CN113374442B - 一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置，包括外部支承管、内部连接管、伞骨、伞布、支承条、固定器、卸压孔塞和固定螺母；外部支承管滑动安装于内部连接管的外部，内部连接管的远端铰接若干根伞骨，伞骨的近端设有弯钩，伞骨靠近弯钩的一端通过支承条与外部支承管铰接；内部连接管位于外部支承管的两端设有固定器；伞骨的外部连接有伞布，内部连接管的近端紧密配合安装有卸压孔塞，并连接有固定螺母；伞骨处于收拢状态时送入卸压孔至合适深度，在内部连接管不动的情况下，轴向错动外部支承管，使伞骨和伞布撑开充填密实卸压孔，弯钩咬合在卸压孔的孔壁，增加设备与卸压孔壁的之间的稳定性，在伞布与卸压孔塞之间形成稳定密封的注浆空间。

Description

一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置及方法

技术领域

本发明属于灌浆技术领域，尤其涉及煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置及方法。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，对煤炭资源的消耗也越来越大，煤矿的开采深度和范围不断扩大，深部煤炭资源的开发和利用已成为满足我国能源需求的必然趋势。然而，随着煤矿采深和开采强度的加大，冲击地压的危害性不断增强。冲击地压灾害主要发生在巷道中，具有瞬时性、突发性和破坏巨大的特点，对矿下人员的安全和生产造成严重的威胁。

钻孔卸压技术是煤矿治理冲击灾害的主要技术手段，已得到广泛应用。然而，高密度卸压钻孔的实施往往导致卸压区巷道围岩强度和完整性显著降低，围岩变形控制困难，断面收缩严重。如何在煤巷冲击危险区域进行钻孔卸压的同时又不破坏巷道围岩整体强度，实现巷道冲击地压与围岩大变形的协调控制，对于深部煤炭资源安全高效开采具有十分重要的意义，引起了国内众多学者的关注。

在现有技术中，实现防冲卸压与围岩变形控制协调实施主要采用卸压孔局部充填强化技术，在卸压孔实施完毕后，按照卸压孔直径的大小，在地面预制混凝土柱，运到矿下后进行堵孔。但井下卸压孔施工后会存在不同程度的变形，所以预制的混凝土柱尺寸难以控制。若混凝土柱直径大于卸压孔，混凝土柱将无法放入卸压孔中；若混凝土柱直径小于卸压孔，则卸压孔孔壁与混凝土柱之间产生空隙，无法形成有效的挤压，其效能无法得到有效的发挥。

发明内容

为了解决煤矿巷道防冲卸压与围岩变形协调控制难题，本发明提供了一种操作实施简单、适用性强的煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置及方法，能够适应不同孔径卸压孔的局部堵孔灌浆，灵活选择堵孔位置。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置，包括外部支承管、内部连接管、伞骨、伞布、支承条、固定器、卸压孔塞和固定螺母；所述外部支承管滑动安装于内部连接管的外部，内部连接管的远端周向铰接若干根伞骨，伞骨的近端设有弯钩，伞骨靠近弯钩的一端通过支承条与外部支承管铰接；所述内部连接管位于外部支承管的两端设有控制外部支承管位置的固定器；所述伞骨的外部固定连接有伞布，所述内部连接管的近端紧密配合安装有带有注浆孔的卸压孔塞，并螺纹连接有固定螺母；所述伞骨处于收拢状态时送入卸压孔至合适深度，在内部连接管不动的情况下，轴向错动外部支承管，使伞骨和伞布撑开充填密实卸压孔，弯钩咬合在卸压孔的孔壁，增加设备与卸压孔壁的之间的稳定性，避免出现设备向外滑现象，在伞布与卸压孔塞之间形成稳定密封的注浆空间。

进一步的，所述外部支承管和内部连接管均为分段式结构，每段的长度为0.5m，各段之间采用螺纹连接，能够合理根据需要充填的卸压孔深度改变设备的长度，避免造成设备过长或过短的现象。所述内部连接管最靠近卸压孔口的一节为全长螺纹设置，固定螺母能在所述内部连接管全长移动，起到更好地固定所述内部连接管和卸压孔塞的作用。

进一步的，所述外部支承管最远端的管体周向设置若干铰接件，铰接件上设有铰接孔，与支承条铰接；所述内部连接管最远端周向设置带孔的铰接件，用于与伞骨端部铰接；所述伞骨的远端及靠近弯钩一端2~5cm处留有铰接孔，用于连接内部连接管以及支承条。所述伞骨上沿其长度留有3~5个与伞布连接的小圆孔。

