CN213540332U - 一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器 - Google Patents

Abstract

一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器，包括第一囊袋、第二囊袋、注液管和封孔管，第一囊袋和第二囊袋均同中心线固定设在注液管上，第二囊袋位于第一囊袋内侧，封孔管的出口端穿过第一囊袋伸到第二囊袋内部，封孔管上开设有与第一囊袋内部连通的透孔，第二囊袋上设有单向阀，封孔管上在第一囊袋和第二囊袋之间设有爆破阀。本实用新型利用超低温液氮作用下水体自然膨胀产生的巨大冻胀力作用，可对钻孔实施严密封孔，提高封孔效果，采用双囊袋配合单向阀、爆破阀的设计，可将囊袋内及两囊袋间的水体顺利放出；水体封孔段在抽采管内，抽采管内壁光滑且变形较小，可有效保证钻孔封孔严密；本实用新型可重复利用，降低封孔费用。

Description

一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器

技术领域

本实用新型属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器。

背景技术

在冷冻致裂及瓦斯抽采过程中，封孔工作都是一项非常重要的基础性工作；封孔质量的好坏，直接影响到煤体冷冻致裂程度、气体置换及驱替效果、瓦斯抽采效果的好坏，直接影响该技术的经济效益。而封孔质量的好坏，主要由专用封孔器性能及封孔工艺方法所控制；但现有的封孔器及封孔方法均是针对常温条件下进行设计的，在超低温液氮冷冻致裂作用下易造成封孔材料破裂、钻孔漏气、瓦斯抽采效果差等问题，很难兼顾超低温液氮注入及常温下瓦斯抽采工作的要求。如果将常温条件下的抽采钻孔与超低温液氮注入钻孔分别施工和封孔，则会增加钻孔工程量，增加抽采工程费及封孔费用，无论从技术层面还是从经济层面考虑，均无法满足煤矿现场工作的要求。因此，亟需一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器，可同时满足超低温液氮注入、冷冻致裂煤体、常温瓦斯抽采的要求，有效增加煤体透气性，实现增透促抽的目的。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、密封严实、并具有注液氮功能的冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器，包括第一囊袋、第二囊袋、注液管和封孔管，第一囊袋和第二囊袋均同中心线固定设在注液管上，第二囊袋位于第一囊袋内侧，封孔管的出口端穿过第一囊袋伸到第二囊袋内部，封孔管上开设有与第一囊袋内部连通的透孔，第二囊袋上设有单向阀，单向阀的进口位于第二囊袋的外侧，单向阀的出口位于第二囊袋的内侧，封孔管上在第一囊袋和第二囊袋之间设有爆破阀；注液管、封孔管、单向阀与第二囊袋的连接处均密封连接，注液管、封孔管与第一囊袋的连接处均密封连接。

还包括液氮罐、注浆泵和注液泵，注浆泵通过注浆软管与封孔管的外端连接，液氮罐倒立设置在支架上，液氮罐与注液管的外端之间通过注液软管连接，注液泵设置在注液软管上。

注液管的外端部设有注液阀，封孔管的外端部设有封孔阀。

第二囊袋内侧面设有温度传感器，温度传感器外部设有防水袋，注液管外壁沿长度方向开设有线槽，线槽内布置有防水线缆，防水线缆的内端与温度传感器连接，防水线缆的外端连接有温度显示屏。

采用上述技术方案，本实用新型在工作使用前，先在煤体内施工若干钻孔，然后对钻孔采用常规的“两堵一注”工艺封孔，即在钻孔内设置抽采管；然后将本实用新型的专用封孔器送入抽采管内预定深度，第一囊袋和第二囊袋固定在注液管上，第一囊袋和第二囊袋之间的距离不少于2m；将封孔管连接注浆软管和注浆泵，打开封孔阀，注浆泵抽取清水通过注浆软管、封孔管对第一囊袋和第二囊袋进行注水，注水压力不小于2MPa，使第一囊袋和第二囊袋的外缘充分与抽采管内壁接触，达到密封抽采管的目的；继续增加注浆泵的注水压力，使封孔管上处于第一囊袋和第二囊袋之间的爆破阀打开，清水流入到抽采管内部在第一囊袋和第二囊袋之间形成的封闭腔内；第二囊袋上的单向阀的开启压力是2MPa，当封闭腔内压力大于2MPa时，第二囊袋上的单向阀向钻孔内侧（钻孔深处）打开，排出封闭腔内的空气，使清水继续流入封闭腔内，直至封闭腔内充满水体（根据第一囊袋、第二囊袋以及封闭腔的体积，并结合注浆泵的注水速度，可计算出注满水所需的时间，为了确保封闭腔内充满水体，可在计算的时间后再延长1-2分钟），然后关闭注浆泵和封孔阀。

