CN114837647A - 一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置及方法，包括多个依次连接的壳体，壳体内部设置有进水管道和混合单元，所述混合单元设置有水流层和膨胀材料固体层，所述进水管道通过空心注水针连接水箱，所述水箱设置有控制箱、电磁阀、流量计、软管、操作面板、启动开关。本发明通过水箱和空心注水针将定量的水剂注入壳体的膨胀材料固体层，利用水流层结构完成均匀混合，将该装置依次推送至煤层钻孔中，膨胀材料水化后产生静态膨胀应力促使煤层产生裂隙，从而提高煤层透气性，解决了井下膨胀材料不易储存、搅拌、填孔效率低等问题，有效保障了煤层钻孔膨胀致裂施工效率和致裂效果。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯防治技术领域，具体涉及一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置。
背景技术
煤与瓦斯突出是影响煤矿安全生产的主要灾害之一，严重威胁着煤矿的安全生产。随着煤层开采深度的增加，煤层地应力和瓦斯压力不断增大，导致煤层渗透率降低；同时,煤矿地质复杂,极大地增加了煤矿瓦斯抽采难度。因此，在煤矿进行瓦斯抽采前,对煤层进行增透处理，提高瓦斯抽采效率，以保达到井下安全工作、科学采煤的目的。
静态膨胀致裂增透是一种利用固体膨胀材料进行煤层致裂增透技术，以其无毒、无噪声、增透效果好等优点而应用于煤层。然而静态破碎剂在使用时，需要现场称量搅拌及灌浆设备，搅拌时间过短，膨胀材料与水混合不均匀，膨胀材料反应不充分，致裂效果不佳，反之会造成一部分膨胀力损失；其次井下环境潮湿，钻孔积水等问题不利于膨胀材料的使用、储存和运输；并且井下使用情况复杂，在对钻孔致裂时要考虑浆液的倒流、跑浆和漏浆等问题。
基于此，需要提供一种使用简便且适用于煤层钻孔膨胀增透致裂装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决静态膨胀材料在使用时，水剂与膨胀材料需现场定量称量搅拌，使用过程相对繁琐，如充填过慢，浆体流动度损失快，灌孔困难，降低破碎效果的问题，提供一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置，包括多个依次连接的壳体；
所述壳体内同轴设置有多个混合单元；每个所述混合单元设置有水流层和膨胀材料固体层；
每个水流层均设置有环形区域，每个环形区域间隔设置有若干出水孔；水流层的部分出水孔作为连接孔；
所述膨胀材料固体层设置有薄挡板，薄挡板上面与水流层的连接孔相连接，且薄挡板的两侧设置有若干个挡板出水孔；
壳体内部设置有进水管道，水流通道贯穿整个壳体，并与混合单元的水流层相连通，与膨胀材料固体层密闭，且水流层与膨胀材料固体层之间，及混合单元之间的水流通道皆用橡胶塞封堵；
所述进水管道通过空心注水针和软管连接水箱；
所述水箱上设置有控制箱，所述控制箱上设置有操作面板，用于输入特定流量值，所述操作面板下设置有启动装置，用于控制电路；所述水箱右上端连接有进水管，另一端下侧设置有电磁阀，所述电磁阀出水口连接有流量计，所述流量计连接有软管；
所述电磁阀和流量计与控制箱连接，以接收流量计流量信号，切断电源，控制电磁阀开关。
所述壳体内同轴设置有五个混合单元；五个水流层分别设置有环形区域，由内到外依次为第一环形区域、第二环形区域、第三环形区域、第四环形区域、第五环形区域，五个环形区域为五个同心圆，且半径差值相同。
所述空心注水针的前表面设置有刻度线。
所述膨胀材料固体层设置有六个薄挡板，且相隔°成圆形分布。
所述薄挡板为不规则立体图形。
便携式煤层钻孔膨胀致裂增透方法，包括以下阶段：
混合阶段：
将空心注水针全部插入水流通道，在控制箱上设置所需的流量，按下启动开关后电磁阀打开，水流通过流量计将流量信号传输到控制箱，达到设定值后，控制箱切断电源，电磁阀关闭，完成每层定量注水。
而后将空心注水针向上拔至第二条刻度线处，接着启动开关，通过设置定量将水箱中的水注入上面一层水流层中，达到设定值后，控制箱切断电源，电磁阀关闭，而后将针管向上拔至第三条刻度线处，而后依次进行，直至将水全部注入壳体中。
所述每个混合单元中，注入水流层后，水流由环形区域流至环形区域在到环形区域的同时，穿过设置在水流层的出水孔渗入膨胀材料固体层，在水流流至最外层的环形区域时，通过水流层与膨胀材料固体层接触的薄挡板流入膨胀材料固体层，并通过薄挡板上面的出水孔向膨胀材料固体层四周渗透，从而达到均匀混合固体的效果；
