CN113107420B - 一种矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法，包括如下步骤：准备封孔装置；将注浆管、排气管与封孔装置装配到一起，然后放入钻孔内，并利用导向杆推送至预定封孔位置；到达相应位置后，自动张紧器将封孔装置与钻孔孔壁固定，挡液自密板与孔壁紧密结合，其后将导向杆与导向螺纹杆回撤分离；连接注浆泵；配制注浆液；启动注浆泵，通过注浆管向钻孔注浆；当排气管内有浆液流出，关闭排气管、注浆管的相应阀门，停止注浆；注浆完成后，将与注浆泵相连的一段注浆管取出。本发明采用自制封孔装置进行封孔，结构简单、操作方便、成本低；同时，可在倾斜大直径深钻孔内的任意位置固定牢固，进行快速、精准、简便、高质量的封孔注浆作业。

Description

一种矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法

技术领域

本发明涉及矿山钻孔封孔技术领域，尤其涉及一种矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法。

背景技术

当前，矿山在瓦斯抽放、探放水、爆破施工中，常常因封孔方法使用不恰当或者使用的封孔材料选取不合适，导致封孔质量差，从而影响钻孔工程施工。

目前，常用的封孔方法主要有黄泥或水泥团封孔方法、注浆封孔方法、聚氨酯等化学材料封孔方法、胶圈封孔器和胶囊封孔器封孔方法以及胶圈(囊)-密封粘液封孔方法等。

其中，黄泥或水泥团封孔方法是采用细密、且具有粘结性的黄泥、水泥团或黄泥-水泥混合物手工操作封孔的方法。实践证明，该方法使用设备少、成本低，但人工封孔费时费力，而且黄泥或粘土遇水易软化，封孔时通常只适合于钻孔开口在岩巷的场所，封孔长度也较短，该种封孔技术方法越发受到限制。

注浆封孔方法是目前应用相对广泛的封孔方法，其封孔材料为水泥砂浆或膨胀不收缩水泥浆。相比来说，该方法封孔深度较长，但操作起来较为繁琐、劳动强度大，而且水泥砂浆自身干燥后通常出现许多裂隙，封孔质量难以得到保证。

聚氨酯材料封孔方法由黑白材料反应生成的聚氨酯泡沫的封孔效果，虽然较黄泥或水泥团人工封孔以及注浆封孔方法有所改观，但由于其发泡时间短、且膨胀后迅速固化，送入钻孔后通常只能充填抽放管和孔壁之间的空间，难以进入孔壁的裂隙之中；而且，该种材料不可回收，成本较高。

胶圈封孔器和胶囊封孔器封孔方法中的胶圈封孔器由外套管、挡圈、胶圈、测压管和压力表等组成。在实际操作中，当压紧螺帽被拧紧时，外套管随之会向前移动以压缩胶圈，最终使胶圈径向膨胀，直至充满钻孔的整个空间。胶囊封孔器则由操作把手、动力传动杆、瓦斯抽放管、密封部件和控制阀等组成，工作时运用了力学动力传动原理，即依靠外力挤压封孔胶囊使其膨胀，直至与钻孔内壁充分接触。实践证明，这两种封孔器在钻孔围岩细密、稳定性较好的条件下具有良好的密封效果，但由于它们的可变形程度不高，当封孔段存在裂隙时极易出现瓦斯的泄漏通道，一般只能专孔专用，难以广泛推广。

中国矿业大学周世宁教授针对封孔段岩层为松软砂岩或钻孔周围因存在微裂隙而无法严密封孔的现状发明了胶圈-密封粘液封孔法。其基本原理是“固体封液体，液体封气体”，即采用两组胶圈作为封闭高压液体的密封端，在它们之间注入高粘度密封液，使密封液在充满测压管和钻孔壁之间的同时，进一步渗入到钻孔周围的天然裂隙中，以达到严密封孔的目的。但是在煤层比较松软的情况下，打钻后的钻孔内壁往往会凹凸不平，此时则很难保证胶圈与钻孔内壁之间能够严密接触，使得粘液通过两者之间的沟槽或裂隙大大流失，导致封孔质量明显下降。

因此，如何解决传统封孔方法的操作复杂、效率低下、封孔困难或者成本较高等问题已迫在眉睫。

同时，关于本领域的倾斜大直径深孔的封孔，其除了存在上述问题以外，还存在以下问题：由于倾斜大直径深孔具有一定的倾斜角度，甚至垂直，封孔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，且不容易在深孔内部任意位置精准定位以精准封孔。

