CN112282693B - 一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，包括以下步骤：组装封孔装置；将单囊袋和注浆管放入倾斜大直径钻孔内；将封孔装置沿注浆管放置在倾斜大直径钻孔中；将封孔装置与倾斜大直径钻孔的孔壁固定连接；封孔装置通过注气管连接注气泵，启动注气泵使封孔装置膨胀将倾斜大直径钻孔密封；注浆管的进口端连接注浆泵，启动注浆泵通过注浆管向单囊袋以及单囊袋与封孔装置之间的倾斜大直径钻孔内注浆；注浆24h后将封孔装置拆除。本发明操作方便，封孔装置在倾斜大直径钻孔内固定牢靠并可进行快速封闭钻孔进行注浆作业，注浆完成后可以解决注浆材料、矸石、积水容易进入巷道的问题，实用性强，具有重要的推广价值。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术领域，具体涉及一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法。
背景技术
倾斜大直径钻孔是近几年发展起来的采空区瓦斯抽采新技术，如图1和图2所示，采煤工作面50两侧分别为进风巷49和回风巷51，即在采煤工作面50处的回风巷51旁设置一条瓦斯治理巷52，由瓦斯治理巷52向回风巷51钻进倾斜大直径钻孔53，由倾斜大直径钻孔53替代回风巷51的联络巷抽采上隅角瓦斯，图2中54为采空区，55为保护煤柱，56为煤层，57为瓦斯抽采管道。
近年来，倾斜大直径钻孔抽采采空区瓦斯得到了一定程度的应用。文献：超大直径钻孔“以孔代巷” 治理上隅角瓦斯技术(蒋璋，杨保国，山西焦煤科技，2019：47-49）、小庄矿“以孔代巷”瓦斯抽采技术可行性研究（郭林生，林建成，李可，等.中国煤炭，2020，46(9):65-70）、超大直径钻孔治理上隅角瓦斯工艺研究（汪开旺. 矿业安全与环保，2020，47( 2):90-93）、大直径钻孔治理综采工作面上隅角瓦斯应用（石瑞鹏，高翔，李浩. 山西焦煤科技，2018：31-34）、超大直径钻孔采空区瓦斯抽采技术研究（高宏，杨宏伟.煤炭科学技术，2019，47 (2) : 77- 81）、万安煤业大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术应用研究（王春丽.煤炭与化工，2019.42（5）：100-103）等介绍了倾斜大直径钻孔在煤矿上的应用。
倾斜大直径钻孔封闭与普通钻孔封孔目的不同，普通钻孔封孔的目的是为了防止空气进入到钻孔中，提高瓦斯抽采浓度和效果；在瓦斯抽采管道57拆除后，倾斜大直径钻孔封闭的目的是为了封堵大直径钻孔，防止采空区矸石、积水通过倾斜大直径钻孔进入到巷道。
由于倾斜大直径钻孔具有一定的倾斜角度，且需要较多的封孔材料。在封闭过程中，封闭注浆材料容易顺着倾斜大直径钻孔滑出。如何快速高效的封闭倾斜大直径钻孔，成为倾斜大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术推广的关键。
发明内容
本发明为了解决倾斜大直径钻孔封闭过程中注浆材料容易顺着倾斜大直径钻孔滑出的问题，提出一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，能快速封闭倾斜大直径钻孔，防止采空区矸石、积水通过倾斜大直径钻孔进入到巷道。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，包括以下步骤，
（1）组装封孔装置；
（2）将单囊袋和注浆管放入倾斜大直径钻孔内，注浆管的出口端与单囊袋连接，注浆管上设置有爆破阀，注浆管的进口端设有位于倾斜大直径钻孔孔口外的注浆阀；