进一步的，所述伞骨设置为8根，伞骨有更高的稳定性和抗压性，能够避免在灌注混凝土时，出现伞骨被压断现象。

进一步的，所述内部连接管最近端和最远端的管体上分别设置固定器，保持两管之间有一个固定的距离。

进一步的，所述卸压孔塞中间预留直径略大于内部连接管的孔洞，刚好允许内部连接管穿过；卸压孔塞上部预留注浆孔；所述内部连接管能刚好穿过卸压孔塞，起到了增加内部连接管和卸压孔塞稳定性的作用，避免在用固定螺母将内部连接管和卸压孔塞固定后出现平面滑动现象。所述卸压孔塞与内部连接管固定连接后，注浆孔为里端低外端高的斜孔，能够防止浆液倒流。

一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆方法，主要步骤如下：

第一步：根据巷道围岩松动圈范围及支护参数，确定卸压钻孔局部灌浆充填的范围，局部灌浆范围应大于围岩松动圈深度并小于围岩锚固支护深度；

第二步：根据卸压钻孔局部灌浆充填的范围，合理选择外部支承管和内部连接管根数，调整设备长度，并完成初步组装，使本设备端部达到充填范围最深处的同时，根部可伸出卸压钻孔15~30cm，为卸压孔塞和固定螺母的安装做准备；

第三步：将初步安装后的设备推送至卸压孔内，使设备端部达到卸压孔灌浆充填的深度要求位置；

第四步：通过错动外部支承管和内部连接管，为支撑条提供向外辐射的推力，达到展开伞骨、伞布的效果，并使伞骨弯钩咬合在卸压孔壁；

第五步：将卸压孔塞通过预留孔洞套入内部连接管，通过旋扭的方式使卸压孔塞与卸压孔紧密接触，使卸压钻孔局部灌浆充填部位形成封闭空间，为了防止注浆时浆液倒流，调整注浆孔位置处于上部；

第六步：安装固定螺母，固定螺母会为内部连接管提供拉力，最终转化为伞骨弯钩的咬合力，形成一个稳定、封闭的设备体系。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.通过设置外部支承管和内部连接管两层管的结构，从而能保证当设备伸入指定深度后，操作人员能够在卸压孔外就能打开设备；

2.通过在伞骨上设置弯钩，能够提高设备对卸压孔壁的咬合力，在注浆的过程中设备不会因受到水泥浆的压力而产生移动的现象；

3.通过在内部连接管和外部支承管设置螺纹连接，能够根据工程实际需要，从而选择设备的不同长度，来满足工程需要；

4.通过在卸压孔塞上部留有注浆孔，能够有效防止在注浆过程中出现混凝土倒灌现象。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的俯视图；

图3是图1的A-A剖面图；

图4是内部连接管和外部支承管连接示意图；

图5是固定器剖面图；

图6是图3中A局部放大图；

图7是图3中B局部放大图；

图8是卸压孔塞俯视图；

图9是卸压孔塞仰视图；

图10是图8的B-B剖面图。

图中：1.外部支承管；2.内部连接管；3.伞骨；4.支承条；5.卸压孔塞；6.固定螺母；7.固定器；8.铰接件；9.铰接孔；10.伞布；11.伞骨弯钩；12.注浆孔。

具体实施方式：

为更好地解释本发明，下面结合附图，通过具体的实施方法，对本发明的技术方案进一步详细说明。

如图1、2、3所示，本发明的一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置，包括外部支承管1，内部连接管2，伞骨3，支承条4，卸压孔塞5，固定螺母6，固定器7，铰接件8，铰接孔9，伞布10，伞骨弯钩11。

如图1所示，所述外部支承管1套在内部连接管2外，外部支承管1的两端装有固定器7，保持两管之间有一个固定的距离。所述外部支承管1靠近伞骨3一节焊有铰接件8，铰接件8留有相互重合的两个铰接孔9。所述伞骨3在靠近伞骨弯钩11一端焊有铰接件8，铰接件8留有相互重合的两个铰接孔9，可与支承条连接。

