CN117386323A - 一种瓦斯抽采注浆封孔装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤层钻孔瓦斯抽采治理技术领域，具体涉及一种瓦斯抽采注浆封孔装置及方法，包括瓦斯抽采管以及分别间隔设有瓦斯抽采管两侧的排浆管和注浆管，所述瓦斯抽采管上间隔套设有外封堵囊袋和内封堵囊袋，所述注浆管贯穿外封堵囊袋和内封堵囊袋，所述排浆管贯穿外封堵囊袋；所述外封堵囊袋和内封堵囊袋上均设有穿套孔，所述穿套孔处设有向外伸出的连接部，所述连接部通过连接组件对外可拆卸固定，相邻所述外圆柱套筒之间可拆卸连接。本发明封孔装置整体结构强度大，提高高压封孔的效果和安全性。

Description

一种瓦斯抽采注浆封孔装置及方法

技术领域

本发明涉及煤层钻孔瓦斯抽采治理技术领域，具体涉及一种瓦斯抽采注浆封孔装置及方法。

背景技术

瓦斯抽采注浆封孔装置通常用于煤矿的瓦斯抽采系统中，主要用于封闭钻孔，防止瓦斯泄漏，并提高瓦斯抽采效率。使用瓦斯抽采注浆封孔装置时，首先根据钻孔的直径和深度选择合适的注浆管和封孔器。然后，将注浆管和封孔器安装到钻孔中，并连接好注浆泵和控制系统。接下来，通过控制系统启动注浆泵，将注浆材料注入钻孔中。随着注浆材料的注入，封孔器即囊袋逐渐膨胀并紧密贴合钻孔壁，实现封孔功能。最后，当注浆材料充满钻孔并达到预定压力后，停止注浆并关闭注浆泵。

现有的注浆封孔装置在使用时，囊袋与管道的配合仅通过简单的扎带固定，固定强度低，另外管道之间即注浆管与抽采管之间不能连为一体，整体装置放置于钻孔时不方便。

另外，目前普遍采用1.5MPa封孔压力进行注浆封堵，部分煤矿本身的煤层地质存在煤体比较松软、裂隙发育程度较高等问题，在这种压力条件下，出现钻孔成型效果差、围岩漏气、钻孔深部裂隙大、注浆扩散半径小等问题，封孔质量低。如果采用较大的封孔压力，扩散浆液扩散半径则会导致瓦斯抽采管变形破坏直至堵死、囊袋发生滑移并被推出钻孔，残存气体在高压下产生更多围岩裂隙等问题进而无法产气。此外，“两堵一注”封堵工艺程序繁琐，耗时严重，凝固时间长。

发明内容

本发明提供一种瓦斯抽采注浆封孔装置及方法，以解决现有技术中抽采管强度以及囊袋固定强度低的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供的一种瓦斯抽采注浆封孔装置及方法采用如下技术方案：

包括瓦斯抽采管以及分别间隔设有瓦斯抽采管两侧的排浆管和注浆管，所述瓦斯抽采管上间隔套设有外封堵囊袋和内封堵囊袋，所述注浆管贯穿外封堵囊袋和内封堵囊袋，所述排浆管贯穿外封堵囊袋；

所述外封堵囊袋和内封堵囊袋上均设有穿套孔，所述穿套孔处设有向外伸出的连接部，所述连接部通过连接组件对外可拆卸固定，相邻所述外圆柱套筒之间可拆卸连接；

所述连接组件包括内圆柱套筒以及可拆卸套设于内圆柱套筒上的外圆柱套筒，所述内圆柱套筒的侧壁上设有优弧型槽口，所述外圆柱套筒的侧壁上设有与优弧型槽口对应的螺纹通孔，所述连接部通过贯穿螺纹通孔以及优弧型槽口的固定件压紧于内圆柱套筒内。

