CN112196498B - 一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，包括花管接头、推送杆、花管、封孔管，其中，所述花管有管壁镂空开孔，所述花管接头与花管的上端固定连接，所述花管接头能够与推送杆可拆卸地连接，所述封孔管的外壁沿轴向设有至少两个有一定距离的封孔囊袋，所述封孔囊袋环绕地贴合在封孔管外壁；且，所述封孔管能够向两个封孔囊袋内喷射膨胀浆料；且，所述封孔管能够向两个封孔囊袋间的位置喷射填充浆料；所述花管的外壁环绕贴合有花管囊袋。与现有技术相比，该穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，密封作用好，推送杆回收过程阻力小，能够避免煤炭堵住集气孔。

Description

一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置

技术领域

本发明涉及一种煤矿瓦斯抽放技术领域，具体是一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置。

背景技术

煤矿瓦斯抽采就是向煤层和瓦斯集聚区域打钻，将钻孔接在专用的管路上，在地面建立瓦斯泵站，经井下抽放瓦斯管道系统与抽放钻孔连接，泵运转时造成负压，将瓦斯抽出。抽采瓦斯不仅是降低开采过程中的瓦斯涌出量、防止瓦斯超限和积聚，预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故的重要措施，还可变害为利，作为煤炭伴生的资源加以开发利用。

在现有技术中，执行底板岩巷穿层钻孔配合水力冲孔增透技术预抽煤层条带瓦斯区域防突措施过程中，出现抽采浓度低、流量衰减快等问题。

在现有技术中，采用全程下封孔管封孔后，矿井的抽采浓度和抽采量呈稳定上升趋势，但全程下封孔管存在封孔管对接时间长、在钻孔内易脱落、耗材多等问题。

在现有技术中，采用穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采技术，在钻孔的穿煤段布置抽放花管，煤层底板以下封孔管上安装固定装置，采用“两堵一注”带压封孔，钻孔中间利用致密围岩岩孔代替管道进行抽采，解决了封孔管对接时间长、在钻孔内易脱落的问题，减少了管道的耗材，降低了成本，但是，安置钻孔下的花管时，预先混合膨胀剂的囊袋已经开始膨胀，需要在一定时间内完成，否则将会被卡住，此外，在回收安装花管的推杆时容易造成花管松动，此外，花管的集气孔在水力冲孔后松动的煤层中可能被煤炭堵塞，影响抽取效果。

此外，“两堵一注”封孔工艺中，预先将膨胀剂在囊袋中混合后马上放入孔内，现场配制比例与使用标准比例存在差距，使得聚氨酯发泡材料不能达到其使用要求，而且容易由于操作过程中没有将聚氨酯的两种原料充分混合，致使聚氨酯发泡材料发泡倍数低、发泡粒径不均匀等，另外，由于钻孔的孔径存在偏差、膨胀后的聚氨酯会产生体积收缩等问题，聚氨酯的使用量也无法预先计算，导致钻孔环境容易形成导通空隙，严重影响钻孔封孔质量，使后续的注浆材料可能克服“两堵”材料与煤岩层之间、与抽采管之间的内聚力，从而出现漏浆现象，甚至有可能将“两堵”材料冲出钻孔，不仅起不到注浆的作用，反而功亏一篑，又要重新进行二次封堵，既浪费时间又增加封孔成本。

因此，有必要提供一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，包括花管接头、推送杆、花管、封孔管，其中，所述花管有管壁镂空开孔，所述花管接头与花管的上端固定连接，所述花管接头能够与推送杆可拆卸地连接，所述封孔管的外壁沿轴向设有至少两个有一定距离的封孔囊袋，所述封孔囊袋环绕地贴合在封孔管外壁；

且，所述封孔管能够向两个封孔囊袋内喷射膨胀浆料；

且，所述封孔管能够向两个封孔囊袋间的位置喷射填充浆料；

所述花管的外壁环绕贴合有花管囊袋。

进一步的，作为优选，所述花管接头包括外壁、桁架，所述外壁内侧分布有多个连接孔，所述连接孔能够跟推送杆嵌合连接，所述连接孔的下方固定有桁架，所述桁架上方固定有吊绳。