（3）将封孔装置沿注浆管放置在倾斜大直径钻孔中；
（4）将封孔装置与倾斜大直径钻孔的孔壁固定连接；
（5）封孔装置通过注气管连接注气泵，启动注气泵使封孔装置膨胀将倾斜大直径钻孔密封；
（6）注浆管的进口端连接注浆泵，启动注浆泵通过注浆管向单囊袋以及单囊袋与封孔装置之间的倾斜大直径钻孔内注浆；
（7）注浆24h后，浆液凝固；将封孔装置拆除。
封孔装置包括圆盘、连接杆、十字伸缩架、外环形气囊，圆盘中心开设有第一螺纹孔，连接杆一端伸入并螺纹连接在第一螺纹孔内，连接杆另一端与十字伸缩架的中心处固定连接，十字伸缩架所在的平面与圆盘平行，圆盘的外圆沿圆周方向开设有外环形槽，外环形气囊安装在外环形槽内，圆盘的偏心处开设有与第一螺纹孔平行的注浆穿孔，注浆管穿设在注浆穿孔内。
注浆穿孔内圆开设有内环形槽，内环形槽内设有套在注浆管上的内环形气囊；
内环形气囊的进气口与外环形气囊的进气口通过一个三通管连接，三通管的第三个接口连接所述的注气管，三通管上设有临近外环形气囊进气口的外注气阀，三通管上设有临近内环形气囊进气口的内注气阀，三通管上在外注气阀与外环形气囊进气口之间设有外压力表，三通管上在内注气阀与内环形气囊进气口之间设有内压力表，内环形气囊上设有内排气阀，外环形气囊上设有外排气阀，三通管、内排气阀和外排气阀均位于临近十字伸缩架的圆盘一侧面。
十字伸缩架包括中心连接块和四根固定杆，中心连接块与圆盘相对的一侧面开设有第二螺纹孔，连接杆端部伸入并螺纹连接在第二螺纹孔内，四根固定杆的内端均固定连接在中心连接块的四周，四根固定杆形成十字形，四根固定杆所在的平面与连接杆垂直，每个固定杆的外端部螺纹连接有一个套管，套管外端封堵且设置为尖锐结构，套管的外周为与扳手卡口配合的正六棱柱结构。
步骤（1）具体为：将十字伸缩架的固定杆与四个套管分别螺纹连接；将十字伸缩架的中心连接块与连接杆一端连接；将连接杆与圆盘的第一螺纹孔连接；将通过三通管连接的外环形气囊和内环形气囊分别固定在圆盘圆周的外环形槽和注浆穿孔内圆的内环形槽内。
步骤（2）具体为：在倾斜大直径钻孔中，圆盘位于十字伸缩架的内侧上方，连接杆平行于倾斜大直径钻孔的中心线。
步骤（3）具体为：将注浆管由倾斜大直径钻孔的孔口穿过圆盘上的注浆穿孔伸入到圆盘内侧上方。
步骤（4）具体为：先用手伸入到倾斜大直径钻孔内分别旋转四个套管，使四个套管外端的尖锐结构顶到钻孔的孔壁后，再使用扳手卡住套管外的正六棱柱结构，再进一步将套管的尖锐结构锲入到孔壁内，使封孔装置固定。
步骤（5）具体为：将三通管的第三个接口通过注气管连接注气泵，打开三通管上的外注气阀，关闭内注气阀，启动注气泵对外环形气囊进行注气；外环形气囊外圆膨胀与倾斜大直径钻孔的内壁压接并密封，当外压力表读数为0.3MPa时，关闭注气泵停止注气；然后关闭外注气阀，打开内注气阀，再启动注气泵，对内环形气囊进行注气，内环形气囊的内圆与注浆管外圆压接并密封，当内压力表的示数为0.2MPa时，关闭注气泵停止注气，再关闭内注气阀。
步骤（6）中注浆的具体过程为：先将注浆泵的出浆口通过快速接头与注浆管的进口端连接，打开注浆阀，注浆泵将浆液通过注浆管注入到单囊袋内部，单囊袋膨胀将倾斜大直径钻孔封堵，此时单囊袋与圆盘之间形成注浆封孔段，当注浆压力大于1.2MPa时，爆破阀打开，浆液向注浆封孔段内部注浆，直到注浆封孔段内部注满浆液后关闭注浆阀，快速接头与注浆管的进口端分离。
步骤（7）中将封孔装置拆除的具体过程为：先打开内环形气囊上的内排气阀将内环形气囊放气；再通过外环形气囊上的外排气阀将外环形气囊放气；然后用扳手旋转套管，将套管外端的尖锐结构从倾斜大直径钻孔内壁的煤层中缩回；最后将整个封孔装置沿注浆管向倾斜大直径钻孔外部抽出，注浆管留在倾斜大直径钻孔内。