装药阶段：
将水注入煤层钻孔膨胀致裂装置后，根据钻孔深度依次将该装置放入钻孔内采用聚氨酯材料封孔后，等待膨胀材料水化反应进行煤层致裂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过注射管将液体注入壳体后，水流沿着弯曲的路径流动，同时通过设置的小孔渗透固体上表层，水流向下流入薄板后，通过薄板上的小孔分别向固体内部渗透，从而达到将固体完全浸润的效果，提高了混合效率和安全性。
2、本发明通过控制箱和壳体内每个单元膨胀材料固体层容量设置，可根据煤层钻孔所需致裂效果，实现膨胀材料与水任意比例的使用。
3、本发明通过壳体将膨胀材料包裹在其中，避免井下潮湿环境对致裂效果造成影响，适用于各方向钻孔，便于携带使用。
附图说明
图1为本发明的注水使用图；
图2为本发明的三维外观图；
图3为本发明的水流层示意图；
图4a为本发明的膨胀材料固体层立体图；
图4b为本发明的膨胀材料固体层剖面图；
图4c为本发明的膨胀材料固体层俯视图；
图5为本发明的水箱的结构图；
图6为本发明的煤层钻孔致裂应用图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例：
如图1到图6所示，一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置，包括多个依次连接的壳体2；
所述壳体2内同轴设置有多个混合单元7；每个所述混合单元7设置有水流层4和膨胀材料固体层5；
每个水流层4均设置有环形区域，每个环形区域间隔设置有若干出水孔14；水流层4的部分出水孔作为连接孔15；
所述膨胀材料固体层5设置有薄挡板6，薄挡板6上面与水流层4的连接孔15相连接，且薄挡板6的两侧设置有若干个挡板出水孔16；
壳体2内部设置有进水管道3，水流通道3贯穿整个壳体2，并与混合单元7的水流层4相连通，与膨胀材料固体层5密闭，且水流层4与膨胀材料固体层5之间，及混合单元7之间的水流通道3皆用橡胶塞8封堵；
所述进水管道3通过空心注水针22和软管21连接水箱1；
所述水箱1上设置有控制箱18，所述控制箱18上设置有操作面板24，用于输入特定流量值，所述操作面板24下设置有启动装置25，用于控制电路；所述水箱1右上端连接有进水管17，另一端下侧设置有电磁阀19，所述电磁阀出水口连接有流量计20，所述流量计连接有软管21；
所述电磁阀19和流量计20与控制箱18连接，以接收流量计20流量信号，切断电源，控制电磁阀19开关。
如图3所示，所述壳体2内同轴设置有五个混合单元7；五个水流层4分别设置有环形区域，由内到外依次为第一环形区域9、第二环形区域10、第三环形区域11、第四环形区域12、第五环形区域13，五个环形区域为五个同心圆，且半径差值相同。
如图5所示，所述空心注水针22的前表面设置有刻度线23。
如图4a到图4c所示，所述膨胀材料固体层5设置有六个薄挡板6，且相隔60°成圆形分布。
所述薄挡板6为不规则立体图形。
便携式煤层钻孔膨胀致裂增透方法，包括以下阶段：
混合阶段：
将空心注水针22全部插入水流通道3，在控制箱18上设置所需的流量，按下启动开关25后电磁阀19打开，水流通过流量计20将流量信号传输到控制箱18，达到设定值后，控制箱18切断电源，电磁阀19关闭，完成每层定量注水。
而后将空心注水针22向上拔至第二条刻度线处，接着启动开关25，通过设置定量将水箱中的水注入上面一层水流层中，达到设定值后，控制箱18切断电源，电磁阀19关闭，而后将针管向上拔至第三条刻度线处，而后依次进行，直至将水全部注入壳体中。
所述每个混合单元7中，注入水流层4后，如图3路线，水流由环形区域9流至环形区域11在到环形区域13的同时，穿过设置在水流层4的出水孔16渗入膨胀材料固体层5，在水流流至最外层的环形区域13时，通过水流层4与膨胀材料固体层5接触的薄挡板6流入膨胀材料固体层5，并通过薄挡板6上面的出水孔16向膨胀材料固体层5四周渗透，从而达到均匀混合固体的效果；
装药阶段：
如图6所示，将水注入煤层钻孔膨胀致裂装置后，根据钻孔深度依次将该装置放入钻孔内采用聚氨酯材料封孔后，等待膨胀材料水化反应进行煤层致裂。
Claims (6)