进一步的，作为优选，所述花管包括外管、内管，所述内管能够相对外管做轴向移动，所述外管与内管相对应地分布有集气孔，所述内管通过往复运动装置与外壁连接；

且所述花管的最大外径小于所述封孔管的最小外径。

进一步的，作为优选，所述花管囊袋与多根软管插拔式连接，相邻的软管交错地接到推送杆内的两根管道上。

进一步的，作为优选，所述推送杆包括连杆、推杆接头、剪力钉，所述连杆为能够首尾拼接的多段杆，其末端连接有推杆接头，所述推杆接头为侧壁分布有钉孔的腔体，每个所述钉孔内设有活动的剪力钉，所述剪力钉通过弹簧与推杆接头连接，所述弹簧在自然状态下使剪力钉伸出到推杆接头外，所述剪力钉靠近推杆接头内侧一端固定有导磁块，所述推杆接头的中心设有电磁铁。

进一步的，作为优选，所述封孔管为多管包覆式管道，其内包括抽采管、注浆管和膨胀剂管，最内层的抽采管周围分布有多根膨胀剂管，所述膨胀剂管间的间隙为注浆管，膨胀剂管和注浆管外侧被管壁包围封闭。

进一步的，作为优选，所述管壁对应两个封孔囊袋内的位置圆周和径向分布有多个与膨胀剂管连接的膨胀剂孔；

所述管壁对应封孔囊袋之间的位置圆周和径向分布有多个与注浆管连接的注浆孔。

进一步的，作为优选，所述封孔管内的膨胀剂孔中设有防回流装置，所述防回流装置为转轴与膨胀剂孔中心错开的旋转叶片，每片叶片间形成密闭的空间，使膨胀剂管与封孔囊袋内部隔离，防止不同类型的膨胀剂回流导致膨胀剂在膨胀剂孔内膨胀而使其堵塞。

进一步的，作为优选，所述封孔管与封孔囊袋间、封孔管与膨胀浆料间、花管与花管囊袋间均通过泡沫材料连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本申请中，相邻的膨胀剂管中交错地向囊袋注入膨胀剂A和膨胀剂B，能够使其二者混合均匀，通过即时注入膨胀剂，能够根据孔径的大小注入不同的量，还能在其收缩后进行补充，起到可靠的封堵作用；

两个孔囊袋充分膨胀后，其二者间与钻孔形成封闭空间，注浆管向该封闭空间内注入带压的填充浆料，填充浆料填满封闭空间后，继续向钻孔的径向孔壁周围裂隙扩展、充填，以实现对钻孔孔壁周围裂隙的大范围岩层形成有效的密封作用。

本申请中，在推送杆将花管送入钻孔内并将其固定后，通过电磁铁导电产生磁力，使得剪力钉拉伸弹簧而缩入钉孔内，成为解锁状态，使推送杆能够回收，向上回收时插拔式连接的软管受力脱落，推送杆回收过程阻力小，能够防止回收的拉力造成花管松动。

本申请中，在花管内，通过内管进行轴向往复运动，内管的孔与外管的孔间歇地相互交错，对进入孔内的煤炭产生剪力，利用煤炭剪力强度低的特性，将卡在孔内的煤炭剪切细碎，使其散落，能够避免抽吸瓦斯时煤炭堵住集气孔。

附图说明

图1为一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置的结构示意图；

图2为一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置的花管和推送杆结构示意图；

图3为一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置的推送接头结构示意图；

图4为一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置的封孔管在封孔囊袋处的横截面结构示意图；

图5为一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置的封孔管在封孔囊袋间的横截面结构示意图；

图中：1、岩层；2、封孔囊袋；3、吊绳；4、花管接头；41、花管接头外壁；43、软管；44、往复运动装置；5、花管囊袋；6、封孔管；61、抽采管；62、注浆管；63、膨胀剂管；64、泡沫材料；65、膨胀剂孔；66、防回流装置；67、管壁；68、注浆孔；7、填充浆料；8、花管；81、外管；82、内管；9、推送杆；91、连杆；92、推送杆接头；93、剪力钉；94、钉孔；95、弹簧；96、导磁体；97、电磁铁；10、煤层。

