矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置及封孔方法与流程

本发明涉及煤矿开采中的瓦斯抽采技术领域，具体讲是一种矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置及封孔方法。

背景技术：

矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的以甲烷为主的各种有害气体的总称，是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素。瓦斯灾害造成的人员伤亡和财产损失是巨大的，因此，预防瓦斯灾害对煤炭工业的健康持续发展具有重要意义。目前，瓦斯抽采是矿井作业中，治理瓦斯的重要手段，在瓦斯抽采过程中，需保证钻孔严实密封，并且具有较长的密封长度，以确保瓦斯的抽采效果。但是，现阶段我国煤矿主要是采空区瓦斯抽放、本煤层瓦斯抽放等，瓦斯抽采过程中的难题，即瓦斯抽放钻孔的封孔长度以及封孔问题一直没有得到很好的解决。

封孔器是煤矿井下瓦斯抽采中常用的装置，其种类很多，常用的有囊袋式封孔装置，它是利用注浆压力将两个弹性封孔胶囊依次胀起后再实施注浆封堵，从而在两个弹性封孔胶囊之间形成封堵段。这种封孔装置在实际应用过程中存在以下缺陷：1、操作费时费力，使用成本高，效率低下；2、插入进料注浆管(也称进浆管)时易被煤矸石阻塞，致使下进料注浆管困难；3、封孔长度无法调节，封孔后难以达到煤矿治理瓦斯的需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置及封孔方法，其封孔长度可随意调节，并有效简化了封堵注浆流程，省去插入进料注浆管工序，不存在进料注浆管被煤矸石阻塞的问题，操作简单方便，封堵效果好。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置，包括用于插入瓦斯抽采钻孔内的瓦斯抽采管，还包括第一对封器和第二对封器，所述第一对封器和第二对封器均包括若干沿瓦斯抽采管外壁圆周均匀分布的弹簧架以及套设在弹簧架外部的堵浆布，各弹簧架均由直杆段和折弯段组成，所述折弯段的一端与直杆段为一整体，另一端连接有弧形片，从而在若干弹簧架圆周围在一起后，形成直筒段和锥筒段，所述直筒段上连接有定位圈，所述堵浆布的一端与锥筒段的大口端连接，另一端通过卡箍与直筒段连接，所述直筒段与瓦斯抽采管密封连接，所述第一对封器中锥筒段的大口端与第二对封器中锥筒段的大口端相对，当瓦斯抽采管带动第一对封器和第二对封器插入瓦斯抽采钻孔内后，所述第一对封器位于瓦斯抽采钻孔的孔口处，第一对封器上装有进料注浆管和排气管，所述进料注浆管和排气管均与第一对封器、第二对封器以及瓦斯抽采钻孔内壁所围成的密封腔体相通。

本发明所述的矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置，其中，各折弯段的内壁与瓦斯抽采管的外壁之间均设有弧形弹簧片，所述弧形弹簧片的开口端与折弯段连接。

本发明还提供一种矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置的封孔方法，包括如下步骤：

1)将第一对封器和第二对封器分别套设在两根瓦斯抽采管上，并拧紧卡箍分别将其密封固定，确保第一对封器中锥筒段的大口端与第二对封器中锥筒段的大口端相对；

2)根据封孔长度，先将安装有第二对封器的瓦斯抽采管插入到瓦斯抽采钻孔内，然后通过在该瓦斯抽采管的后部串接若干中间瓦斯抽采管的方式来对第二对封器与第一对封器之间的距离进行调节；

3)待第一对封器与第二对封器之间的距离确定后，确保第一对封器位于瓦斯抽采钻孔的孔口处；

4)借助注浆泵将浆料沿进料注浆管加压注入到第一对封器、第二对封器以及瓦斯抽采钻孔内壁所围成的密封腔体内；

5)持续注入浆料，当浆料从排气管中溢出时，停止注浆；

6)静置2～6小时，实现对瓦斯抽采钻孔的密封。

与现有技术相比，本发明矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置及封孔方法具有以下优点：

1、通过将第一、二对封器分别套设在两根瓦斯抽采管上，然后根据封孔长度，先将安装有第二对封器的瓦斯抽采管插入到瓦斯抽采钻孔内，并通过在其后部串接若干中间瓦斯抽采管的方式来对第二对封器与第一对封器之间的距离进行调节，最后再将第一对封器连接在最尾部的中间瓦斯抽采管上。通过这种作业方式，本发明实现了对封孔长度的随意调节，满足了煤矿治理瓦斯的需求。

2、待瓦斯抽采管和第一、二对封器到达预定位置后，开始注浆，由于进料注浆管和排气管事先安装在第一对封器上，因此，本发明有效简化了封堵注浆流程，并省去插入进料注浆管的工序，因而不存在进料注浆管被煤矸石阻塞的问题，操作起来非常方便。