采用上述技术方案，本发明中的圆盘采用钢化玻璃，可通过圆盘观察钻孔内的注浆情况；圆盘外圆设置外环形槽，更容易固定用于固定安装外环形气囊的外环形气囊；圆盘上设有注浆穿孔，注浆穿孔的内壁设置用于固定安装内环形气囊的内环形槽，外环形气囊固定在圆盘周边，主要作用是密封圆盘与倾斜大直径钻孔内壁之间的空隙，内环形气囊主要作用是密封注浆管与注浆穿孔之间的空隙。通过内环形气囊和外环形气囊的设置，使得封孔装置将倾斜大直径钻孔封堵严实，确保注浆时浆液不会向孔口泄露。
十字伸缩架通过四个套管与固定杆的螺纹连接，拧动套管使套管扎入到倾斜大直径钻孔的孔壁内，这样就可限定圆盘的轴向位置，使圆盘在密封钻孔时的稳定性。
综上所述，本发明原理科学，结构简单，操作方便，封孔装置在倾斜大直径钻孔内固定牢靠并可进行快速封闭钻孔进行注浆作业，注浆完成后可以解决注浆材料、矸石、积水容易进入巷道的问题，实用性强，具有重要的推广价值。
附图说明
图1是倾斜大直径钻孔的平面布置图；
图2是图1中A-A剖视图；
图3是本发明在工作状态时的结构示意图；
图4是图3中封孔装置的立体结构示意图；
图5是圆盘、内环形气囊和外环形气囊的剖面图；
图6是图4中B处的放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明防护的范围。
如图3-图6所示，本发明的一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，包括以下步骤：
（1）组装封孔装置1；
（2）将单囊袋7和注浆管3放入倾斜大直径钻孔2内，注浆管3的出口端与单囊袋7连接，注浆管3上设置有爆破阀22，注浆管3的进口端设有位于倾斜大直径钻孔孔口外的注浆阀23；
（3）将封孔装置1沿注浆管3放置在倾斜大直径钻孔2中；
（4）将封孔装置1与倾斜大直径钻孔2的孔壁固定连接；
（5）封孔装置1通过注气管连接注气泵，启动注气泵使封孔装置1膨胀将倾斜大直径钻孔2密封；
（6）注浆管3的进口端连接注浆泵4，启动注浆泵4通过注浆管3向单囊袋7以及单囊袋7与封孔装置1之间的倾斜大直径钻孔2内注浆；
（7）注浆24h后，浆液凝固；将封孔装置1拆除。
封孔装置1包括圆盘5、连接杆6、十字伸缩架、外环形气囊8，圆盘5中心开设有第一螺纹孔9，连接杆6一端伸入并螺纹连接在第一螺纹孔9内，连接杆6另一端与十字伸缩架的中心处固定连接，十字伸缩架所在的平面与圆盘5平行，圆盘5的外圆沿圆周方向开设有外环形槽，外环形气囊8安装在外环形槽内，圆盘5的偏心处开设有与第一螺纹孔9平行的注浆穿孔10，注浆管3穿设在注浆穿孔10内。
注浆穿孔10内圆开设有内环形槽，内环形槽内设有套在注浆管3上的内环形气囊11；
内环形气囊11的进气口与外环形气囊8的进气口通过一个三通管12连接，三通管12的第三个接口连接所述的注气管，三通管12上设有临近外环形气囊8进气口的外注气阀13，三通管12上设有临近内环形气囊11进气口的内注气阀14，三通管12上在外注气阀13与外环形气囊8进气口之间设有外压力表15，三通管12上在内注气阀14与内环形气囊11进气口之间设有内压力表16，内环形气囊11上设有内排气阀17，外环形气囊上设有外排气阀18，三通管12、内排气阀17和外排气阀18均位于临近十字伸缩架的圆盘5一侧面。
十字伸缩架包括中心连接块19和四根固定杆20，中心连接块19与圆盘5相对的一侧面开设有第二螺纹孔，连接杆6端部伸入并螺纹连接在第二螺纹孔内，四根固定杆20的内端均固定连接在中心连接块19的四周，四根固定杆20形成十字形，四根固定杆20所在的平面与连接杆6垂直，每个固定杆20的外端部螺纹连接有一个套管21，套管21外端封堵且设置为尖锐结构，套管21的外周为与扳手卡口配合的正六棱柱结构。