具体实施方式

请参阅图1，本发明实施例中，一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，包括花管接头4、推送杆9、花管8、封孔管6，其中，所述花管8有管壁镂空开孔，所述花管接头4与花管8的上端固定连接，所述花管接头4能够与推送杆9可拆卸地连接，通过推送杆9能够将花管8送入钻了孔的岩层1下的煤层10中，所述封孔管6设置在离花管8一定距离的岩层1内，所述封孔管6的外壁沿轴向设有至少两个有一定距离的封孔囊袋2，所述封孔囊袋2环绕地贴合在封孔管6外壁；

且，所述封孔管6能够向两个封孔囊袋2内喷射膨胀浆料，所述膨胀浆料为聚氨酯材料：膨胀剂A(多元醇聚醚)和膨胀剂B(多异氰酸酯)，其按照一定比例混合后发生反应膨胀，当膨胀半径大于钻孔半径时，一方面由于材料自身产生的径向膨胀作用使得聚氨酯材料被挤入钻孔周围的裂隙中，另一方面，产生的径向挤压作用使得钻孔周围一定范围内的裂隙闭合，最终对钻孔局部范围内的裂隙达到封堵作用；

且，所述封孔管6能够向两个封孔囊袋2间的位置喷射填充浆料7，所述填充浆料7可以是水泥砂浆或其他高水填充材料，在两个孔囊袋2充分膨胀后，填充浆料7填满封闭空间，并继续向钻孔的径向孔壁周围裂隙扩展、充填，以实现对钻孔孔壁周围裂隙的大范围岩层形成有效的密封作用；

所述花管8的外壁环绕贴合有花管囊袋5。

请参阅图2，本实施例中，所述花管接头4包括花管接头外壁41、桁架45、所述花管接头外壁41内侧分布有多个连接孔，所述连接孔能够跟推送杆9嵌合连接，所述连接孔的下方固定有桁架45，所述桁架45上方固定有吊绳3，所述吊绳3内为导线，且其互不干涉地穿过推送杆9内部。

请参阅图2，本实施例中，所述花管8包括外管81、内管82，所述内管82能够相对外管81做轴向移动，所述外管81与内管82相对应地分布有集气孔，所述内管82通过往复运动装置44与花管接头外壁41连接，通过内管82进行轴向往复运动，内管82的孔与外管81的孔间歇地相互交错，对进入孔内的煤炭产生剪力，利用煤炭剪力强度低的特性，将卡在孔内的煤炭剪切细碎，使其散落，能够避免抽吸瓦斯时煤炭堵住集气孔；

且所述花管8的最大外径小于所述封孔管6的最小外径。

请参阅图2，本实施例中，所述花管囊袋5与多根软管43插拔式连接，相邻的软管43交错地接到推送杆9内的两根管道上，向推送杆9内的两根管道分别输送膨胀剂A和膨胀剂B时，其能够与多根软管43在花管囊袋5内均匀混合，使花管囊袋5在钻孔内膨胀，以固定花管8，且在回收推送杆9时，插拔式连接的软管43受力脱落，不会影响回收。

请参阅图3，本实施例中，所述推送杆9包括连杆91、推杆接头92、剪力钉93，所述连杆91为能够首尾拼接的多段杆，其末端连接有推杆接头92，所述推杆接头92为侧壁分布有钉孔94的腔体，每个所述钉孔94内设有活动的剪力钉93，所述剪力钉93通过弹簧95与推杆接头92连接，所述弹簧95在自然状态下使剪力钉93伸出到推杆接头92外，所述剪力钉93靠近推杆接头92内侧一端固定有导磁块96，所述推杆接头92的中心设有电磁铁97，在推送杆9将花管8送入钻孔内并将其固定后，通过电磁铁97导电产生磁力，使得剪力钉93拉伸弹簧95而缩入钉孔94内，成为解锁状态，使推送杆9能够回收。