接着向钻孔内注入液氮对煤体进行冷冻致裂，具体过程为：将超低温的液氮罐倒立在支架上，将注液管通过注液软管与液氮罐连接，依次打开注液管上的注液阀和液氮罐上的阀门；启动注液泵将超低温液氮注入钻孔深处内；当超低温液氮注入足够量时，依次关闭注液泵、注液管上的注液阀和液氮罐上的阀门，将液氮罐正立，确保安全；在注液氮过程中，对该注入液氮的钻孔邻近的钻孔的抽采管一直在进行瓦斯抽采作业，保证逸出气体被及时抽走；在超低温液氮作用下，第一囊袋、第二囊袋及封闭腔内的水体迅速结冰，在水体自身膨胀力的作用下，水体发生膨胀将并将抽采管严密密封；同时，钻孔深处的湿润煤体迅速冻结、冷冻致裂，增加煤体孔隙和裂隙，为后期增透促抽奠定基础。

注氮结束后，在地温作用下液氮缓慢升华为氮气，氮气在此过程中该钻孔邻近的钻孔一直在进行瓦斯抽采作业；升华后的氮气体积膨胀为注入液氮的500倍以上，在该钻孔周围煤体内形成强大的氮气分压压力，即高压区，而在抽采孔周围形成较低的瓦斯压力，即低压区；在注液氮的钻孔与邻近的抽采钻孔间强大压差作用下，升华后的氮气可对煤体内的瓦斯进行有效置换和驱替，在邻近抽采孔抽采负压的作用下，将煤层瓦斯抽出，强化瓦斯抽采效果。液氮全部升华是通过温度传感器监测到钻孔深处的温度在温度显示屏上显示高于0℃时，此时第一囊袋、第二囊袋及封闭腔内的冰也逐渐融化，再经过48h后，先打开封孔阀，将第一囊袋、第二囊袋及封闭腔内的水向外排出后，再将专用封孔器从抽采管内取出；下次继续复用该专用封孔器；最后将该注液氮的钻孔内的抽采管外端连接抽采系统，进行瓦斯抽采工作，进一步强化瓦斯抽采效果。

本实用新型利用超低温液氮的冷冻作用，采用水作为封孔材料，造价低廉，具有良好的经济性；利用超低温液氮作用下水体自然膨胀产生的巨大冻胀力作用，可对钻孔实施严密封孔，提高封孔效果，且对煤体及地下水没有污染；抽采管采用常规矿用PVE管材；封孔管、注液管均采用聚四氟乙烯管，该管材具有抗低温（即使温度下降到－196℃，也可保持5%的伸长率）、耐腐蚀、抗静电、阻燃、憎水性、不粘性等特点，可应用于专用封孔器，并保证气密性。本实用新型的专用封孔器采用双囊袋配合单向阀、爆破阀的设计，可将囊袋内及两囊袋间的水体顺利放出；水体封孔段在抽采管内，抽采管内壁光滑且变形较小，可有效保证钻孔封孔严密；上述措施确保本实用新型封孔器可重复利用，降低封孔费用。

附图说明

图1是本实用新型在工作时的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实用新型的一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器，包括第一囊袋7、第二囊袋8、注液管9和封孔管10，第一囊袋7和第二囊袋8均同中心线固定设在注液管9上，第二囊袋8位于第一囊袋7内侧，封孔管10的出口端穿过第一囊袋7伸到第二囊袋8内部，封孔管10上开设有与第一囊袋7内部连通的透孔，第二囊袋8上设有单向阀12，单向阀12的进口位于第二囊袋8的外侧（即邻近第一囊袋7的一侧），单向阀12的出口位于第二囊袋8的内侧（即远离第一囊袋7的一侧），封孔管10上在第一囊袋7和第二囊袋8之间设有爆破阀13；注液管9、封孔管10、单向阀12与第二囊袋8的连接处均密封连接，注液管9、封孔管10与第一囊袋7的连接处均密封连接。

本实用新型还包括液氮罐14、注浆泵15和注液泵16，注浆泵15通过注浆软管17与封孔管10的外端连接，液氮罐14倒立设置在支架18上，液氮罐14与注液管9的外端之间通过注液软管19连接，注液泵16设置在注液软管19上。

注液管9的外端部设有注液阀20，封孔管10的外端部设有封孔阀21。

第二囊袋8内侧面设有温度传感器22，温度传感器22外部设有防水袋，注液管9外壁沿长度方向开设有线槽，线槽内布置有防水线缆23，防水线缆23的内端与温度传感器22连接，防水线缆23的外端连接有位于钻孔外部的温度显示屏24。

