CN204677155U - 一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置，其包括高压磨料水射流割缝装置和封孔装置，其特征在于，所述高压磨料水射流割缝装置包括水箱（1）、高压泵（2）、球形截止阀（7）、球形截止阀（10）、溢流阀（6）、磨料罐（11）、输水器（14）、钻机（16），所述封孔装置包括封孔器，封孔器上设有注水管（24）和注浆管（25），注浆管（25）前端连接有球形截止阀（22）并至注浆泵，注水管前端连接有球形截止阀（21），后端通过快速接头连接筛管（29），筛管（29）前端设置有棉纱（28），后端设置有活动堵头（30）。

Description

一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置

技术领域

本实用新型涉及一种煤矿安全控制装置，尤其涉及一种煤矿井下高压注水、水力压裂钻孔封孔装置。

背景技术

近年来，高压注水、水力压裂作为低透气性煤层瓦斯灾害治理及瓦斯抽采的有效措施得到了广泛试验性应用推广。决定煤层卸压效果的关键之一在于注水孔、压裂孔的封孔强度及密封。封孔强度较低时，封孔材料被高水压破坏，封孔材料与钻孔壁脱离、有效摩擦力大幅度降低，封孔失效，从而导致煤层卸压失败；封孔密封性较差时，造成水压损失，煤层不能有效卸压。因此确保钻孔的封孔效果显得尤为重要。

国内对于钻孔封孔方法及装置主要集中在抽采钻孔的封孔，适用于高压注水及水力压裂的钻孔封孔方法相对较少。如申请号为CN201110265107.5 ，发明名称为“煤矿井下超高压压裂孔的钻孔封孔方法及封孔装置”的中国专利，能够满足注水、压裂钻孔的基本要求，但所使用的水泥凝固时间较长；再如，公开号为CN200910012215.4 ，发明名称为“煤矿井下高压注水钻孔封孔方法”的中国专利，采用玛丽散实现了快速封孔，但随着水压的不断升高玛丽散强度已不能满足现在高压注水、水力压裂的需要；又如，专利号为CN201020191802.2，发明名称为“一种胶囊封孔装置”的中国专利，能够满足封孔强度及快速封孔的要求，但因钻孔壁的粗糙度及钻孔弯度的影响，胶囊封孔会出现泄露及胶囊无法取出等问题。

发明内容

本实用新型为克服现有技术的不足，本实用新型提出了一种适用于高压注水、水力压裂的高强度快速封孔装置，保证了煤体的有效卸压，达到了瓦斯灾害治理及高效抽采瓦斯的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高强度快速封孔装置包括包括高压磨料水射流割缝装置和封孔装置。其中，所述高压磨料水射流割缝装置包括水箱、高压泵、球形截止阀、溢流阀、磨料罐、输水器、钻机等，所述封孔装置包括封孔器，封孔器上设有注水管和注浆管，注浆管前端连接有球形截止阀并至注浆泵，注水管前端连接有球形截止阀，后端通过快速接头连接筛管，筛管前端设置有棉纱，后端设置有活动堵头。所涉及到的材料有陶粒、聚氨酯、水泥浆液等。

进一步，作为优选，所述的一种高压磨料水射流割缝装置，所述水箱通过第一管道连接所述高压泵，所述高压泵后端的第二管道上设有所述球形截止阀，所述高压泵和所述球形截止阀之间的管道上分接有第三管道，第三管道上设有所述溢流阀，所述球形截止阀通过第四管道连接至所述磨料罐上端，第四管道上分接有第五管道，第五管道设有所述球形截止阀，所述球形截止阀通过第六管道连接至所述磨料罐下端，所述磨料罐下端通过第七管道连接至所述输水器，所述输水器与所述钻机相连。