据此，为了快速、精准、简便、高质量的对倾斜大直径深钻孔进行封孔，精准定位快速封孔方法的改进成为了关键因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法，其可避免采用传统封孔方法造成的操作复杂、效率低下、封孔困难、成本高以及不能精准定位的问题。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法，包括如下步骤：

(1)准备封孔装置；所述封孔装置包括内设预留通孔的固定托架、内设预留通孔的挡液自密板、导向螺纹杆、自动张紧器和导向杆；其中，固定托架的顶部连接挡液自密板，固定托架的底部连接导向螺纹杆；所述导向螺纹杆上设有自动张紧器，导向螺纹杆的底部螺纹连接导向杆；

(2)将注浆管、排气管通过封孔装置上的预留通孔与封孔装置装配到一起，然后将其整体放入钻孔内，接着利用导向杆将其推送至任意预定封孔位置处；

(3)当到达相应位置并停止运动后，自动张紧器的弹性装置自动将封孔装置与钻孔孔壁支撑固定，挡液自密板则利用本身具有的强弹塑性与相应孔壁紧密结合，实现对所封钻孔孔壁的密封；其后，将导向杆与导向螺纹杆回撤分离，此时，封孔装置的除导向杆外的其他部分均留在所需封孔位置；

(4)将注浆管的进口端与注浆泵连接；

(5)按照设计要求进行注浆液的配制，并搅拌均匀；

(6)启动注浆泵，通过注浆管向封闭的钻孔内进行注浆；当看到排气管内有浆液流出时，关闭排气管、注浆管的相应阀门，并停止注浆泵；

(7)注浆完成后，将与注浆泵相连的一段注浆管取出。

作为本发明的优选方式之一，所述固定托架与挡液自密板上的预留通孔分别设置在所述固定托架或挡液自密板的偏心处。

作为本发明的优选方式之一，所述固定托架与挡液自密板上的预留通孔分别设置有两个；所述固定托架上的两个预留通孔分别为第一注浆管装配孔、第一排气管装配孔，所述挡液自密板上的两个预留通孔分别为第二注浆管装配孔、第二排气管装配孔。

作为本发明的优选方式之一，所述第一注浆管装配孔与第二注浆管装配孔的开设位置垂直对应，且彼此之间相连通；所述第一注浆管装配孔、第二注浆管装配孔用于装配所述注浆管；所述第一排气管装配孔与第二排气管装配孔的开设位置垂直对应，且彼此之间相连通；所述第一排气管装配孔、第二排气管装配孔用于装配所述排气管。

作为本发明的优选方式之一，注浆封孔时，所述注浆管的进口端与外部注浆泵相连，其另一端依次穿过所述第一注浆管装配孔、第二注浆管装配孔至延伸进所述挡液自密板前方的钻孔内，以实现注浆作业；所述排气管的进口端与所述挡液自密板前方的钻孔相连通，其另一端依次穿过所述第二排气管装配孔、第一排气管装配孔至延伸出所述钻孔，以实现注浆满液后的回液。

作为本发明的优选方式之一，所述挡液自密板具体采用低密度聚乙烯聚合物、海绵、橡胶或发泡塑料聚合物材质。

作为本发明的优选方式之一，所述挡液自密板的外径尺寸与所述钻孔的孔壁尺寸相应。

作为本发明的优选方式之一，所述自动张紧器包括一组或多组带有弹性装置的燕尾形夹；所述带有弹性装置的燕尾形夹通过所述导向螺纹杆安装在所述挡液自密板与固定托架的下方，并可与所述钻孔孔壁相支撑固定。

本发明相比现有技术的优点在于：本发明采用自制封孔装置进行钻孔封孔作业，结构简单、操作方便快速、应用成本低；同时，本发明可在倾斜大直径深钻孔内的任意位置固定牢固、并进行快速、精准、简便、高质量的封孔注浆作业，为后续的瓦斯抽放、探放水、爆破施工等工作创造良好的条件，大大提高了劳动效率，实用性强，具有重要的推广价值。