进一步地，所述外圆柱套筒的顶端表面一侧设有螺纹销，所述外圆柱套筒的顶端表面另一侧设有连接件，所述连接件远离外圆柱套筒的一端设有U型槽口。

进一步地，所述瓦斯抽采管包括PVC内管以及活动套设于PVC内管外的金属加强管，所述PVC内管的外壁与金属加强管的内壁之间留有间隙，所述PVC内管内间隔设有十字形封堵骨架，所述PVC内管的底端一体式设有抽采管。

进一步地，所述抽采管的外壁直径大于PVC内管的外壁直径且所述抽采管的壁厚大于PVC内管的壁厚，所述抽采管上设有抽采孔。

进一步地，所述注浆管上设有处于外封堵囊袋和内封堵囊袋之间的爆破阀，所述注浆管上设有两个分别连通至外封堵囊袋、内封堵囊袋内的注浆支管,所述注浆支管上设有单向阀。

进一步地，所述注浆管包括处于钻孔内的内管以及处于钻孔外的外管，所述外管和内管之间通过法兰连接；

所述外管上沿注浆方向依次设有注浆泵、压力自动控制装置、压力表和卸压阀。

进一步地，所述外封堵囊袋和内封堵囊袋之间设有增置囊袋，所述排浆管的底端口处于增置囊袋与内封堵囊袋之间，所述排浆管上靠近顶端口处设有压力阀，所述注浆管上设有连通至增置囊袋内的注浆支管,所述注浆支管上设有单向阀。

进一步地，所述增置囊袋与外封堵囊袋之间的间距为L1，所述增置囊袋与内封堵囊袋之间的间距为L2，且L1∶L2为1∶10。

进一步地，所述外封堵囊袋、内封堵囊袋以及增置囊袋的外表面均设有呈连续S型的防滑橡胶条，所述防滑橡胶条的延伸方向与瓦斯抽采管的轴向垂直。

一种瓦斯抽采注浆封孔方法，包括如下步骤：

S1、将外封堵囊袋、内封堵囊袋以及增置囊袋通过连接组件对应固定穿套于瓦斯抽采管和注浆管上，同理，外封堵囊袋与增置囊袋通过连接组件固定穿套于排浆管；

S2、将固定于瓦斯抽采管上的连接组件分别与对应的排浆管、以及注浆管上连接组件连接在一起，使得瓦斯抽采管和注浆管以及排浆管连为一体；

S3、将连为一体的瓦斯抽采管和注浆管以及排浆管并连带外封堵囊袋、内封堵囊袋、增置囊袋一起送入钻孔的设定深度；

S4、打开注浆泵采用高封控压力注浆，并通过注浆管开始注浆，浆液首先通过单向阀向外封堵囊袋、内封堵囊袋、增置囊袋内充满，继续注浆，注浆压力超过爆破阀预设压力后，开始向内封堵囊袋、增置囊袋之间注浆且内封堵囊袋、增置囊袋之间形成高压注浆段，待浆液充满内封堵囊袋、增置囊袋之间，多余的浆液和气体由排浆管；

S5、一端时间后，关闭排浆管上的压力阀并继续注浆，直至浆液充满围岩裂隙，即可完成高压注浆封孔。

本发明所提供的有益效果是：

1、本发明瓦斯抽采注浆封孔装置中，囊袋通过连接组件实现与管道可拆卸套接，提高套接的固定安装，另外相邻连接组件之间可拆卸连接，使得囊袋以及各个管道之间连为一体，提高装置使用的便捷性和安全性，另外囊袋结构与管道固定紧固，助于实现增加囊袋在钻孔口内的固定性，避免滑移等情况发生，提高高压封孔的效果和安全性。

2、本发明中，瓦斯抽采管由加厚PVC内管配合套放于外壁的金属加强管构成，且PVC内管的内壁设有提高强度的十字形封堵骨架，有效防止在高压注浆封孔时抽采管变形、破坏甚至堵死，保证瓦斯抽采的顺利进行。