请参阅图4，本实施例中，所述封孔管6为多管包覆式管道，其内包括抽采管61、注浆管62和膨胀剂管63，最内层的抽采管61周围分布有多根膨胀剂管63，膨胀剂管63外侧被管壁67包围而封闭，所述膨胀剂管63间的间隙与管壁67形成的密封空间为注浆管62。

请参阅图4和图5，本实施例中，所述管壁67对应两个封孔囊袋2内的位置分布有与膨胀剂管63连接的膨胀剂孔65，使同一水平面上形成一圈膨胀剂孔65，且所述膨胀剂孔65在轴向上分布有多圈，相邻的膨胀剂管63中交错地注入膨胀剂A和膨胀剂B时，膨胀剂均匀混合且发生反应，控制膨胀剂注入量使封孔囊袋2充分膨胀，从而使封孔管67固定在钻孔内壁；

所述管壁67对应封孔囊袋2之间的位置分布有与注浆管62连接的注浆孔68，使同一水平面上形成一圈注浆孔68，且所述注浆孔68在轴向上分布有多圈，在两个孔囊袋2充分膨胀后，其二者间与钻孔形成封闭空间，注浆管62向该封闭空间内注入带压的填充浆料7。

请参阅图4，本实施例中，所述封孔管6内的膨胀剂孔65中设有防回流装置66，所述防回流装置66为转轴与膨胀剂孔65中心错开的旋转叶片，膨胀剂从膨胀剂孔65流出时推动叶片旋转，每片叶片间形成密闭的空间，使膨胀剂管63与封孔囊袋2内部隔离，防止不同类型的膨胀剂回流导致膨胀剂在膨胀剂孔65内膨胀而使其堵塞。

请参阅图2、图4和图5，本实施例中，封孔管6与封孔囊袋2间、封孔管6与膨胀浆料7间、花管8与花管囊袋5间均通过泡沫材料64连接，在回收时，通过上拉封孔管6或花管8，泡沫材料64受到轴向的剪力作用而脱落或断裂，使回收的过程变得更容易。

具体实施时，在见煤点位置无裂隙发育的位置钻孔至煤层下1～2m，水力冲孔，钻孔验收后准备钻孔穿煤段长度的花管，将花管接头4与推送杆9连接，通过推送杆9将花管8送入钻了孔的岩层下的煤层中，向推送杆9内的两根管道分别输送膨胀剂A和膨胀剂B，其与多根软管43在花管囊袋5内均匀混合，使花管囊袋5在钻孔内膨胀，以固定花管8，10～20分钟充分膨胀后，电磁铁97导电产生磁力，使得剪力钉93拉伸弹簧95而缩入钉孔94内，成为解锁状态，使推送杆9能够回收，向上回收时插拔式连接的软管43受力脱落；

封孔管6设置在离花管8一定距离的岩层1内，相邻的膨胀剂管63中交错地注入膨胀剂A和膨胀剂B时，膨胀剂均匀混合且发生反应，控制膨胀剂注入量使封孔囊袋2充分膨胀，从而使封孔管67固定在钻孔内壁，在两个孔囊袋2充分膨胀后，其二者间与钻孔形成封闭空间，注浆管62向该封闭空间内注入带压的填充浆料7，填充浆料7填满封闭空间后，继续向钻孔的径向孔壁周围裂隙扩展、充填，达到预定压力时，停止注浆，填充浆料凝固后对钻孔孔壁周围裂隙的大范围岩层形成有效的密封作用,抽采管61上方连接泵站等装置，即可开始抽取瓦斯；

