CN212337227U - 一种瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔领域，具体公开了一种瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置，包括泥浆泵、高压气瓶、2个囊袋、至少1个气袋、一体化管道、转接头、至少6个压力自紧式密封装置，本实用新型一体化程度高，连接容易，操作简单，封孔成本低；注浆原料为煤基浆液，与煤体结合程度高，不仅可以完成对大裂隙的封堵，还可以渗透到微小裂隙中进行封堵；本实用新型突破了传统封孔工艺的局限性，能够实现二次或多次注浆，保证注浆压力，从而提高钻孔利用效率，强化瓦斯抽采效果。

Description

一种瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置

技术领域

本实用新型属于煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔技术领域，尤其涉及一种瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置。

背景技术

瓦斯抽采是治理煤矿井下瓦斯灾害的重要措施，同时，可以提高瓦斯的利用率，减少温室气体的排放，达到节能减排的目的，封孔是煤矿抽采瓦斯钻孔中的一项重要技术，瓦斯抽采钻孔的封孔效果直接影响到瓦斯抽采的效果和效率，对煤矿安全防治尤为重要。目前常见的封孔工艺有水泥砂浆封孔法、木楔黄泥封孔法、聚氨酯泡沫封孔法和两堵一注封孔法。水泥封孔法和木楔黄泥封孔法成本较低，材料易得，但封孔效果差；聚氨酯泡沫封孔法主要是用料少，携带方便，封孔操作快、省力，但价格高，封孔费用增加；两堵一注封孔法具有操作简单、使用方便、成本低、降低工人劳动强度、提高工作效率等优点，也是目前广泛使用的一种封孔方法，但同时也存在一定的技术局限性，首先，在径向上封堵材料的强度不够导致注浆压力无法保证；另外，在地应力的持续影响下，钻孔周围裂隙不断发展，无法进行二次或多次注浆进行封堵，从而影响瓦斯抽采效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置，具有一体化程度高，连接容易，操作简单，封孔成本低的优点。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置，包括一体化管道，一体化管道尾部通过一个法兰盘与一个转接头活动连接，所述一体化管道内设有三个相互独立的第一通道、第二通道和第三通道，所述第一通道为单向通道且其内部端头密封，第二通道也为单向通道，其内部端头密封，第三通道为双向通道，所述转接头内部也设有分别和第一通道、第二通道和第三通道联通对应的腔体以及分别与通道对应的第一通道出口、第二通道出口和第三通道出口，所述第一通道出口通过第一管路与高压气瓶连接，第二通道出口通过第二管路与泥浆泵连接，所述第三通道出口通过第三管路与瓦斯抽采管道连接，所述一体化管道外部还套设有至少一个气袋和两个囊袋。

进一步的，所述气袋和囊袋两端分别通过设置于一体化管道外壁上的压力自紧式密封装置与一体化管道固定连接，并通过套接于一体化管道上的金属圈固定束紧，所述气袋内部通过设置于第一通道和一体化管道侧壁的注气孔相联通，每个囊袋内部分别通过设置于第二通道与一体化管道侧壁的第一注浆孔相连通，两个囊袋分别位于气袋两侧的第二通道圆周，气袋位于第一通道圆周，每个囊袋与气袋之间的第二通道与一体化管道侧壁上分别设有一个第二注浆孔，每个第二注浆孔内均设有一个单向压力控制阀。

进一步的，所述第一通道上设有第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀位于法兰盘尾部的第一通道内，所述第二单向阀位于注气孔内，所述第二通道上设有第三单向阀和两个第四单向阀，所述第三单向阀位于法兰盘尾部的第二通道内，两个第四单向阀分别位于第一注浆孔内。

进一步的，所述第三通道出口与瓦斯抽采管路之间的第三管路上还设有一个流量计和一个第一压力表，所述第一通道入口处和第二通道入口处分别设置一个安全阀，第一通道入口处还设有一个第二压力表，所述安全阀设置的压力高于单向压力控制阀的控制压力。

进一步的，所述第一注浆孔和第二注浆孔注射的原料为煤基浆液，气袋为橡胶材质。

一种瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）将囊袋和气袋的两端分别固定在所对应的金属圈上，然后分别将金属圈通过螺纹与压力自紧式密封装置相连接，将一体化管道与转接头相连接，然后将一体化管道放到钻孔中相应的位置；

