CN114458232A - 一种钻孔自适应保压式密封装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种钻孔自适应保压式密封装置，包括：抽采管；注浆管，与抽采管平行设置；弹性囊袋，包裹在抽采管和注浆管的外侧，并与抽采管和注浆管密封相连；逆止阀，安装在位于弹性囊袋内的注浆管上,用于向弹性囊袋内和注浆管的下游方向注入流体。本发明装置具有钻孔自适应能力好、承压能力强、使用灵活和施工便捷的优点，确保注浆过程浆液不流失并具有充足的反应时间。本发明还提供一种钻孔自适应保压式密封方法。
Description
技术领域
本发明涉及钻孔密封技术领域，尤其涉及一种钻孔自适应保压式密封囊袋及方法。
背景技术
钻孔密封是钻孔瓦斯抽采的关键环节之一，目前主动式带压注浆封孔技术是最为理想的封孔方式之一，简称“两堵一注”。目前广泛使用的主动式带压注浆封孔工艺是水泥基材料+封孔囊袋/封孔器或者聚氨酯+水泥基材料两种。其中水泥基材料+封孔囊袋/封器是采用滤积式囊袋或者充胀式封孔器+水泥基材料作为堵头(即为“两堵”)，即在堵头形成后继续注入水泥基材料浆液，实现高压注浆充填密封结构。其中，在堵头形成过程中，滤积式囊袋是通过将水泥基材料浆液中的水滤失，使得高浓度、高稠度的水泥浆得以保留，并通过其后期的微膨胀实现充胀，这是目前使用最为普遍的一种方式；相应的聚氨酯+水泥基材料是将聚氨酯以反应袋或携裹的方式放置于设计位置，通过聚氨酯反应充胀来实现“两堵”的功能。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：目前“两堵一注”密封工艺均属于固结充填型钻孔密封技术，这主要受钻孔密封材料自身反应性质限制。随着煤矿开采深度的增加，高地应力和软弱结构煤层逐渐增多，这导致固结式钻孔密封结构无法适应钻孔的变形而发生密封结构损伤漏气；同时水泥基材料及聚氨酯类密封浆液粘度上升速度快，渗透性差，从而影响钻孔抽采瓦斯高浓度、长时间抽采。而具有良好渗透性的密封材料浆液通常初始粘度较低、且需具有一定的时间才发生反应方可形成密封结构。因此，普通滤积式囊袋难以满足其性能要求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种使用灵活和施工便捷的钻孔自适应保压式密封装置及方法。
为达到上述目的，本发明第一方面提出的一种钻孔自适应保压式密封装置，包括：
抽采管；
注浆管，与抽采管平行设置；
弹性囊袋，包裹在抽采管和注浆管的外侧，并与抽采管和注浆管密封相连；
逆止阀，安装在位于弹性囊袋内的注浆管上,用于向弹性囊袋内和注浆管的下游方向注入流体。
相对现有技术而言，本发明装置具有钻孔自适应能力好、承压能力强、使用灵活和施工便捷的优点，解决了滤积式囊袋无法对含水率高、渗透性好、有一定反应时间的柔性密封材料浆液提供保压和反应所需空间的缺陷，特别是为相变柔性密封技术的“一注式”施工，提供了可靠保障。
在本发明的一个实施例中，还包括：
爆破阀，安装在所述注浆管上，用于在满足预定压力下打开，向所述注浆管的下游方向注入流体；
或者堵头，安装在所述注浆管的末端。
在本发明的一个实施例中，所述弹性囊袋用于在钻孔中注入流体后，径向弹涨，封堵钻孔；所述弹性囊袋由内向外依序包括防水层、承压层和增阻层。
在本发明的一个实施例中，还包括穿管管套和扣压管件，穿管管套安装在所述弹性囊袋的两端，穿管管套内具有供所述注浆管通过的注浆管口和供所述抽采管通过的抽采管口，扣压管件具有扣压槽，通过扣压槽将穿管管套扣压在所述弹性囊袋的两侧。
在本发明的一个实施例中，所述注浆管口的外侧设有第一密封套，所述抽采管口的外侧设有第二密封套。
在本发明的一个实施例中，所述防水层和所述增阻层均采用衬胶工艺完成，衬胶的厚度为0.7～1mm，衬胶的弹胀率大于300％；
所述承压层采用圆织一次成型工艺制成，所述承压层的径向弹胀率为200％～250％，径向扩张强度大于2.5Mpa。
在本发明的一个实施例中，所述爆破阀安装在所述弹性囊袋的外侧，所述爆破阀与所述弹性囊袋的距离为2～3m，所述爆破阀的启动压力大于1.5MPa。
在本发明的一个实施例中，所述抽采管采用阻燃抗静电PE管，直径为32～75mm，抗压强度大于3MPa。
在本发明的一个实施例中，所述注浆管的首端安装有三通阀，三通阀用于注浆及排气转换。
在本发明的一个实施例中，所述钻孔自适应保压式密封装置的数量为多个，多个所述钻孔自适应保压式密封装置串联，所述注浆管之间通过快速接头连接。