进一步，作为优选，所述的一种高压磨料水射流割缝装置，所述钻机包括钻杆、多功能自动切换式钻头，多功能自动切换式钻头上设有径向喷嘴和轴向喷嘴。

进一步，作为优选，所述的一种封孔装置，所述注浆管后端在孔内长度大于2m。

进一步，作为优选，所述的一种封孔装置，所述水泥浆液采用白色硅酸盐水泥（325）和灰色硅酸盐水泥（425）以1:3.5的比例调配。

进一步，作为优选，所述的一种高压磨料水射流割缝装置，所述轴向喷嘴的个数为多个，其中之一在钻头中心，其余呈圆周分布在钻头周边。

本实用新型的有益效果在于：

1）通过在钻孔中形成若干缝隙，缝隙及钻孔中的封孔材料形成整体，增大了封孔的强度和摩擦力，满足了高水压作用的要求；

2）注水管末端连接筛管及活动堵头，避免了高压水对煤层顶底板的冲击，确保高压水仅作用于煤层；

3）注水管与筛管之间包裹棉纱，能够过滤水泥浆液中的颗粒，避免水泥浆液在注水管中返出时堵塞注水管；

4）水泥浆液采用白色硅酸盐水泥（325）和灰色硅酸盐水泥（425）以1:3.5的比例调配，不但能够满足封孔强度的要求，而且能够促使浆液快速凝固；

5）孔口采用封孔器和聚氨酯相结合的方式封孔，减少了孔口堵孔步骤，确保注浆过程中的密封性，同时使注浆管和注水管更容易固定。

附图说明

图1是本实用新型的一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置中使用的高压磨料水射流割缝装置连接示意图；

图2是本实用新型的一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置中使用的封孔装置连接示意图；

图3是本实用新型的一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置中使用的封孔器装配图；

其中，1：水箱；2：高压泵；3：第一管道；4：第二管道；5：第三管道；6：溢流阀；7：球形截止阀；8：第四管道；9：第五管道；10：球形截止阀；11：磨料罐；12：第六管道；13：第七管道；14：输水器；15，17：钻杆；16：钻机；18：径向喷嘴；19：自动切换式多功能钻头；20：轴向喷嘴；21、22：球形截止阀；23：封孔木楔；24：注水管；25：注浆管；26：聚氨酯；27：水泥浆液；28：棉纱；29：筛管；30：活动堵头；31：钻孔。

具体实施方式

以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种在该井下煤层高强度快速钻孔封孔装置中使用的高压磨料水射流割缝装置，其包括水箱1，高压泵2，球形截止阀7、10，溢流阀6、磨料罐11、输水器14、钻机16等。水箱1通过第一管道3连接所述高压泵2，所述高压泵2后端的第二管道4上设有所述球形截止阀7，高压泵2和球形截止阀7之间的管道上分接有第三管道5，第三管道5上设有所述溢流阀6，球形截止阀7通过第四管道8连接至磨料罐11上端，第四管道8上分接有第五管道9，第五管道9设有球形截止阀10，球形截止阀通10过第六管道12连接至磨料罐11下端，磨料罐11下端通过第七管道13连接至输水器14，输水器14与钻机16相连。

如图2所示，本实用新型提供了一种在该井下煤层高强度快速钻孔封孔装置中使用的封孔装置，其包括球形截止阀21、22，封孔木楔23，注水管24，注浆管25，棉纱28，筛管29，活动堵头30。其中，球形截止阀21、22分别与注水管24和注浆管25相连，连接注水管24和筛管29，连接处用棉纱28包裹，筛管29另一端连接堵头30，将注水管及筛管放入钻孔31中，筛管29末端位于岩孔与煤孔交界处，孔口采用封孔木楔23进行密封。

在使用该装置时，对井下煤层高压注水、水力压裂钻孔高强度快速封孔时，具体步骤为：

（1）钻孔前的准备工作：将磨料罐中11注入陶粒，检查高压磨料水射流割缝装置中各连接管路的牢固和密封，并合理安排液压泵与煤层施工地点的距离，启动高压泵2，调节液压泵的工作流量和压力分别为其额定工作流量和额定工作压力，关闭第三管道5上的溢流阀6，打开第四管道8、第五管道9上的球形截止阀10，将自动切换式多功能钻头19定位在距钻孔孔底1m处；