（2）使用第一管路将转接头第一通道出口与高压气瓶阀门相连接，第二通道出口与泥浆泵相连接，打开高压气瓶，空气沿着管路进入转接头，再进入第一通道，最终通过单向阀后经注气孔进入气袋，气袋开始膨胀，内部压力升至压力读数达到3MPa左右并稳定时，关闭高压气瓶阀门；

（3）配置煤基浆液以后，打开泥浆泵电源开关，通过泥浆泵将煤基浆液注入第二通道中，然后煤基浆液通过两个囊袋的第四单向阀后的第一注浆孔进入囊袋，囊袋开始膨胀，当第二通道内的注浆压力高于单向压力控制阀设定的压力时，两个单向压力控制阀打开，煤基浆液通过第二注浆孔注入到囊袋与气袋之间的空间内，并逐步渗入到钻孔周围煤层裂隙中，当第二通道上的安全阀开始溢流后，注浆完成，关闭泥浆泵电源，等待凝固，封孔完成；

（4）将第三通道出口与瓦斯抽采管道相连接，当瓦斯钻孔抽采参数发生变化，抽采效果降低时，即流量计读数和压力表读数降低到正常值以下时，进行二次注浆，先向转接头的第一通道中加入芳香烃类化合物，再将转接头第一通道出口与高压气瓶阀门相连接，打开高压气瓶阀门，将芳香烃化合物与空气混合，注入到气袋内，芳香烃类化合物与气袋内表面产生化学反应，从而使气袋因受力不均匀而发生破裂，气袋破裂后，将转接头第一通道出口与泥浆泵相连接，转接头第二通道出口同样也与泥浆泵相连接，然后打开泥浆泵电源，开始注浆，在第一通道中，煤基浆液进入气袋破裂后的空间内，开始对内部进行封填，并逐步渗入到因地应力而产生的新裂隙中，同时也对第二通道内进行注浆补充，当两个安全阀都出现溢流后，关闭泥浆泵的电源，二次注浆完成；

（5）当钻孔使用时间较长，或受地应力影响大，需要多次循环注浆时，和相应的注气孔，并重复循环上述步骤（1）-（4）即可。

进一步的，所述步骤（2）中压力读数不稳定时可循环注气直到压力读数稳定。

进一步的，所述步骤（3）中煤基浆液的配置方法为将粒径为0.1mm-1mm的颗粒和粒径为1μm-10μm煤粉质量按照8：1的比例混合，然后添加粘结剂、表面活性剂、水，混合搅拌即可，且第三安全阀设置的压力要高于单向压力控制阀的控制压力。

本实用新型具有的优点是：

1.本实用新型一体化程度高，连接容易，操作简单，封孔成本低；

2.本实用新型突破了传统封孔工艺的局限性，能够实现二次或多次注浆，从而提高钻孔利用效率，强化瓦斯抽采效果；

3.本实用新型注浆原料为特制煤基浆液，与煤体结合程度高，不仅可以完成对大裂隙的封堵，还可以渗透到微小裂隙中进行封堵；

4.本实用新型使用压力自紧式装置对于囊袋及气袋进行束紧密封，不仅保证了密封效果，而且也有助于提高囊袋及气袋的径向强度，从而保证了注浆压力；

5.本实用新型中的连接头是根据一体化通道的结构进行改良设计的，为了保证各个通道在接头处的密封性，采用螺纹和法兰结合的密封方式。

附图说明

图1是本实用新型使用状态参考图。

图2是本实用新型装置结构剖面图。

图3是一体化通道侧视图。

图4是转接头结构剖面图。

1-一体化管道；2-转接头；3-泥浆泵；4-瓦斯抽采管道；5-高压气瓶；6-第三管路；7-流量计；8-第一压力表；9-第一管路；10-第二管路；11-囊袋；12-气袋；13-第一通道；14-第二通道；15-第三通道；16-安全阀；17-第二压力表；18-压力自紧式密封装置；19-金属圈；21-第一通道出口；22-第二通道出口；23-第三通道出口；24-法兰盘；131-第一单向阀；132-注气孔；133-第二单向阀；141-第三单向阀；142-第四单向阀；143-第一注浆孔；144-第二注浆孔；145-单向压力控制阀。