3、本发明中，囊袋的表面设有防滑橡胶条，外封堵囊袋、内封堵囊袋以及增置囊袋内部充满浆液后，其表面的防滑橡胶条会立起来，挤压钻孔壁面并锁死，另外，外封堵囊袋的内侧增加增置囊袋，有效防止高注浆压力下，囊袋发生滑移甚至挤出钻孔，大大提高封孔效果。

4、本发明中，增设有平行设置的排浆管，待注浆压力超过爆破阀预设压力后，浆液从爆破阀进入注浆区段，待浆液充满高压注浆区段后，多余的浆液及气体通过排浆管排出，然后关闭压力阀，继续注浆，直至浆液充满围岩裂隙，即可完成高压注浆封孔。增设的排浆管可以及时排除封孔区段的气体，防止高压下围岩继续产生新的微小裂缝进而影响封孔效果。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1为本发明瓦斯抽采注浆封孔装置的示意图；

图2为图1中区域A的局部放大图；

图3为图1中区域B的局部放大图；

图4为发明中瓦斯抽采管的截面示意图；

图5为本发明中内圆柱套筒的结构示意图；

图6为本发明中外圆柱套筒的结构示意图。

附图标记说明：

1、瓦斯抽采管；101、PVC内管；102、金属加强管；103、十字形封堵骨架；11、外封堵囊袋；111、穿套孔；112、连接部；113、防滑橡胶条；12、内封堵囊袋；13、增置囊袋；2、排浆管；3、注浆管；301、内管；302、外管；3021、注浆泵；3022、压力自动控制装置；3023、压力表；3024、卸压阀；31、爆破阀；32、单向阀；4、连接组件；41、内圆柱套筒；411、优弧型槽口；42、外圆柱套筒；421、螺纹通孔；422、螺纹销；423、连接件；424、U型槽口；43、固定件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员应知，下面所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。

下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。

本发明所提供的一种瓦斯抽采注浆封孔装置的实施例1：

如图1至图6所示，

包括瓦斯抽采管1以及分别间隔设有瓦斯抽采管1两侧的排浆管2和注浆管3，所述瓦斯抽采管1上间隔套设有外封堵囊袋11和内封堵囊袋12，所述注浆管3贯穿外封堵囊袋11和内封堵囊袋12，所述排浆管2贯穿外封堵囊袋11。

所述外封堵囊袋11和内封堵囊袋12之间设有增置囊袋13。

所述外封堵囊袋11和内封堵囊袋12上均设有穿套孔111，所述穿套孔111处设有向外伸出的连接部112，所述连接部112通过连接组件4对外可拆卸固定，相邻所述外圆柱套筒42之间可拆卸连接。

所述连接组件4包括内圆柱套筒41以及可拆卸套设于内圆柱套筒41上的外圆柱套筒42，所述内圆柱套筒41的侧壁上设有优弧型槽口411，所述外圆柱套筒42的侧壁上设有与优弧型槽口411对应的螺纹通孔421，所述连接部112通过贯穿螺纹通孔421以及优弧型槽口411的固定件43压紧于内圆柱套筒41内。

其中，所述外圆柱套筒42的顶端表面一侧设有螺纹销422，所述外圆柱套筒42的顶端表面另一侧设有连接件423，所述连接件423远离外圆柱套筒42的一端设有U型槽口424。

相邻的连接组件4之间需要连接时，使得相对的螺纹销422卡紧U型槽口424内，然后通过螺母紧固即可。

其中，外封堵囊袋11和增置囊袋13上的穿套孔111为对应设置的三个，内封堵囊袋12上的穿套孔111为对应设定的一个。

本实施例中，外封堵囊袋11、内封堵囊袋12以及增置囊袋13均为高压防滑特制囊袋，采用袖筒布与橡胶、乳胶复合而成的弹性薄壁材料，穿套孔111处圆周以及连接部112采用具有弹性的橡胶材质，以使得穿套孔111处以及连接部112处进行穿套瓦斯抽采管1或者是排浆管2、注浆管3时，可以根据需要撑大口径。