附图说明

图1是实施例1中封孔装置的整体结构图；

图2是实施例1中封孔装置应用于倾斜钻孔的状态图；

图3为实施例2中矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法的步骤流程图。

图中：1为固定托架，11为第一注浆管装配孔，12为第一排气管装配孔，2为挡液自密板，21为第二注浆管装配孔，22为第二排气管装配孔，3为导向螺纹杆，4为自动张紧器，41为带有弹性装置的燕尾形夹，5为导向杆，6为钻孔，61为倾斜钻孔。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种封孔装置，与钻孔6相配合，包括固定托架1、挡液自密板2、导向螺纹杆3、自动张紧器4和导向杆5。其中，固定托架1为内设预留通孔的固定托架1，固定托架1的顶部设有挡液自密板2，固定托架1的底部设有导向螺纹杆3；挡液自密板2为内设预留通孔的挡液自密板2，挡液自密板2上的预留通孔位置与固定托架1上预留通孔的位置相应；导向螺纹杆3上设有自动张紧器4，导向螺纹杆3的底部螺纹连接有导向杆5。

具体地，在本实施例中，固定托架1与挡液自密板2上的预留通孔分别设置有两个，固定托架1上的两个预留通孔分别为第一注浆管装配孔11、第一排气管装配孔12，挡液自密板2上的两个预留通孔分别为第二注浆管装配孔21、第二排气管装配孔22，上述四个预留通孔分别设置在固定托架1或挡液自密板2的偏心处。

其中，第一注浆管装配孔11与第二注浆管装配孔21的开设位置垂直对应，且彼此相通；第一排气管装配孔12与第二排气管装配孔22的开设位置垂直对应，且彼此相通。并且，为了配合注浆封孔，第一注浆管装配孔11与第二注浆管装配孔21内配合有注浆管(图中未标示)，第一排气管装配孔12与第二排气管装配孔22内配合有排气管(图中未标示)。具体作业时，注浆管的进口端与外部注浆泵相连，其另一端依次穿过第一注浆管装配孔11、第二注浆管装配孔21至延伸进挡液自密板2前方的钻孔6内，以实现注浆作业；同时，排气管的进口端与挡液自密板2前方的钻孔1相连通，其另一端依次穿过第二排气管装配孔22、第一排气管装配孔12至延伸出钻孔6，以实现浆液注满后的向外排放(起提示作用)。其中，为了操作的便利性，注浆管由两段注浆管连接构成，且在二者的连接处安装有注浆管阀门；排气管由一段管构成，其上安装有排气管阀门。

具体地，在本实施例中，自动张紧器4包括两组带有弹性装置的燕尾形夹41；带有弹性装置的燕尾形夹41通过导向螺纹杆3安装在挡液自密板2与固定托架1的下方，并可通过其弹性装置自动将其与钻孔6孔壁支撑固定。

具体地，在本实施例中，导向杆5为具有固定长度、且可以相互连接的中空硬质杆体；导向杆5一端可以将导向螺纹杆3固定在其内，并带动导向螺纹杆3实现对封孔位置的精确定位。

此外，在本实施例中，需要注意的是，挡液自密板2的外径尺寸与钻孔6的孔壁尺寸相应，且具体采用低密度聚乙烯聚合物、海绵、橡胶、发泡塑料聚合物等具有质轻、弹塑性好、韧性强、隔水防潮和抗撞力强的材料制作而成。实际应用中，挡液自密板2利用其自身具有的质轻、弹塑性好、韧性强、隔水防潮和抗撞力强等特性，辅以浆液体自重作用，实现与固定托架1的结合，并实现对所封钻孔6孔壁的密封。

本实施例装置结构简单、操作方便快速、应用成本低，可在倾斜大直径深钻孔内的任意位置固定牢固、并进行快速、精准、简便、高质量的封孔注浆作业，为后续的瓦斯抽放、探放水、爆破施工等工作创造良好的条件，大大提高了劳动效率，实用性强，具有重要的推广价值。经多次实践验证，将本实施例装置应用于倾斜钻孔61，如图2所示，可表现出优异的精准密封效果。

实施例2

如图3所示，本实施例的一种矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法，包括如下步骤：

(1)准备封孔装置，封孔装置的结构如实施例1所示。

(2)将注浆管通过封孔装置上的第一注浆管装配孔11、第二注浆管装配孔21同封孔装置装配到一起，将排气管通过封孔装置上的第一排气管装配孔12、第二排气管装配孔22同封孔装置装配到一起；然后，将其整体放入钻孔6内；接着，利用封孔装置的导向杆5将其推送至任意预定封孔位置处。