本发明第二方面提供一种钻孔自适应保压式密封方法，基于上述一种钻孔自适应保压式密封装置完成，包括以下步骤：
根据钻孔密封长度，连接抽采管及注浆管，抽采管之间采用PVC粘结胶进行粘结，注浆管之间采用快插接头连接，并根据钻孔布置特征选择保留爆破阀个数和方向；
向注浆管内注浆，当弹性囊袋充胀完成爆破阀打开以后，注浆速度采用先快后慢的方式保证浆液良好的渗透性，可反复保压不低于3次，待注浆压力稳定至0.5～1MPa之间时停止注浆，关闭注浆管；
注浆结束后清洗注浆管路系统。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一实施例提出的一种钻孔自适应保压式密封囊装置的结构示意图。
图2是本发明一实施例涉及弹性囊袋的结构示意图。
图3是本发明一实施例涉及穿管管道的截面图。
附图标记说明：
1-抽采管；2-弹性囊袋；3-注浆管；4-逆止阀；5-爆破阀；6-管箍；7-穿管管套；8-扣压管件；9-快插接头；10-三通阀；21-防水层；22-承压层；23-增阻层；71-第一密封套；72-第二密封套；73-注浆管口；74-抽采管口；75-扣压槽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本发明一实施例提出的一种钻孔自适应保压式密封囊装置的结构示意图。
参见图1，一种钻孔自适应保压式密封装置，包括：抽采管1、弹性囊袋2、注浆管3和逆止阀4，其中，注浆管3，与抽采管1平行设置；弹性囊袋2，包裹在抽采管1和注浆管3的外侧，并与抽采管1和注浆管3密封相连；逆止阀4，安装在位于弹性囊袋2内的注浆管3上,用于向弹性囊袋2内和注浆管3的下游方向注入流体。
本发明实施例装置具有钻孔自适应能力好、承压能力强、使用灵活和施工便捷的优点，确保注浆过程浆液不流失并具有充足的反应时间，解决了滤积式囊袋无法对含水率高、渗透性好、有一定反应时间的柔性密封材料浆液提供保压和反应所需空间的缺陷，特别是为相变柔性密封技术的“一注式”施工，提供了可靠保障。
在一些实施例中，钻孔自适应保压式密封装置，还包括爆破阀5，安装在注浆管3上，用于在满足预定压力下打开，向注浆管3的下游方向注入流体。爆破阀5的预定压力根据实际作业情况而设定，在此不做限定。钻孔自适应保压式密封装置可以单独使用，也可以多个连接起来使用。在只使用单个钻孔自适应保压式密封装置的情况下，本密封装置还具有堵头，堵头可以安装在注浆管3的末端。
在一些实施例中，弹性囊袋2用于在钻孔中注入流体后，径向弹涨，封堵钻孔；弹性囊袋2由内向外依序包括防水层21、承压层22和增阻层23。具体地，防水层21和增阻层23可以均采用衬胶工艺完成，衬胶的厚度为0.7～1mm，衬胶的弹胀率大于300％；承压层22可以采用圆织一次成型工艺制成，承压层22的径向弹胀率为200％～250％，径向扩张强度大于2.5Mpa。防水层21和增阻层23起到密封、保压、保水的作用。承压层22起到外部强度构建的作用。
为了实现弹性囊袋2和抽采管1、注浆管3之间的密封，在一些实施例中，钻孔自适应保压式密封装置，还包括穿管管套7和扣压管件8，穿管管套7安装在弹性囊袋2的两端，穿管管套7内具有供注浆管3通过的注浆管口73和供抽采管1通过的抽采管口74，扣压管件8具有扣压槽75，通过扣压槽75将穿管管套7扣压在弹性囊袋2的两侧。注浆管口73的外侧设有第一密封套71，抽采管口74的外侧设有第二密封套72。具体地，穿管管套7是由聚氨酯或热塑性树脂等浇注而成，可以同时穿过抽采管1和注浆管3，在扣压时，在第一、第二密封套的作用下可以实现良好密封。
需要说明的是，钻孔自适应保压式密封装置的数量可以为多个，多个钻孔自适应保压式密封装置串联，注浆管之间通过快速接头9连接。当钻孔自适应保压式密封装置的数量为多个时，有利地，爆破阀5安装在弹性囊袋2的外侧，爆破阀5与弹性囊袋2的距离为2～3m，爆破阀5的启动压力大于1.5MPa。当然，使用过程中可根据钻孔结构保留爆破阀数量和位置。
在一些实施例中，抽采管采用阻燃抗静电PE管，直径为32～75mm，抗压强度大于3MPa。
可以理解的是，钻孔自适应保压式密封装置制作完成后需进行排气密封，因此在注浆管3的首端安装有三通阀10，三通阀10用于注浆及排气转换。
以上可以看出，装置实施例中的钻孔自适应保压式密封装置采用扣压工艺制成，每个封孔器单独制作，便于运送和方便连接，可同时用于“两堵一注”和“一堵一注”，便捷高效。本实施例装置通过改变传统囊袋结构，使其既保证了浆液的不流失卸压，同时还确保了其具有良好的弹胀能力，以此来适应不同尺度的钻孔条件；在此基础上，通过增加增阻层，增大了封孔囊袋的摩擦阻力，避免了在中间空腔注浆过程压力过大将囊袋退出钻孔的问题发生，最终实现可靠的“两堵”功能。