3、由于本发明中的第一、二对封器均包括若干沿瓦斯抽采管外壁圆周均匀分布的弹簧架以及套设在弹簧架外部的堵浆布，且各弹簧架均由直杆段和折弯段组成，折弯段的一端与直杆段为一整体，另一端连接有弧形片，从而在若干弹簧架圆周围在一起后，形成直筒段和锥筒段，因此，当瓦斯抽采管带动第一、二对封器插入瓦斯抽采钻孔内后，锥筒段的大口端会在弹性力的作用下向外涨紧，从而与瓦斯抽采钻孔的内壁共同围成密封的腔体，进而在注浆过程中以及注浆后能够达到较为理想的封堵效果。

4、当两锥筒段的大口端向外涨紧，与瓦斯抽采钻孔的内壁共同围成密封腔体后，在注浆力的作用下，浆液将向瓦斯抽采钻孔内壁渗透，并填充瓦斯抽采钻孔周壁裂隙，实现瓦斯抽采钻孔的理想封堵效果。

附图说明

图1是本发明矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置注浆时的纵向剖视结构示意图；

图2是图1中第一对封器隐藏堵浆布、进料注浆管和排气管时的立体放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置及封孔方法作进一步详细说明：

如图1和图2所示，在本具体实施方式中，本发明矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置包括用于插入瓦斯抽采钻孔10内的瓦斯抽采管12，还包括第一对封器4和第二对封器3，第一对封器4和第二对封器3均包括若干沿瓦斯抽采管12外壁圆周均匀分布的弹簧架4-2、3-2以及套设在弹簧架4-2、3-2外部的堵浆布4-3、3-3。各弹簧架4-2、3-2均由直杆段4-21、3-21和折弯段4-22、3-22组成，折弯段4-22、3-22的一端与直杆段4-21、3-21为一整体，另一端连接有弧形片4-6、3-6，从而在若干弹簧架4-2、3-2圆周围在一起后，形成直筒段和锥筒段。直筒段上连接有定位圈4-4、3-4，堵浆布4-3、3-3的一端与锥筒段的大口端连接，更详细地说是，堵浆布4-3、3-3的端部向内翻折包裹在弧形片4-6、3-6上，并缝合固定，堵浆布4-3、3-3的另一端通过卡箍4-1、3-1与直筒段连接，该卡箍4-1、3-1为市售产品。通过卡箍4-1、3-1实现直筒段与瓦斯抽采管12密封连接，第一对封器4中锥筒段的大口端与第二对封器3中锥筒段的大口端相对，当瓦斯抽采管12带动第一对封器4和第二对封器3插入瓦斯抽采钻孔10内后，第一对封器4位于瓦斯抽采钻孔10的孔口处，而第二对封器3则位于瓦斯抽采钻孔10的预定深度(该距离可根据实际需求进行调节)处，第二对封器3与第一对封器4之间的距离可达20m以上(一般在10～20m)。第一对封器4上装有进料注浆管13和排气管14，进料注浆管13和排气管14均与第一对封器4、第二对封器3以及瓦斯抽采钻孔10内壁所围成的密封腔体11相通。

各折弯段4-22、3-22的内壁与瓦斯抽采管12的外壁之间均设有弧形弹簧片4-5、3-5，弧形弹簧片4-5、3-5的开口端与折弯段4-22、3-22连接，弧形弹簧片4-5、3-5的设置可进一步提高锥筒段大口端的涨紧效果，从而更好地确保密封的可靠性。

当本发明插入不同直径的瓦斯抽采钻孔10(也称瓦斯抽采钻孔)内时，锥筒段的大口端能够相应地进行收缩或张开，从而大大提高了通用性。

本发明矿井瓦斯抽采钻孔封孔装置的封孔方法，包括如下步骤：

1)将第一对封器4和第二对封器3分别套设在两根瓦斯抽采管12上，并拧紧卡箍4-1、3-1分别将其密封固定，确保第一对封器4中锥筒段的大口端与第二对封器3中锥筒段的大口端相对；

2)根据封孔长度，先将安装有第二对封器3的瓦斯抽采管插入到瓦斯抽采钻孔10内，然后通过在该瓦斯抽采管的后部串接若干中间瓦斯抽采管的方式来对第二对封器3与第一对封器4之间的距离进行调节，该距离即为封孔长度；

3)待第一对封器4与第二对封器3之间的距离确定后，确保第一对封器4位于瓦斯抽采钻孔10的孔口处；

4)借助注浆泵将浆料沿进料注浆管13加压注入到第一对封器4、第二对封器3以及瓦斯抽采钻孔10内壁所围成的密封腔体11内，当注浆压力达到2Mpa以上时，堵浆布4-3、3-3便开始膨胀(见图1所示状态)，从而起到封闭堵浆作用；

5)持续注入浆料，当浆料从排气管14中溢出时，即密封腔体11已被浆料填满，停止注浆；

6)静置2～6小时，浆料凝固，实现对瓦斯抽采钻孔10的密封。

本发明一般用于对深度大于100m的抽采钻孔进行封堵，且在封堵时，简化了封堵注浆工作，封孔长度可随意调节，省去插入进料注浆管的工序，故不存在进料注浆管被煤矸石阻塞的问题，操作起来简单方便，封堵效果好。此外，本发明结构新颖独特，使用方便安全，工作效率高，成本低，劳动强度小。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。