CN113565559B - 一种径向膨胀主动承压注浆封孔工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤层注浆封孔领域，具体涉及一种径向膨胀主动承压注浆封孔工艺，包括如下步骤：步骤一：施工瓦斯抽采钻孔并对钻孔进行洗孔；步骤二：将抽采管以及封孔装置送入钻孔内；步骤三：利用泵送装置将膨胀承压材料与水的混合浆体注满封孔装置以及钻孔的封孔段。采用本技术方案时，有利于提高封孔效果。
Description
技术领域
本发明涉及煤层注浆封孔领域，具体涉及一种径向膨胀主动承压注浆封孔工艺。
背景技术
煤层瓦斯抽采是解决煤矿瓦斯事故的根本措施之一，煤层钻孔的有效密封是高效抽采的关键所在。目前，对于钻孔的常用封堵方式是将抽采管插入钻孔后，通过向抽采管上套设的封孔袋进行充气，封孔袋膨胀后对钻孔进行封堵。但是对于较为碎软的煤层而言，钻孔周围存在微小裂缝，封孔袋对钻孔的封堵效果较差，封孔效果得不到保证，从而影响瓦斯抽采效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过径向膨胀主动承压的方式来提高封孔效果的工艺。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种径向膨胀主动承压注浆封孔工艺，包括如下步骤：
步骤一：施工瓦斯抽采钻孔并对钻孔进行洗孔；
步骤二：将抽采管以及封孔装置送入钻孔内；
步骤三：利用泵送装置将膨胀承压材料与水的混合浆体注满封孔装置以及钻孔的封孔段。
本方案的技术效果是：钻孔施工完毕后,利用清水或高压气体,将钻孔内的杂质清理干净，有利于保证膨胀承压材料与水的混合浆体浇筑时的质量，通过泵送装置将混合浆体带压注入钻孔周围裂隙中，对钻孔周围煤岩体施加主动支护，待膨胀承压材料有效渗入到煤体裂隙中，膨胀硬化反应后完成封孔，封孔效果较好，有利于提高瓦斯抽采效果。
进一步的，步骤三中所述的膨胀承压材料，原料按质量百分比包括以下组分：水泥48～55％、粉煤灰8～10％、硫酸钙8～9％、碳酸钙18～20％、二氧化硅8～9％、甲基纤维素0.2～0.3％、抗裂剂0.8～1.8％、减水剂1～2％、铁粉0.8～1％、铝粉0.8～1％、草酸0.2～0.4％。本方案的技术效果是：通过将该膨胀承压材料与水的混合浆体注入钻孔封孔段的过程中，可注性、流动性和现场可操作性均较好；同时注满钻孔封孔段后，膨胀稳定时间短，膨胀后不收缩变形，保证了材料能够向钻孔周围裂隙渗透，有效封堵微小裂隙；而且膨胀凝固后具有良好的阻燃性和抗静电性。
进一步的，膨胀承压材料与水按0.6的水灰比制成混合浆体。本方案的技术效果是：该水灰比下膨胀承压材料与水的混合浆体的可注性、流动性和现场可操作性均较优。
进一步的，步骤二中所述的封孔装置包括注浆管和若干封孔袋，封孔袋套设于抽采管上，注浆管贯穿封孔袋且相邻封孔袋通过注浆管连接，相邻封孔袋上的注浆管上设有爆破阀，注浆管上还设有单向阀，单向阀位于封孔袋内。本方案的技术效果是：膨胀承压材料与水的混合浆体注入注浆管后，封孔袋内单向阀打开，混合浆体在封孔袋内部堆积，封孔袋体积和内部浆体压力不断增大，封孔袋与钻孔的侧壁紧密结合，当封孔袋内压力达到一定值时，封孔袋外爆破阀打开，混合浆体不断进入两个封孔袋之间密闭的封孔段，待注浆压力达到注浆压力要求时停止注浆；其中随着混合浆体不断进入封孔段，钻孔受到混合浆体的挤压扩张，此时封孔袋与钻孔的侧壁之间会存在缝隙，通过单向阀的设置，随着钻孔的扩张，混合浆体会经单向阀进入封孔袋内使封孔袋继续膨胀与钻孔的侧壁紧密贴合，更加有利于提高封孔效果。
进一步的，抽采管内通有热空气。本方案的技术效果是：热空气经抽气管进入钻孔和煤层内部后，有利于促使吸附态的瓦斯转变为游离态的瓦斯，有利于提高瓦斯的抽采效果。
进一步的，步骤三中所述的泵送装置包括搅拌桶以及安装于搅拌桶内的气动搅拌器和气动注浆泵，气动注浆泵与注浆管连通。本方案的技术效果是：通过气动搅拌器对搅拌桶内的混合浆体进行搅拌，有利于提高气动注浆泵的工作效率及使用便捷性。
附图说明
图1为本发明实施例封孔装置的示意图；
图2为本发明实施例泵送装置的示意图；
图3为膨胀承压材料膨胀性能参数图；
图4为膨胀承压材料膨胀效果图(左为膨胀承压材料、右为普通膨胀水泥)；
图5为抽采管和注热管的三维示意图；