（2）钻孔割缝：启动高压泵2，泵压控制30MPa以上，在高压水的作用下，自动切换式钻头19轴向喷嘴20关闭，径向喷嘴18打开，高压水通过第四管道8将陶粒压入第七管道13，与第六管道12中的高压水在第七管道13中混合，经输水器14、钻杆17在径向喷嘴18中喷出径向切割钻孔，直至在钻孔切割出半径大于20cm的圆盘状缝隙，关闭第三管道5的溢流阀6，关闭第五管道9的球形截止阀10，打开第三管道5的溢流阀6，将钻杆17后退3m，打开第四管道8的球形截止阀7，打开第五管道9的球形截止阀10，关闭第三管道5的溢流阀6，重复以上步骤直至孔口处5m；

（3）封孔前的准备工作：根据钻孔长度及孔径准备适量的白色硅酸盐水泥（325）和灰色硅酸盐水泥（425），并以1:3.5的比例调配成水泥浆液27；调配适量聚氨酯26；连接注水管24和筛管29，连接处用棉纱28包裹，筛管29另一端连接堵头30，将注水管及筛管放入钻孔31中，筛管29末端位于岩孔段与煤孔段交界处，注水管24延伸至孔口处连接于封孔器的注水管；

（4）封孔：将调配的聚氨酯26填充在孔口处1~1.5m范围内，将封孔器的注水管与钻孔内注水管24连接，并将封孔器固定在孔内，打开注水管24外的球形截止阀21，将封孔器的注浆管与注浆泵24连接，打开注浆管24外球形截止阀21，启动注浆泵，将调配的水泥浆液27注入到钻孔内，当水泥浆液27从注水管24中返出时，判定钻孔已充满水泥浆，关闭注浆管25外球形截止阀22，关闭注浆泵，封孔完成，待水泥浆液凝固12小时后可进行高压注水或水力压裂。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置，其包括高压磨料水射流割缝装置和封孔装置，其特征在于，所述高压磨料水射流割缝装置包括水箱（1）、高压泵（2）、球形截止阀（7）、球形截止阀（10）、溢流阀（6）、磨料罐（11）、输水器（14）、钻机（16）；所述封孔装置包括封孔器，封孔器上设有注水管（24）和注浆管（25），注浆管（25）前端连接有球形截止阀（22）并至注浆泵，注水管前端连接有球形截止阀（21），后端通过快速接头连接筛管（29），筛管（29）前端设置有棉纱（28），后端设置有活动堵头（30）。

2.根据权利要求1所述的一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置，其特征在于，所述水箱（1）通过第一管道（3）连接所述高压泵（2），所述高压泵（2）后端的第二管道（4）上设有所述球形截止阀（7），所述高压泵（2）和所述球形截止阀（7）之间的管道上分接有第三管道（5），第三管道（5）上设有所述溢流阀（6），所述球形截止阀（7）通过第四管道（8）连接至所述磨料罐（11）上端，第四管道（8）上分接有第五管道（9），第五管道设有所述球形截止阀（10），所述球形截止阀（10）通过第六管道（12）连接至所述磨料罐（11）下端，所述磨料罐（11）下端通过第七管道（13）连接至所述输水器（14），所述输水器（14）与所述钻机（16）相连。

3.根据权利要求1所述的一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置，其特征在于，所述钻机（16）包括钻杆（17）、自动切换式多功能钻头（19），自动切换式多功能钻头（19）上设有径向喷嘴（18）和轴向喷嘴（20）。

4.根据权利要求1所述的一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置，其特征在于，所述注浆管（25）后端在孔内长度大于2m。

5.根据权利要求3所述的一种井下煤层高强度快速钻孔封孔装置，其特征在于，所述轴向喷嘴（20）的个数为多个，其中之一在钻头中心，其余呈圆周分布在钻头周边。