步骤（1）具体为：将十字伸缩架的固定杆20与四个套管21分别螺纹连接；将十字伸缩架的中心连接块19与连接杆6一端连接；将连接杆6与圆盘5的第一螺纹孔9连接；将通过三通管12连接的外环形气囊8和内环形气囊11分别固定在圆盘5圆周的外环形槽和注浆穿孔10内圆的内环形槽内。
步骤（2）具体为：在倾斜大直径钻孔2中，圆盘5位于十字伸缩架的内侧上方，连接杆6平行于倾斜大直径钻孔2的中心线。
步骤（3）具体为：将注浆管3由倾斜大直径钻孔2的孔口穿过圆盘5上的注浆穿孔10伸入到圆盘5内侧上方。
步骤（4）具体为：先用手伸入到倾斜大直径钻孔2内分别旋转四个套管21，使四个套管21外端的尖锐结构顶到钻孔的孔壁后，再使用扳手卡住套管21外的正六棱柱结构，再进一步将套管21的尖锐结构锲入到孔壁内，使封孔装置1固定。
步骤（5）具体为：将三通管12的第三个接口通过注气管连接注气泵，打开三通管12上的外注气阀13，关闭内注气阀14，启动注气泵对外环形气囊8进行注气；外环形气囊8外圆膨胀与倾斜大直径钻孔2的内壁压接并密封，当外压力表15读数为0.3MPa时，关闭注气泵停止注气；然后关闭外注气阀13，打开内注气阀14，再启动注气泵，对内环形气囊11进行注气，内环形气囊11的内圆与注浆管3外圆压接并密封，当内压力表16的示数为0.2MPa时，关闭注气泵停止注气，再关闭内注气阀14。由于倾斜大直径钻孔2内壁不平滑，因此外环形气囊8设置的气压大于内环形气囊11的气压。
步骤（6）中注浆的具体过程为：先将注浆泵4的出浆口通过快速接头24与注浆管3的进口端连接，打开注浆阀23，注浆泵4将浆液通过注浆管3注入到单囊袋7内部，单囊袋7膨胀将倾斜大直径钻孔2封堵，此时单囊袋7与圆盘5之间形成注浆封孔段，当注浆压力大于1.2MPa时，爆破阀22打开，浆液向注浆封孔段内部注浆，直到注浆封孔段内部注满浆液后关闭注浆阀23，快速接头24与注浆管3的进口端分离。
步骤（7）中将封孔装置1拆除的具体过程为：先打开内环形气囊11上的内排气阀17将内环形气囊11放气；再通过外环形气囊8上的外排气阀18将外环形气囊8放气；然后用扳手旋转套管21，将套管21外端的尖锐结构从倾斜大直径钻孔2内壁的煤层中缩回；最后将整个封孔装置1沿注浆管3向倾斜大直径钻孔2外部抽出，注浆管3留在倾斜大直径钻孔2内；若存放时减小占用空间，将圆盘5、连接杆6、十字伸缩架和套管21依次拆开。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）组装封孔装置；
（2）将单囊袋和注浆管放入倾斜大直径钻孔内，注浆管的出口端与单囊袋连接，注浆管上设置有爆破阀，注浆管的进口端设有位于倾斜大直径钻孔孔口外的注浆阀；
（3）将封孔装置沿注浆管放置在倾斜大直径钻孔中；
（4）将封孔装置与倾斜大直径钻孔的孔壁固定连接；
（5）封孔装置通过注气管连接注气泵，启动注气泵使封孔装置膨胀将倾斜大直径钻孔密封；
（6）注浆管的进口端连接注浆泵，启动注浆泵通过注浆管向单囊袋以及单囊袋与封孔装置之间的倾斜大直径钻孔内注浆；
（7）注浆24h后，浆液凝固；将封孔装置拆除；
封孔装置包括圆盘、连接杆、十字伸缩架、外环形气囊，圆盘中心开设有第一螺纹孔，连接杆一端伸入并螺纹连接在第一螺纹孔内，连接杆另一端与十字伸缩架的中心处固定连接，十字伸缩架所在的平面与圆盘平行，圆盘的外圆沿圆周方向开设有外环形槽，外环形气囊安装在外环形槽内，圆盘的偏心处开设有与第一螺纹孔平行的注浆穿孔，注浆管穿设在注浆穿孔内；
注浆穿孔内圆开设有内环形槽，内环形槽内设有套在注浆管上的内环形气囊；