本实用新型在工作使用前，先在煤体内施工若干钻孔，然后对钻孔采用常规的“两堵一注”工艺封孔，即在钻孔内设置抽采管6；然后将本实用新型的专用封孔器送入抽采管6内预定深度，第一囊袋7和第二囊袋8固定在注液管9上，第一囊袋7和第二囊袋8之间的距离不少于2m；将封孔管10连接注浆软管17和注浆泵15，打开封孔阀21，注浆泵15抽取清水通过注浆软管17、封孔管10对第一囊袋7和第二囊袋8进行注水，注水压力不小于2MPa，使第一囊袋7和第二囊袋8的外缘充分与抽采管6内壁接触，达到密封抽采管6的目的；继续增加注浆泵15的注水压力，使封孔管10上处于第一囊袋7和第二囊袋8之间的爆破阀13打开，清水流入到抽采管6内部在第一囊袋7和第二囊袋8之间形成的封闭腔11内；第二囊袋8上的单向阀12的开启压力是2MPa，当封闭腔11内压力大于2MPa时，第二囊袋8上的单向阀12向钻孔内侧（钻孔深处）打开，排出封闭腔11内的空气，使清水继续流入封闭腔11内，直至封闭腔11内充满水体（根据第一囊袋7、第二囊袋8以及封闭腔11的体积，并结合注浆泵15的注水速度，可计算出注满水所需的时间，为了确保封闭腔11内充满水体，可在计算的时间后再延长1-2分钟），然后关闭注浆泵15和封孔阀21。

接着向钻孔内注入液氮对煤体2进行冷冻致裂，具体过程为：将超低温的液氮罐14倒立在支架18上，将注液管9通过注液软管19与液氮罐14连接，依次打开注液管9上的注液阀20和液氮罐14上的阀门；启动注液泵16将超低温液氮注入钻孔深处；当超低温液氮注入足够量时，依次关闭注液泵16、注液管9上的注液阀20和液氮罐14上的阀门，将液氮罐14正立，确保安全；在注氮过程中，对该注入液氮的钻孔邻近的钻孔的抽采管6一直在进行瓦斯抽采作业，保证逸出气体被及时抽走；在超低温液氮作用下，第一囊袋7、第二囊袋8及封闭腔11内的水体迅速结冰，在水体自身膨胀力的作用下，水体发生膨胀将并将抽采管6严密密封；同时，钻孔深处的湿润煤体2迅速冻结、冷冻致裂，增加煤体2孔隙和裂隙，为后期增透促抽奠定基础。

注氮结束后，在地温作用下液氮缓慢升华为氮气，氮气在此过程中该钻孔邻近的钻孔一直在进行瓦斯抽采作业；升华后的氮气体积膨胀为注入液氮的500倍以上，在该钻孔周围煤体2内形成强大的氮气分压压力，即高压区，而在抽采孔周围形成较低的瓦斯压力，即低压区；在该注液氮的钻孔与相邻的抽采钻孔间强大压差作用下，升华后的氮气可对煤体2内的瓦斯进行有效置换和驱替，在邻近抽采孔抽采负压的作用下，将煤层瓦斯抽出，强化瓦斯抽采效果。液氮全部升华是通过温度传感器22监测到钻孔深处的温度在温度显示屏24上显示高于0℃时，此时第一囊袋7、第二囊袋8及封闭腔11内的冰也逐渐融化，再经过48h后，先打开封孔阀21，将第一囊袋7、第二囊袋8及封闭腔11内的水向外排出后，再将专用封孔器从抽采管6内取出；下次继续复用该专用封孔器；最后将该注液氮的钻孔内的抽采管6外端连接抽采系统，进行瓦斯抽采工作，进一步强化瓦斯抽采效果。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器，其特征在于：包括第一囊袋、第二囊袋、注液管和封孔管，第一囊袋和第二囊袋均同中心线固定设在注液管上，第二囊袋位于第一囊袋内侧，封孔管的出口端穿过第一囊袋伸到第二囊袋内部，封孔管上开设有与第一囊袋内部连通的透孔，第二囊袋上设有单向阀，单向阀的进口位于第二囊袋的外侧，单向阀的出口位于第二囊袋的内侧，封孔管上在第一囊袋和第二囊袋之间设有爆破阀；注液管、封孔管、单向阀与第二囊袋的连接处均密封连接，注液管、封孔管与第一囊袋的连接处均密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器，其特征在于：还包括液氮罐、注浆泵和注液泵，注浆泵通过注浆软管与封孔管的外端连接，液氮罐倒立设置在支架上，液氮罐与注液管的外端之间通过注液软管连接，注液泵设置在注液软管上。

3.根据权利要求1或2所述的一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器，其特征在于：注液管的外端部设有注液阀，封孔管的外端部设有封孔阀。

4.根据权利要求3所述的一种冷冻致裂煤体增透促抽专用封孔器，其特征在于：第二囊袋内侧面设有温度传感器，温度传感器外部设有防水袋，注液管外壁沿长度方向开设有线槽，线槽内布置有防水线缆，防水线缆的内端与温度传感器连接，防水线缆的外端连接有温度显示屏。

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