具体的，瓦斯抽采管1穿套固定于外封堵囊袋11时，瓦斯抽采管1通过对应的穿套孔111贯穿外封堵囊袋11，同时使得连接部112贴合于瓦斯抽采管1的表面，此时，将内圆柱套筒41套放于瓦斯抽采管1上且使得连接部112处于内圆柱套筒41内，随后套放安装外圆柱套筒42，并将固定件43拧紧于外圆柱套筒42上且使得固定件43底端压紧连接部112。

同理完成其他对应穿套孔111处的固定连接。

所述注浆管3包括处于钻孔内的内管301以及处于钻孔外的外管302，所述外管302和内管301之间通过法兰连接。

需要说明的是，对于注浆管3，为了避免套装固定于干涉，外管302和内管301的对应连接端为变径端，以使得连接处的法兰外径不大于注浆管3的外壁直径。

所述注浆管3上设有处于外封堵囊袋11和内封堵囊袋12之间的爆破阀31，所述注浆管3上设有两个分别连通至外封堵囊袋11、内封堵囊袋12内的注浆支管,所述注浆支管上设有单向阀32。

需要说明的是，为了避免爆破阀31的设置对于套放固定安装注浆管3产生干涉，爆破阀31设于独立的一段管道上，且该独立的一段管道通过法兰连接于内管301上，且接端为变径端，以使得连接处的法兰外径不大于注浆管3的外壁直径。

另外，为了避免单向阀32的存在干涉注浆管3的套装，设置注浆支管处的内管301变小，且注浆支管的外端口不伸出内管301的外壁外侧。

其中，所述瓦斯抽采管1包括PVC内管101以及活动套设于PVC内管101外的金属加强管102，所述PVC内管101的外壁与金属加强管102的内壁之间留有间隙，所述PVC内管101内间隔设有十字形封堵骨架103，所述PVC内管101的底端一体式设有抽采管。

其中，所述抽采管的外壁直径大于PVC内管101的外壁直径且所述抽采管的壁厚大于PVC内管101的壁厚，所述抽采管上设有抽采孔。

本实施例中，本实施例中PVC内管101的管壁厚度为3.8mm，对于瓦斯抽采管1，主体采用加厚的PVC内管，抽采端头采用加厚PVC花管，管内设置十字形封堵骨架103，相邻十字形封堵骨架103之间的间距为30cm，外部套用金属加强管102且金属加强管102具体采用铁管，铁管的内壁直径略微大于PVC内管101的外壁直径，使得PVC内管101的外壁与铁管的内壁之间留有一定的间隙，有效防止在高压注浆封孔时抽采管变形、破坏甚至堵死，保证瓦斯抽采的顺利进行。

所述外管302上沿注浆方向依次设有注浆泵3021、压力自动控制装置3022、压力表3033和卸压阀3034。

需要说明的是，注浆过程中通过压力自动控制装置3022实现保压注浆为现有技术，具体原理不再赘述。

本实施例中，所述排浆管2的底端口处于增置囊袋13与内封堵囊袋12之间，所述排浆管2上靠近顶端口处设有压力阀，所述注浆管3上设有连通至增置囊袋13内的注浆支管,所述注浆支管上设有单向阀32。

其中，所述增置囊袋13与外封堵囊袋11之间的间距为L1，所述增置囊袋13与内封堵囊袋12之间的间距为L2，且L1∶L2为1∶10。

本实施例中L2的长度不大于13米。

其中，所述外封堵囊袋11、内封堵囊袋12以及增置囊袋13的外表面均设有呈连续S型的防滑橡胶条113，所述防滑橡胶条113的延伸方向与瓦斯抽采管1的轴向垂直。

具体使用时，外封堵囊袋11、内封堵囊袋12以及增置囊袋13内部充满浆液后，其表面的防滑橡胶条113会立起来，挤压钻孔壁面并锁死。

一种瓦斯抽采注浆封孔方法，包括如下步骤：

S1、将外封堵囊袋11、内封堵囊袋12以及增置囊袋13通过连接组件4对应固定穿套于瓦斯抽采管1和注浆管3上，同理，外封堵囊袋11与增置囊袋13通过连接组件4固定穿套于排浆管2；

