注浆管1向矿井钻孔32内注浆；
S5，注浆液凝固后，通过所述加热机构将所述灌注腔4内凝固的蜡重新加热融化；
S6，通过所述注蜡机构将所述灌注腔4内融化的液蜡抽出使所述弹性橡胶圈3回缩；此阶段需开启注液管5上的阀门，通过气缸25收缩带动活塞24上移，将灌注腔4内的液蜡抽出，使弹性橡胶圈3回缩，弹性橡胶圈3与矿井钻孔32的内壁分离，从而方便将封堵机构从矿井钻孔32内取出；
S7，将所述封堵机构从矿井钻孔32内取出。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。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)
1.一种矿井水害治理方法，包括注浆管，所述注浆管的外侧设有封堵机构，所述封堵机构包括环形的安装座，所述安装座的外侧设有圆环状的弹性橡胶圈，所述安装座与所述弹性橡胶圈之间设有灌注腔，所述安装座上固定安装有连通所述灌注腔的注液管和出液管，所述注液管和所述出液管上分别设有阀门，所述注液管连接有注蜡机构；所述灌注腔内设有加热机构和冷却机构,其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1,将所述封堵机构放入矿井钻孔内，使安装座位于涌水裂隙的上方；
S2,通过所述注蜡机构将液蜡注入所述灌注腔内，通过所述加热机构将所述灌注腔内的液蜡加热，保持液蜡的流动性；
S3，液蜡将所述灌注腔充盈后使所述弹性橡胶圈膨胀并贴合在矿井钻孔的内壁上，所述弹性橡胶圈与矿井钻孔的内壁之间不再向上渗水后，所述注蜡机构停止注蜡，所述加热机构停止加热，并通过所述冷却机构加速所述灌注腔内的液蜡凝固；
S4，通过所述注浆管向矿井钻孔内注浆；
S5，注浆液凝固后，通过所述加热机构将所述灌注腔内凝固的蜡重新加热融化；
S6，通过所述注蜡机构将所述灌注腔内融化的液蜡抽出使所述弹性橡胶圈回缩；
S7，将所述封堵机构从矿井钻孔内取出。
2.如权利要求1所述的一种矿井水害治理方法，其特征在于：所述安装座内固定安装有隔板，所述注浆管固定安装在所述隔板上，所述注浆管竖向贯穿所述隔板。
3.如权利要求1所述的一种矿井水害治理方法，其特征在于：所述加热机构包括多个均匀间隔固定安装在所述安装座的外周面上的支撑条，所述支撑条呈向外突出的圆弧形，所述支撑条的轴线垂直于所述安装座的轴线，所述支撑条与所述安装座之间固定安装有加热丝。
4.如权利要求1所述的一种矿井水害治理方法，其特征在于：所述冷却机构包括位于所述灌注腔内的螺旋状的冷却管，所述冷却管设有延伸至所述灌注腔的外侧的进液端和排液端，所述进液端通过连接管连接有冷水箱，所述连接管上设有水泵。
5.如权利要求1所述的一种矿井水害治理方法，其特征在于：所述安装座的上下两端均设有用于固定所述弹性橡胶圈的端部的环形槽，所述环形槽内活动安装有环形的压圈；所述压圈的内侧固定安装有环形的固定板，所述固定板通过螺栓连接在所述安装座上。
6.如权利要求5所述的一种矿井水害治理方法，其特征在于：位于下方的所述压圈的外侧固定安装有支撑于所述弹性橡胶圈的下方的环形的支撑板；位于上方的所述压圈的外侧固定安装有位于所述弹性橡胶圈的上方的环形的连接板，所述安装座的外侧套设有位于所述弹性橡胶圈与所述连接板之间的环形的压板，所述连接板上设有竖向延伸的螺孔，所述螺孔内旋合有螺柱，所述螺柱的上端固定安装有旋把，所述螺柱下端通过光杆转动安装在所述压板上。
7.如权利要求1所述的一种矿井水害治理方法，其特征在于：所述注蜡机构包括密封的料筒，所述注液管远离所述灌注腔的一端连接在所述料筒的底部；所述料筒内上下活动安装有活塞，所述料筒的顶部与所述活塞之间固定安装有用于带动所述活塞上下移动的气缸；所述料筒的一侧设有加液口，所述加液口上盖旋合有密封盖；所述料筒内固定安装有加热管。
8.如权利要求5所述的一种矿井水害治理方法，其特征在于：位于下方的所述固定板内固定安装有封闭板，所述封闭板上设有与所述注浆管相匹配的避让孔；所述注浆管的外侧设有外螺纹，所述注浆管的外侧旋合有位于所述封闭板的下方的密封压块，所述密封压块与所述封闭板相接触的一侧设有密封橡胶垫。
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