图6为图5中A处的局部放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：注浆管1、抱箍2、封孔袋3、单向阀4、爆破阀5、堵头6、搅拌桶7、气动搅拌器8、气动注浆泵9、压风接口10、注热管11、抽采管12、助推块13、滑槽14、弧形槽15、垫圈16、通道17、助推条18。
实施例一：
一种径向膨胀主动承压注浆封孔工艺，包括如下步骤：
步骤一：根据设计要求施工瓦斯抽采钻孔并利用清水或高压气体对钻孔进行洗孔；
步骤二：将如图1所示的抽采管12和封孔装置送入钻孔内；其中，封孔装置包括注浆管1和两个封孔袋3，封孔袋3的右视图呈环形，封孔袋3套在抽采管12上并与抽采管12粘接，注浆管1贯穿封孔袋3，而且两个封孔袋3通过注浆管1连接，封孔袋3通过抱箍2与注浆管1密封，注浆管1的右端封堵有堵头6；两个封孔袋3之间的注浆管1上安装有爆破阀5，注浆管1上还安装有单向阀4，单向阀4位于封孔袋3内。
步骤三：利用泵送装置将膨胀承压材料与水的混合浆体注满封孔袋3以及钻孔的封孔段，封孔段为两个封孔袋3之间的位置；其中，如图2所示，泵送装置包括搅拌桶7以及安装于搅拌桶7内的气动搅拌器8和气动注浆泵9，气动注浆泵9包括密封外壳、气缸体、泵杆、导料活塞、进气口和出浆口，出浆口通过管道与注浆管1连通；气动搅拌器8通过螺栓安装在搅拌桶7上，搅拌桶7上设有压风接口10，煤矿内的压风管与压风接口10连通，而且压风接口10与气动注浆泵9的进气口以及气动搅拌器8连通；工作时利用井下压风气压差的作用，使泵杆内的活塞上下运行，带动导料活塞开闭，起到提料送料的作用。
另外，膨胀承压材料的原料按质量百分比包括以下组分：水泥48～55％、粉煤灰8～10％、硫酸钙8～9％、碳酸钙18～20％、二氧化硅8～9％、甲基纤维素0.2～0.3％、抗裂剂0.8～1.8％、减水剂1～2％、铁粉0.8～1％、铝粉0.8～1％、草酸0.2～0.4％；本实施例中具体为水泥53％、粉煤灰8％、硫酸钙8％、碳酸钙19％、二氧化硅8％、甲基纤维素0.2％、抗裂剂1％、减水剂1％、铁粉0.8％、铝粉0.8％、草酸0.2％；具体到重量上来，举个例子，若填充满封孔袋3以及钻孔的封孔段需要100g原料，则水泥53g、粉煤灰8g、硫酸钙8g、碳酸钙19g、二氧化硅8g、甲基纤维素0.2g、抗裂剂1g、减水剂1g、铁粉0.8g、铝粉0.8g、草酸0.2g。
将膨胀承压材料与不同质量比的水搅拌混合均匀，用落锤法对不同混合浆体进行测试，其粘度的变化趋势如表1所示：
表1膨胀承压材料粘度测试参数表
| 水灰比 | 粘度(cm) | 水灰比 | 粘度(cm) |
| 0.4 | 3.1 | 0.7 | 12.6 |
| 0.45 | 3.9 | 0.75 | 12.7 |
| 0.5 | 8.6 | 0.8 | 12.7 |
| 0.55 | 11.2 | 0.85 | 12.8 |
| 0.6 | 12.4 | 0.9 | 12.8 |
| 0.65 | 12.6 | 0.95 | 12.8 |
由此可以得出，膨胀承压材料0.6的水灰比时，混合浆体的可注性、流动性和现场可操作性均较优。
试验测定膨胀承压材料膨胀性能，将膨胀承压材料与水按照水灰比0.6搅拌均匀，配比共150mL放入可测量500mL的烧杯中，记录初始体积V0，每隔5min记录一次体积值，一次为V1、V2、V3……，Vn(Vn为最终稳定值)，则有(Vn—V0)/V0即为膨胀率，其膨胀过程测试参数结果见图3。由图3可见，膨胀承压材料膨胀反应时间段为配料完成后18min～50min，膨胀稳定时间短，膨胀后不收缩变形，保证了材料能够向钻孔周围裂隙渗透，有效封堵微小裂隙。
为了更加全面详细的了解新型封孔材料的各项性能参数，根据JGJ70-90《砂浆基本性能试验方法》、MT113-1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电通用试验方法和判定规则》、GB/T 17671-1999《胶砂强度检验方法》等相关标准规范，对新型封孔材料的各项参数进行测定，结果见表2。该膨胀承压材料凝固后的膨胀效果如图4所示。
表2膨胀承压材料性能参数表
| 序号 | 项目 | 参数值 | 备注 |
| 1 | 初凝时间 | 5～8h | |
| 2 | 抗压强度 | 6～20MPa | |
| 3 | 终凝时间 | 14～20h | |
| 4 | 表面电阻 | 1.3*104Ω | 具有良好的阻燃性 |