S2、将固定于瓦斯抽采管1上的连接组件4分别与对应的排浆管2、以及注浆管3上连接组件4连接在一起，使得瓦斯抽采管1和注浆管3以及排浆管2连为一体；

S3、将连为一体的瓦斯抽采管1和注浆管3以及排浆管2并连带外封堵囊袋11、内封堵囊袋12、增置囊袋13一起送入钻孔的设定深度；

S4、打开注浆泵3021采用高封控压力注浆，并通过注浆管2开始注浆，浆液首先通过单向阀32向外封堵囊袋11、内封堵囊袋12、增置囊袋13内充满，继续注浆，注浆压力超过爆破阀31预设压力后，开始向内封堵囊袋12、增置囊袋13之间注浆且内封堵囊袋12、增置囊袋13之间形成高压注浆段，待浆液充满内封堵囊袋12、增置囊袋13之间，多余的浆液和气体由排浆管2；

其中，注浆泵3021采用矿用气动注浆泵，采用高压封孔，封孔压力提升至6MPa以上。采用高压注浆封孔工艺，注浆压力达6MPa以上，有效缩短了注浆区段长度，并大大提高浆液扩散半径，扩散半径由50-100cm扩大到200-300cm，达到设计孔间距，有效填充了围岩内部微小裂隙，大大提高瓦斯抽采效率。

S5、一端时间后，关闭排浆管2上的压力阀并继续注浆，直至浆液充满围岩裂隙，即可完成高压注浆封孔。

根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“宽度”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。

另外，在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体地限定。

Claims (10)

1.一种瓦斯抽采注浆封孔装置，其特征在于，包括瓦斯抽采管(1)以及分别间隔设有瓦斯抽采管(1)两侧的排浆管(2)和注浆管(3)，所述瓦斯抽采管(1)上间隔套设有外封堵囊袋(11)和内封堵囊袋(12)，所述注浆管(3)贯穿外封堵囊袋(11)和内封堵囊袋(12)，所述排浆管(2)贯穿外封堵囊袋(11)；

所述外封堵囊袋(11)和内封堵囊袋(12)上均设有穿套孔(111)，所述穿套孔(111)处设有向外伸出的连接部(112)，所述连接部(112)通过连接组件(4)对外可拆卸固定，相邻所述外圆柱套筒(42)之间可拆卸连接；

所述连接组件(4)包括内圆柱套筒(41)以及可拆卸套设于内圆柱套筒(41)上的外圆柱套筒(42)，所述内圆柱套筒(41)的侧壁上设有优弧型槽口(411)，所述外圆柱套筒(42)的侧壁上设有与优弧型槽口(411)对应的螺纹通孔(421)，所述连接部(112)通过贯穿螺纹通孔(421)以及优弧型槽口(411)的固定件(43)压紧于内圆柱套筒(41)内。

2.根据权利要求1所述的瓦斯抽采注浆封孔装置，其特征在于，所述外圆柱套筒(42)的顶端表面一侧设有螺纹销(422)，所述外圆柱套筒(42)的顶端表面另一侧设有连接件(423)，所述连接件(423)远离外圆柱套筒(42)的一端设有U型槽口(424)。

3.根据权利要求2所述的瓦斯抽采注浆封孔装置，其特征在于，所述瓦斯抽采管(1)包括PVC内管(101)以及活动套设于PVC内管(101)外的金属加强管(102)，所述PVC内管(101)的外壁与金属加强管(102)的内壁之间留有间隙，所述PVC内管(101)内间隔设有十字形封堵骨架(103)，所述PVC内管(101)的底端一体式设有抽采管。