基于上述目的，本发明实施例的第二方面提供一种钻孔自适应保压式密封方法，基于根据上述一种钻孔自适应保压式密封装置完成，包括以下步骤：
步骤S102，根据钻孔密封长度，连接抽采管1及注浆管3，抽采管1之间采用PVC粘结胶进行粘结，注浆管3之间采用快插接头连接，并根据钻孔布置特征选择保留爆破阀5个数和方向；
步骤S104，向注浆管3内注浆，当弹性囊袋2充胀完成爆破阀5打开以后，注浆速度采用先快后慢的方式保证浆液良好的渗透性，可反复保压不低于3次，待注浆压力稳定至0.5～1MPa之间时停止注浆，关闭注浆管3；
步骤S106，注浆结束后清洗注浆管路系统。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (11)
1.一种钻孔自适应保压式密封装置，其特征在于，包括：
抽采管(1)；
注浆管(3)，与抽采管(1)平行设置；
弹性囊袋(2)，包裹在抽采管(1)和注浆管(3)的外侧，并与抽采管(1)和注浆管(3)密封相连；
逆止阀(4)，安装在位于弹性囊袋(2)内的注浆管(3)上,用于向弹性囊袋(2)内和注浆管(3)的下游方向注入流体。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔自适应保压式密封装置，其特征在于，还包括：
爆破阀(5)，安装在所述注浆管(3)上，用于在满足预定压力下打开，向所述注浆管(3)的下游方向注入流体；
或者堵头，安装在所述注浆管(3)的末端。
3.根据权利要求1所述的一种钻孔自适应保压式密封装置，其特征在于，所述弹性囊袋(2)用于在钻孔中注入流体后，径向弹涨，封堵钻孔；所述弹性囊袋(2)由内向外依序包括防水层(21)、承压层(22)和增阻层(23)。
4.根据权利要求1所述的一种钻孔自适应保压式密封装置，其特征在于，还包括穿管管套(7)和扣压管件(8)，穿管管套(7)安装在所述弹性囊袋(2)的两端，穿管管套(7)内具有供所述注浆管(3)通过的注浆管口(73)和供所述抽采管(1)通过的抽采管口(74)，扣压管件(8)具有扣压槽(75)，通过扣压槽(75)将穿管管套(7)扣压在所述弹性囊袋(2)的两侧。
5.根据权利要求4所述的一种钻孔自适应保压式密封装置，其特征在于，所述注浆管口(73)的外侧设有第一密封套(71)，所述抽采管口(74)的外侧设有第二密封套(72)。
6.根据权利要求3所述的一种钻孔自适应保压式密封装置，其特征在于，所述防水层(21)和所述增阻层(23)均采用衬胶工艺完成，衬胶的厚度为0.7～1mm，衬胶的弹胀率大于300％；所述承压层(22)采用圆织一次成型工艺制成，所述承压层(22)的径向弹胀率为200％～250％，径向扩张强度大于2.5Mpa。
7.根据权利要求2所述的一种钻孔自适应保压式密封装置，其特征在于，所述爆破阀(5)安装在所述弹性囊袋(2)的外侧，所述爆破阀(5)与所述弹性囊袋(2)的距离为2～3m，所述爆破阀(5)的启动压力大于1.5MPa。
8.根据权利要求1所述的一种钻孔自适应保压式密封装置，其特征在于，所述抽采管采用阻燃抗静电PE管，直径为32～75mm，抗压强度大于3MPa。
9.根据权利要求1所述的一种钻孔自适应保压式密封装置，其特征在于，所述注浆管(3)的首端安装有三通阀(10)，三通阀(10)用于注浆及排气转换。
10.根据权利要求1所述的一种钻孔自适应保压式密封装置，其特征在于，所述钻孔自适应保压式密封装置的数量为多个，多个所述钻孔自适应保压式密封装置串联，所述注浆管之间通过快速接头(9)连接。
11.一种钻孔自适应保压式密封方法，其特征在于基于根据权利要求1-10任意一项所述一种钻孔自适应保压式密封装置完成，包括以下步骤：
根据钻孔密封长度，连接抽采管(1)及注浆管(3)，抽采管(1)之间采用PVC粘结胶进行粘结，注浆管(3)之间采用快插接头连接，并根据钻孔布置特征选择保留爆破阀(5)个数和方向；
向注浆管(3)内注浆，当弹性囊袋(2)充胀完成爆破阀(5)打开以后，注浆速度采用先快后慢的方式保证浆液良好的渗透性，可反复保压不低于3次，待注浆压力稳定至0.5～1MPa之间时停止注浆，关闭注浆管(3)；
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