具体实施方式

如图所示，一种瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔技术及装置，包括泥浆泵3、高压气瓶5、两个囊袋11、至少一个气袋12、一体化管道1、转接头2、至少六个压力自紧式密封装置18等，一体化管道1放置在钻孔中的相应位置，其中，压力自紧式密封装置18焊接于一体化管道1外壁上，每两个压力自紧式密封装置18为1个囊袋11或气袋12使用，压力自紧式密封装置18与金属圈19螺纹连接，囊袋11或气袋12的两端分别与对应的金属圈19固定束紧，束紧后通过螺纹与压力自紧式密封装置18连接；一体化管道内设有第一通道13、第二通道14和第三通道15，其中第一通道13为注气通道兼作二次注浆通道，为单向通道，内部端头密封；第二通道14为注浆通道，为单向通道，内部端头密封；第三通道15为瓦斯抽采通道，为双向通道，另外，在入口处外壁焊接有法兰盘24连接装置，方便与转接头2相连接，在气袋12所在处的第一通道13与一体化管道1外壁结合处设置注气孔132；分别在两个囊袋11所在处的第二通道14与一体化管道1外壁结合处设置2个第一注浆孔143；分别在两个囊袋11与气袋12之间所在处的第二通道14与一体化管道1外壁结合处设置两个第二注浆孔144；第一通道13上设置有两个单向阀分别为第一单向阀131和第二单向阀133，第一单向阀131设置于法兰盘24之后的第一通道13内，第二单向阀133设置于气袋12位置中部并与注气孔132相连接；第二通道上设置有三个单向阀一个第三单向阀141和两个第四单向阀142，第三单向阀141设置于法兰盘24之后的第二通道14内，两个第四单向阀142分别设置于囊袋11位置中部并与两个第一注浆孔143相连接；第二通道14上设置有两个单向压力控制阀145，两个单向压力控制阀145分别设置于囊袋11与气袋12之间中部并分别与两个第二注浆孔144相连接，第一通道13入口处设置有安全阀16、第二压力表17，第二通道14入口处设置有安全阀16，并且分别设置在入口第一单向阀131、第三单向阀141的内侧；一体化管道1与转接头2采用法兰和螺纹相结合的连接方式，所述转接头2与第一、第二通道13、14通过螺纹连接，整体通道通过法兰盘24连接；转接头2内第一通道出口21通过第一管路9与高压气瓶5阀门连接，第二通道出口22通过第二管路10与泥浆泵3连接，第三通道出口23通过第三管路6与瓦斯抽采管道4连接，并且第三通道出口与瓦斯抽采管道之间的管路上设置有一个流量计7和一个第一压力表8。

一种瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔技术及装置，包括以下步骤：

（1）将囊袋11和气袋12的两端分别固定在所对应的金属圈19上，然后分别将金属圈19通过螺纹与压力自紧式密封装置18相连接，将一体化管道1与转接头2相连接，将一体化管道1放到钻孔中相应的位置；

（2）使用第一管路9将转接头2第一通道出口21与高压气瓶5阀门相连接，第二通道出口22与泥浆泵3相连接，打开高压气瓶5阀门，空气沿着第一管路9进入转接头2，再进入第一通道13，最终通过第二单向阀133后的注气孔132进入气袋12，气袋12开始膨胀，内部压力不断升高，观察第二压力表17读数，当第二压力表读数达到3MPa左右并稳定时（压力读数不稳定时可循环注气直到压力读数稳定），关闭高压气瓶5阀门；

（3）进行煤基浆液混合，所述步骤（3）中煤基浆液的配置方法为将粒径为0.1mm-1mm的颗粒和粒径为1μm-10μm煤粉质量按照8：1的比例混合，然后添加粘结剂、表面活性剂、水，统一进行混合搅拌，完成煤基浆液的配置，打开泥浆泵3电源开关，通过泥浆泵3将煤基浆液注入第二通道14中，然后煤基浆液通过2个囊袋11的第四单向阀142从第一注浆孔143进入囊袋11，囊袋11开始膨胀，内部压力不断增高，当第二通道14内的注浆压力高于单向压力控制阀145设定的压力时，两个单向压力控制阀145打开，煤基浆液通过第二注浆口144注入到囊袋11与气袋12之间的空间内，并逐步渗入到钻孔周围煤层裂隙中；当第二通道14上设置的安全阀16开始溢流后（安全阀16设置的压力要高于单向压力控制阀145的控制压力），说明注浆已经完成，然后关闭泥浆泵3的电源，等待凝固，封孔完成；