内环形气囊的进气口与外环形气囊的进气口通过一个三通管连接，三通管的第三个接口连接所述的注气管，三通管上设有临近外环形气囊进气口的外注气阀，三通管上设有临近内环形气囊进气口的内注气阀，三通管上在外注气阀与外环形气囊进气口之间设有外压力表，三通管上在内注气阀与内环形气囊进气口之间设有内压力表，内环形气囊上设有内排气阀，外环形气囊上设有外排气阀，三通管、内排气阀和外排气阀均位于临近十字伸缩架的圆盘一侧面；
十字伸缩架包括中心连接块和四根固定杆，中心连接块与圆盘相对的一侧面开设有第二螺纹孔，连接杆端部伸入并螺纹连接在第二螺纹孔内，四根固定杆的内端均固定连接在中心连接块的四周，四根固定杆形成十字形，四根固定杆所在的平面与连接杆垂直，每个固定杆的外端部螺纹连接有一个套管，套管外端封堵且设置为尖锐结构，套管的外周为与扳手卡口配合的正六棱柱结构。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，其特征在于：步骤（1）具体为：将十字伸缩架的固定杆与四个套管分别螺纹连接；将十字伸缩架的中心连接块与连接杆一端连接；将连接杆与圆盘的第一螺纹孔连接；将通过三通管连接的外环形气囊和内环形气囊分别固定在圆盘圆周的外环形槽和注浆穿孔内圆的内环形槽内。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，其特征在于：步骤（2）具体为：在倾斜大直径钻孔中，圆盘位于十字伸缩架的内侧上方，连接杆平行于倾斜大直径钻孔的中心线；步骤（3）具体为：将注浆管由倾斜大直径钻孔的孔口穿过圆盘上的注浆穿孔伸入到圆盘内侧上方。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，其特征在于：步骤（4）具体为：先用手伸入到倾斜大直径钻孔内分别旋转四个套管，使四个套管外端的尖锐结构顶到钻孔的孔壁后，再使用扳手卡住套管外的正六棱柱结构，再进一步将套管的尖锐结构锲入到孔壁内，使封孔装置固定。
5.根据权利要求4所述的一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，其特征在于：步骤（5）具体为：将三通管的第三个接口通过注气管连接注气泵，打开三通管上的外注气阀，关闭内注气阀，启动注气泵对外环形气囊进行注气；外环形气囊外圆膨胀与倾斜大直径钻孔的内壁压接并密封，当外压力表读数为0.3MPa时，关闭注气泵停止注气；然后关闭外注气阀，打开内注气阀，再启动注气泵，对内环形气囊进行注气，内环形气囊的内圆与注浆管外圆压接并密封，当内压力表的示数为0.2MPa时，关闭注气泵停止注气，再关闭内注气阀。
6.根据权利要求5所述的一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，其特征在于：步骤（6）中注浆的具体过程为：先将注浆泵的出浆口通过快速接头与注浆管的进口端连接，打开注浆阀，注浆泵将浆液通过注浆管注入到单囊袋内部，单囊袋膨胀将倾斜大直径钻孔封堵，此时单囊袋与圆盘之间形成注浆封孔段，当注浆压力大于1.2MPa时，爆破阀打开，浆液向注浆封孔段内部注浆，直到注浆封孔段内部注满浆液后关闭注浆阀，快速接头与注浆管的进口端分离。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿倾斜大直径钻孔封闭方法，其特征在于：步骤（7）中将封孔装置拆除的具体过程为：先打开内环形气囊上的内排气阀将内环形气囊放气；再通过外环形气囊上的外排气阀将外环形气囊放气；然后用扳手旋转套管，将套管外端的尖锐结构从倾斜大直径钻孔内壁的煤层中缩回；最后将整个封孔装置沿注浆管向倾斜大直径钻孔外部抽出，注浆管留在倾斜大直径钻孔内。
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