1.一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置，其特征在于：包括多个依次连接的壳体(2)；
所述壳体(2)内同轴设置有多个混合单元(7)；每个所述混合单元(7)设置有水流层(4)和膨胀材料固体层(5)；
每个水流层(4)均设置有环形区域，每个环形区域间隔设置有若干出水孔(14)；水流层(4)的部分出水孔作为连接孔(15)；
所述膨胀材料固体层(5)设置有薄挡板(6)，薄挡板(6)上面与水流层(4)的连接孔(15)相连接，且薄挡板(6)的两侧设置有若干个挡板出水孔(16)；
壳体(2)内部设置有进水管道(3)，水流通道(3)贯穿整个壳体(2)，并与混合单元(7)的水流层(4)相连通，与膨胀材料固体层(5)密闭，且水流层(4)与膨胀材料固体层(5)之间，及混合单元(7)之间的水流通道(3)皆用橡胶塞(8)封堵；
所述进水管道(3)通过空心注水针(22)和软管(21)连接水箱(1)；
所述水箱(1)上设置有控制箱(18)，所述控制箱(18)上设置有操作面板(24)，用于输入特定流量值，所述操作面板(24)下设置有启动装置(25)，用于控制电路；所述水箱(1)右上端连接有进水管(17)，另一端下侧设置有电磁阀(19)，所述电磁阀出水口连接有流量计(20)，所述流量计连接有软管(21)；
所述电磁阀(19)和流量计(20)与控制箱(18)连接，以接收流量计(20)流量信号，切断电源，控制电磁阀(19)开关。
2.根据权利要求1所述的一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置，其特征在于：所述壳体(2)内同轴设置有五个混合单元(7)；五个水流层(4)分别设置有环形区域，由内到外依次为第一环形区域(9)、第二环形区域(10)、第三环形区域(11)、第四环形区域(12)、第五环形区域(13)，五个环形区域为五个同心圆，且半径差值相同。
3.根据权利要求1所述的一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置，其特征在于：所述空心注水针(22)的前表面设置有刻度线(23)。
4.根据权利要求1所述的一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置，其特征在于：所述膨胀材料固体层(5)设置有六个薄挡板(6)，且相隔60°成圆形分布。
5.根据权利要求4所述的便携式煤层钻孔膨胀材料静态混合装置，其特征在于：所述薄挡板(6)为不规则立体图形。
6.便携式煤层钻孔膨胀致裂增透方法，其特征在于，根据权利要求1到5任一项所述的一种便携式煤层钻孔膨胀致裂增透装置，包括以下阶段：
混合阶段：
将空心注水针(22)全部插入水流通道(3)，在控制箱(18)上设置所需的流量，按下启动开关(25)后电磁阀(19)打开，水流通过流量计(20)将流量信号传输到控制箱(18)，达到设定值后，控制箱(18)切断电源，电磁阀(19)关闭，完成每层定量注水。
而后将空心注水针(22)向上拔至第二条刻度线处，接着启动开关(25)，通过设置定量将水箱中的水注入上面一层水流层中，达到设定值后，控制箱(18)切断电源，电磁阀(19)关闭，而后将针管向上拔至第三条刻度线处，而后依次进行，直至将水全部注入壳体中。
所述每个混合单元(7)中，注入水流层(4)后，水流由环形区域(9)流至环形区域(11)在到环形区域(13)的同时，穿过设置在水流层(4)的出水孔(16)渗入膨胀材料固体层(5)，在水流流至最外层的环形区域(13)时，通过水流层(4)与膨胀材料固体层(5)接触的薄挡板(6)流入膨胀材料固体层(5)，并通过薄挡板(6)上面的出水孔(16)向膨胀材料固体层(5)四周渗透，从而达到均匀混合固体的效果；
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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| 郭怀广;朱立凯;: "煤岩层静态爆破释能增透机制探讨" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114837647B (zh) | 2023-05-23 |
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