（4）然后将第三通道出口23与瓦斯抽采管道4相连接；当瓦斯钻孔抽采参数发生变化，抽采效果降低时，即流量计7读数和第一压力表8读数降低到正常值以下时，进行二次注浆，首先，向转接头2的第一通道13中加入一定量的芳香烃类化合物，然后将转接头2第一通道出口21与高压气瓶5阀门相连接，打开高压气瓶5阀门，将芳香烃化合物与空气混合，注入到气袋12内，由于气袋12的材质为橡胶材质，当芳香烃类化合物碰到气袋12内表面时，两者会产生化学反应，使气袋12表面的物质老化发生松动，气袋12表层变薄，从而使气袋12因受力不均匀而发生破裂，气袋12破裂后，将转接头2第一通道出口21与泥浆泵3相连接，转接头2第二通道出口22同样也与泥浆泵3相连接，然后打开泥浆泵3电源，开始注浆，在第一通道13中，煤基浆液进入气袋12破裂后的空间内，开始对内部进行封填，并逐步渗入到因地应力而产生的新裂隙中，同时也对第二通道14内进行注浆补充，当两个安全阀16都出现溢流后，关闭泥浆泵3的电源，二次注浆完成，当钻孔使用时间较长，或受地应力影响大，需要多次循环注浆时，和相应的注气孔，并重复循环上述步骤（1）-（4）即可。

Claims (5)

1.一种瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置，其特征在于：包括一体化管道，一体化管道尾部通过一个法兰盘与一个转接头活动连接，所述一体化管道内设有三个相互独立的第一通道、第二通道和第三通道，所述第一通道为单向通道且其内部端头密封，第二通道也为单向通道，其内部端头密封，第三通道为双向通道，所述转接头内部也设有分别和第一通道、第二通道和第三通道联通对应的腔体以及分别与通道对应的第一通道出口、第二通道出口和第三通道出口，所述第一通道出口通过第一管路与高压气瓶连接，第二通道出口通过第二管路与泥浆泵连接，所述第三通道出口通过第三管路与瓦斯抽采管道连接，所述一体化管道外部还套设有至少一个气袋和两个囊袋。

2.如权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置，其特征在于：所述气袋和囊袋两端分别通过设置于一体化管道外壁上的压力自紧式密封装置与一体化管道固定连接，并通过套接于一体化管道上的金属圈固定束紧，所述气袋内部通过设置于第一通道和一体化管道侧壁的注气孔相联通，每个囊袋内部分别通过设置于第二通道与一体化管道侧壁的第一注浆孔相连通，两个囊袋分别位于气袋两侧的第二通道圆周，气袋位于第一通道圆周，每个囊袋与气袋之间的第二通道与一体化管道侧壁上分别设有一个第二注浆孔，每个第二注浆孔内均设有一个单向压力控制阀。

3.如权利要求2所述的瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置，其特征在于：所述第一通道上设有第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀位于法兰盘尾部的第一通道内，所述第二单向阀位于注气孔内，所述第二通道上设有第三单向阀和两个第四单向阀，所述第三单向阀位于法兰盘尾部的第二通道内，两个第四单向阀分别位于第一注浆孔内。

4.如权利要求3所述的瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置，其特征在于：所述第三通道出口与瓦斯抽采管路之间的第三管路上还设有一个流量计和一个第一压力表，所述第一通道入口处和第二通道入口处分别设置一个安全阀，第一通道入口处还设有一个第二压力表，所述安全阀设置的压力高于单向压力控制阀的控制压力。

5.如权利要求4所述的瓦斯抽采钻孔高压循环注浆封孔装置，其特征在于：所述第一注浆孔和第二注浆孔注射的原料为煤基浆液，气袋为橡胶材质。

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