(3)当到达相应位置并停止运动后，自动张紧器4的弹性装置自动将封孔装置与钻孔6孔壁支撑固定，挡液自密板2则利用本身具有的强弹塑性与相应孔壁紧密结合，实现对所封钻孔6孔壁的密封；其后，将导向杆5与导向螺纹杆3回撤分离，此时，封孔装置的除导向杆5外的其他部分均留在所需封孔位置；

(4)将注浆管的进口端与注浆泵连接。

(5)按照设计要求进行注浆液的配制，并搅拌均匀。

(6)启动注浆泵，通过注浆管向封闭的钻孔6内进行注浆；当看到排气管内有浆液流出时，关闭排气管、注浆管的相应阀门，并停止注浆泵。

(7)注浆完成后，将与注浆泵相连的注浆管从注浆管阀门处分离、并取出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)准备封孔装置；所述封孔装置包括内设预留通孔的固定托架、内设预留通孔的挡液自密板、导向螺纹杆、自动张紧器和导向杆；其中，固定托架的顶部连接挡液自密板，固定托架的底部连接导向螺纹杆；所述导向螺纹杆上设有自动张紧器，导向螺纹杆的底部螺纹连接导向杆；

(2)将注浆管、排气管通过封孔装置上的预留通孔与封孔装置装配到一起，然后将其整体放入钻孔内，接着利用导向杆将其推送至任意预定封孔位置处；

(3)当到达相应位置并停止运动后，自动张紧器的弹性装置自动将封孔装置与钻孔孔壁支撑固定，挡液自密板则利用本身具有的强弹塑性与相应孔壁紧密结合，实现对所封钻孔孔壁的密封；其后，将导向杆与导向螺纹杆回撤分离，此时，封孔装置的除导向杆外的其他部分均留在所需封孔位置；

(4)将注浆管的进口端与注浆泵连接；

(5)按照设计要求进行注浆液的配制，并搅拌均匀；

(6)启动注浆泵，通过注浆管向封闭的钻孔内进行注浆；当看到排气管内有浆液流出时，关闭排气管、注浆管的相应阀门，并停止注浆泵；

(7)注浆完成后，将与注浆泵相连的一段注浆管取出；

其中，所述固定托架与挡液自密板上的预留通孔分别设置有两个；所述固定托架上的两个预留通孔分别为第一注浆管装配孔、第一排气管装配孔，所述挡液自密板上的两个预留通孔分别为第二注浆管装配孔、第二排气管装配孔；所述第一注浆管装配孔与第二注浆管装配孔的开设位置垂直对应，且彼此之间相连通；所述第一注浆管装配孔、第二注浆管装配孔用于装配所述注浆管；所述第一排气管装配孔与第二排气管装配孔的开设位置垂直对应，且彼此之间相连通；所述第一排气管装配孔、第二排气管装配孔用于装配所述排气管；

所述自动张紧器包括一组或多组带有弹性装置的燕尾形夹；所述带有弹性装置的燕尾形夹通过所述导向螺纹杆安装在所述挡液自密板与固定托架的下方，并能够与所述钻孔孔壁相支撑固定。

2.根据权利要求1所述的矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法，其特征在于，所述固定托架与挡液自密板上的预留通孔分别设置在所述固定托架或挡液自密板的偏心处。

3.根据权利要求1所述的矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法，其特征在于，注浆封孔时，所述注浆管的进口端与外部注浆泵相连，其另一端依次穿过所述第一注浆管装配孔、第二注浆管装配孔至延伸进所述挡液自密板前方的钻孔内，以实现注浆作业；所述排气管的进口端与所述挡液自密板前方的钻孔相连通，其另一端依次穿过所述第二排气管装配孔、第一排气管装配孔至延伸出所述钻孔，以实现注浆满液后的回液。

4.根据权利要求1所述的矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法，其特征在于，所述挡液自密板具体采用低密度聚乙烯聚合物、海绵、橡胶或发泡塑料聚合物材质。

5.根据权利要求1所述的矿用倾斜大直径深孔的精准定位快速封孔方法，其特征在于，所述挡液自密板的外径尺寸与所述钻孔的孔壁尺寸相应。

Images