| 5 | 酒精喷灯无焰燃烧 | 1.6s | 具有良好的抗静电性 |
步骤四：注浆完成，清洗泵送装置，整理现场。
实施例二：
在实施例一封孔工艺的基础上，本实施例中的封孔工艺还包括在注浆完成后向抽采管12内通入热空气；具体的，热空气通过加热设备如空气加热器通入煤矿内的注热管11内，将抽采管12送入钻孔内后将抽采管12与注热管11连接，通常为提高连接的密封性，需要在抽采管12上设置密封圈，这样就导致抽采管12和注热管11的连接非常费力。
因此，如图5所示，抽采管12的首端在其外侧壁周向焊接若干助推块13(图中只示出两个)，如图6所示，注热管11左端的内侧壁开有一个环形槽以及与助推块13匹配数量的滑槽14和弧形槽15，注热管11的右端通过管道与空气加热器连接，环形槽用于容纳垫圈16，垫圈16的两端与环形槽的侧壁紧贴，垫圈16的外壁与环形槽的底部留有间距。
如图6所示，滑槽14和弧形槽15连通，弧形槽15的右侧壁倾斜开有连通环形槽的通道17，弧形槽15的左侧壁也开有通道17，通道17内滑动设置有助推条18，助推条18的右端位于环形槽内，助推条18向上移动的过程中能与垫圈16接触；助推条18的左端位于弧形槽15左侧壁的通道17内，助推块13在弧形槽15内向上转动能与助推条18接触，助推条18和通道17的上侧壁之间设有弹簧，弹簧的一端与通道17的上侧壁焊接，弹簧的另一端与助推条18焊接。
将抽采管12上的助推块13沿注热管11轴向插入滑槽14后，顺时针转动抽采管12，使助推块13沿着弧形槽15转动，并推动助推条18移动，助推条18与垫圈16接触后使垫圈16内缩并与抽采管12紧贴，从而达到方便将抽采管12和注热管11进行连接以及提高连接密封性的目的。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (4)
1.一种径向膨胀主动承压注浆封孔工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：施工瓦斯抽采钻孔并对钻孔进行洗孔；
步骤二：将抽采管以及封孔装置送入钻孔内；
步骤三：利用泵送装置将膨胀承压材料与水的混合浆体注满封孔装置以及钻孔的封孔段；
所述的封孔装置包括注浆管和若干封孔袋，封孔袋套设于抽采管上，注浆管贯穿封孔袋且相邻封孔袋通过注浆管连接，相邻封孔袋上的注浆管上设有爆破阀，注浆管上还设有单向阀，单向阀位于封孔袋内；抽采管内通有热空气；在注浆完成后向抽采管内通入热空气；所述热空气通过加热设备通入煤矿内的注热管内，将抽采管送入钻孔内后将抽采管与注热管连接；所述加热设备为空气加热器；抽采管的首端在其外侧壁周向焊接助推块，注热管左端的内侧壁开有一个环形槽以及与助推块匹配数量的滑槽和弧形槽，注热管的右端通过管道与空气加热器连接，环形槽用于容纳垫圈，垫圈的两端与环形槽的侧壁紧贴，垫圈的外壁与环形槽的底部留有间距；滑槽和弧形槽连通，弧形槽的右侧壁倾斜开有连通环形槽的通道，弧形槽的左侧壁也开有通道，通道内滑动设置有助推条，助推条的右端位于环形槽内，助推条向上移动的过程中能与垫圈接触；助推条的左端位于弧形槽左侧壁的通道内，助推块在弧形槽内向上转动能与助推条接触，助推条和通道的上侧壁之间设有弹簧，弹簧的一端与通道的上侧壁焊接，弹簧的另一端与助推条焊接。
2.根据权利要求1所述的一种径向膨胀主动承压注浆封孔工艺，其特征在于：步骤三中所述的膨胀承压材料，原料按质量百分比包括以下组分：水泥48～55％、粉煤灰8～10％、硫酸钙8～9％、碳酸钙18～20％、二氧化硅8～9％、甲基纤维素0 .2～0 .3％、抗裂剂0 .8～1.8％、减水剂1～2％、铁粉0 .8～1％、铝粉0 .8～1％、草酸0 .2～0 .4％。
3.根据权利要求2所述的一种径向膨胀主动承压注浆封孔工艺，其特征在于：膨胀承压材料与水按0 .6的水灰比制成混合浆体。
4.根据权利要求1所述的一种径向膨胀主动承压注浆封孔工艺，其特征在于：步骤三中所述的泵送装置包括搅拌桶以及安装于搅拌桶内的气动搅拌器和气动注浆泵，气动注浆泵与注浆管连通。
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2021
- 2021-08-31 CN CN202111016472.2A patent/CN113565559B/zh active Active
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