所述内部连接管在靠近伞骨一节端部2~5cm处焊有铰接件，所述铰接件留有一个铰接孔，在伞骨3对应处留有两个相互重合的铰接孔，通过铰接孔进行连接。

如图2、3所示，所述伞骨3上留有3~5个小圆孔，所述内部连接管2端部留有6个小圆孔，用细线穿过伞骨3与内部链接管2和伞布11缝合连接。

如图4、5所示，所述内部连接管2和外部支承管1各采用螺纹连接，并采用套管的形式，内部连接管2在内部，外部支承管1在外部，两管用固定器7进行固定。

实施例1

一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆方法：在进行混凝土灌注之前，将本设备按照上述方法连接好，根据实际需要堵孔的深度，选择合适的内部连接管2和外部支承管1的根数进行螺纹连接。将设备端部伸进指定深度后，握紧内部连接管2，推动外部支承管1，使伞骨3打开，并向卸压孔外部拉，以使伞骨弯钩11紧密咬合在卸压孔壁上。将卸压孔塞5上的圆孔套在内部连接管2，使卸压孔塞5紧密贴合外部支承管1，通过旋扭的方式使卸压孔塞与卸压孔紧密接触，使卸压钻孔局部灌浆充填部位形成封闭空间，用固定螺母6固定。

在进行混凝土注浆时，混凝土通过注浆孔流到设备端部，伞骨3和伞布10会对混凝土起到阻拦作用，使混凝土在指定深度凝固，起到定位堵孔的作用，注浆孔按斜下方向设计，有效阻止浆液倒流，且方便观察浆液的充填情况。

Claims (7)

1.一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置，其特征在于，包括外部支承管、内部连接管、伞骨、伞布、支承条、固定器、卸压孔塞和固定螺母；所述外部支承管滑动安装于内部连接管的外部，内部连接管的远端周向铰接若干根伞骨，伞骨的近端设有弯钩，伞骨靠近弯钩的一端通过支承条与外部支承管铰接；所述内部连接管位于外部支承管的两端设有控制外部支承管位置的固定器；所述伞骨的外部固定连接有伞布，所述内部连接管的近端紧密配合安装有带有注浆孔的卸压孔塞，并螺纹连接有固定螺母；所述卸压孔塞中间预留直径略大于内部连接管的孔洞，上部预留注浆孔，所述卸压孔塞与内部连接管固定连接后，注浆孔为里端低外端高的斜孔；所述伞骨处于收拢状态时送入卸压孔至合适深度，在内部连接管不动的情况下，轴向错动外部支承管，使伞骨和伞布撑开充填密实卸压孔，弯钩咬合在卸压孔的孔壁，在伞布与卸压孔塞之间形成稳定密封的注浆空间。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置，其特征在于，所述外部支承管和内部连接管均为分段式结构，各段之间螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置，其特征在于，所述内部连接管最靠近卸压孔口的一节为全长螺纹设置。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置，其特征在于，所述外部支承管最远端的管体周向设置若干铰接件，铰接件上设有铰接孔，与支承条铰接；所述内部连接管最远端周向设置带孔的铰接件，用于与伞骨端部铰接；所述伞骨的远端及靠近弯钩的一端分别设置铰接孔，用于连接内部连接管以及支承条。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置，其特征在于，所述内部连接管最近端和最远端的管体上分别设置固定器。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置，其特征在于，所述伞骨上沿其长度留有3~5个与伞布连接的小圆孔。

7.利用权利要求1~6任意一项权利要求所述的煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置的煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆方法，其特征在于，主要步骤如下：

第一步：根据巷道围岩松动圈范围及支护参数，确定卸压钻孔局部灌浆充填的范围，局部灌浆范围应大于围岩松动圈深度并小于围岩锚固支护深度；

第二步：根据卸压钻孔局部灌浆充填的范围，合理选择外部支承管和内部连接管根数，调整设备长度，并完成初步组装，使煤矿巷道卸压钻孔局部堵孔灌浆装置达到充填范围最深处的同时，根部伸出卸压钻孔15~30cm，为卸压孔塞和固定螺母的安装做准备；

第三步：将初步安装后的设备推送至卸压孔内，使设备端部达到卸压孔灌浆充填的深度要求位置；

第四步：通过错动外部支承管和内部连接管，为支撑条提供向外辐射的推力，达到展开伞骨、伞布的效果，并使伞骨弯钩咬合在卸压孔壁；

第五步：将卸压孔塞通过预留孔洞套入内部连接管，通过旋扭的方式使卸压孔塞与卸压孔紧密接触，使卸压钻孔局部灌浆充填部位形成封闭空间，为了防止注浆时浆液倒流，调整注浆孔位置处于上部；

第六步：安装固定螺母，固定螺母会为内部连接管提供拉力，最终转化为伞骨弯钩的咬合力，形成一个稳定、封闭的设备体系。

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