4.根据权利要求3所述的瓦斯抽采注浆封孔装置，其特征在于，所述抽采管的外壁直径大于PVC内管(101)的外壁直径且所述抽采管的壁厚大于PVC内管(101)的壁厚，所述抽采管上设有抽采孔。

5.根据权利要求2所述的瓦斯抽采注浆封孔装置，其特征在于，所述注浆管(3)上设有处于外封堵囊袋(11)和内封堵囊袋(12)之间的爆破阀(31)，所述注浆管(3)上设有两个分别连通至外封堵囊袋(11)、内封堵囊袋(12)内的注浆支管,所述注浆支管上设有单向阀(32)。

6.根据权利要求5所述的瓦斯抽采注浆封孔装置，其特征在于，所述注浆管(3)包括处于钻孔内的内管(301)以及处于钻孔外的外管(302)，所述外管(302)和内管(301)之间通过法兰连接；

所述外管(302)上沿注浆方向依次设有注浆泵(3021)、压力自动控制装置(3022)、压力表(3033)和卸压阀(3034)。

7.根据权利要求2所述的瓦斯抽采注浆封孔装置，其特征在于，所述外封堵囊袋(11)和内封堵囊袋(12)之间设有增置囊袋(13)，所述排浆管(2)的底端口处于增置囊袋(13)与内封堵囊袋(12)之间，所述排浆管(2)上靠近顶端口处设有压力阀，所述注浆管(3)上设有连通至增置囊袋(13)内的注浆支管,所述注浆支管上设有单向阀(32)。

8.根据权利要求7所述的瓦斯抽采注浆封孔装置，其特征在于，所述增置囊袋(13)与外封堵囊袋(11)之间的间距为L1，所述增置囊袋(13)与内封堵囊袋(12)之间的间距为L2，且L1∶L2为1∶10。

9.根据权利要求7所述的瓦斯抽采注浆封孔装置，其特征在于，所述外封堵囊袋(11)、内封堵囊袋(12)以及增置囊袋(13)的外表面均设有呈连续S型的防滑橡胶条(113)，所述防滑橡胶条(113)的延伸方向与瓦斯抽采管(1)的轴向垂直。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的瓦斯抽采注浆封孔方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将外封堵囊袋(11)、内封堵囊袋(12)以及增置囊袋(13)通过连接组件(4)对应固定穿套于瓦斯抽采管(1)和注浆管(3)上，同理，外封堵囊袋(11)与增置囊袋(13)通过连接组件(4)固定穿套于排浆管(2)；

S2、将固定于瓦斯抽采管(1)上的连接组件(4)分别与对应的排浆管(2)、以及注浆管(3)上连接组件(4)连接在一起，使得瓦斯抽采管(1)和注浆管(3)以及排浆管(2)连为一体；

S3、将连为一体的瓦斯抽采管(1)和注浆管(3)以及排浆管(2)并连带外封堵囊袋(11)、内封堵囊袋(12)、增置囊袋(13)一起送入钻孔的设定深度；

S4、打开注浆泵(3021)采用高封控压力注浆，并通过注浆管(2)开始注浆，浆液首先通过单向阀(32)向外封堵囊袋(11)、内封堵囊袋(12)、增置囊袋(13)内充满，继续注浆，注浆压力超过爆破阀(31)预设压力后，开始向内封堵囊袋(12)、增置囊袋(13)之间注浆且内封堵囊袋(12)、增置囊袋(13)之间形成高压注浆段，待浆液充满内封堵囊袋(12)、增置囊袋(13)之间，多余的浆液和气体由排浆管(2)；

S5、一端时间后，关闭排浆管(2)上的压力阀并继续注浆，直至浆液充满围岩裂隙，即可完成高压注浆封孔。