回收时，依次用起重装置将封孔管6和花管8拔出，泡沫材料64受到轴向的剪力作用而脱落或断裂，使回收的过程变得更容易。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，包括花管接头（4）、推送杆（9）、花管（8）、封孔管（6），其特征在于，所述花管（8）有管壁镂空开孔，所述花管接头（4）与花管（8）的上端固定连接，所述花管接头（4）能够与推送杆（9）可拆卸地连接，所述封孔管（6）的外壁沿轴向设有至少两个有一定距离的封孔囊袋（2），所述封孔囊袋（2）环绕地贴合在封孔管（6）外壁；

且，所述封孔管（6）能够向两个封孔囊袋（2）内喷射膨胀浆料；

且，所述封孔管（6）能够向两个封孔囊袋（2）间的位置喷射填充浆料（7）；

所述花管（8）的外壁环绕贴合有花管囊袋（5）；

所述花管（8）包括外管（81）、内管（82），所述内管（82）能够相对外管（81）做轴向移动，所述外管（81）与内管（82）相对应地分布有集气孔，所述内管（82）通过往复运动装置（44）与花管接头外壁（41）连接；

且所述花管（8）的最大外径小于所述封孔管（6）的最小外径；

所述推送杆（9）包括连杆（91）、推杆接头（92）、剪力钉（93），所述连杆（91）为能够首尾拼接的多段杆，其末端连接有推杆接头（92），所述推杆接头（92）为侧壁分布有钉孔（94）的腔体，每个所述钉孔（94）内设有活动的剪力钉（93），所述剪力钉（93）通过弹簧（95）与推杆接头（92）连接，所述弹簧（95）在自然状态下使剪力钉（93）伸出到推杆接头（92）外，所述剪力钉（93）靠近推杆接头（92）内侧一端固定有导磁块（96），所述推杆接头（92）的中心设有电磁铁（97）。

2.根据权利要求1所述的一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，其特征在于，所述花管接头（4）包括花管接头外壁（41）、桁架（45），所述花管接头外壁（41）内侧分布有多个连接孔，所述连接孔能够跟推送杆（9）嵌合连接，所述连接孔的下方固定有桁架（45），所述桁架（45）上方固定有吊绳（3）。

3.根据权利要求1所述的一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，其特征在于，所述花管囊袋（5）与多根软管（43）插拔式连接，相邻的软管（43）交错地接到推送杆（9）内的两根管道上。

4.根据权利要求1所述的一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，其特征在于，所述封孔管（6）为多管包覆式管道，其内包括抽采管（61）、注浆管（62）和膨胀剂管（63），最内层的抽采管（61）周围分布有多根膨胀剂管（63），膨胀剂管（63）外侧被管壁（67）包围而封闭，所述膨胀剂管（63）间的间隙与管壁（67）形成的密封空间为注浆管（62）。

5.根据权利要求4所述的一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，其特征在于，所述管壁（67）对应两个封孔囊袋（2）内的位置分布有与膨胀剂管（63）连接的膨胀剂孔（65），使同一水平面上形成一圈膨胀剂孔（65），且所述膨胀剂孔（65）在轴向上分布有多圈；

所述管壁（67）对应封孔囊袋（2）之间的位置分布有与注浆管（62）连接的注浆孔（68），使同一水平面上形成一圈注浆管（62），且所述注浆孔（68）在轴向上分布有多圈。

6.根据权利要求4所述的一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，其特征在于，所述封孔管（6）内的膨胀剂孔（65）中设有防回流装置（66），所述防回流装置（66）为转轴与膨胀剂孔（65）中心错开的旋转叶片，每片叶片间形成密闭的空间，使膨胀剂管（63）与封孔囊袋（2）内部隔离，防止不同类型的膨胀剂回流导致膨胀剂在膨胀剂孔（65）内膨胀而使其堵塞。

7.根据权利要求1所述的一种穿层钻孔分离式全程瓦斯抽采封孔装置，其特征在于，所述封孔管（6）与封孔囊袋（2）间、封孔管（6）与填充浆料（7）间、花管（8）与花管囊袋（5）间均通过泡沫材料（64）连接。

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