一种瓦斯抽采钻孔大通径二次封孔装置的制作方法

1.本实用新型属于瓦斯防治工程技术领域，涉及一种瓦斯抽采钻孔大通径二次封孔装置。


背景技术：

2.随着瓦斯抽采大直径钻孔钻进技术与装备的快速发展，大直径钻孔在瓦斯抽采效果的技术优势进一步得到证实，促使大直径瓦斯抽采钻孔逐步成为瓦斯抽采的发展趋势。目前瓦斯抽采钻孔封孔广泛采用两堵一注封孔工艺，通过浆液密实封堵钻孔及钻孔周围裂隙圈和煤体裂隙通道以保证钻孔密封抽采。
3.钻孔孔径的增大，孔周煤体卸压范围与裂隙通道进一步发育，在成孔卸压效应以及压力梯度作用下，瓦斯解吸速度较快、瓦斯解吸量较大，大量吸附瓦斯解吸并向钻孔方向运移。传统的小管径封孔管在相近的抽采条件下，单位时间内对瓦斯抽采流量通道有一定局限；另一方面，小管径封孔管普遍存在管道摩擦阻力较大，考虑到瓦斯抽采钻孔工程量规模与覆盖范围，阻力叠加效应将对抽采系统与管网阻力损失产生严重影响；同时，受巷道掘进期间应力重新分布特征与卸压效应，以及煤体基质收缩、蠕变行为等因素影响，孔周煤体原有裂隙通道进一步扩展，同时衍生新的裂隙通道；随着抽采时间推移，传统的钻孔密封方式逐步出现外界空气漏入钻孔导致抽采浓度降低。如何高效实现瓦斯抽采钻孔大通径、大流量、低阻力瓦斯抽采，如何高效实现瓦斯抽采钻孔检漏，以及在已知检漏测定结果的基础上如何实现钻孔二次封孔延续其抽采效果与生命周期是进一步切合大直径钻孔瓦斯高效抽采的关键。
4.目前，已知一种自适应变形的瓦斯抽采钻孔封孔装置(cn111852391a)包括封孔单元及封孔管，封孔管设置在钻孔内的一端为进气端，封孔管为两趟，两趟封孔管的进气端均贯通封孔单元设置能够实现封孔管自适应钻孔变形，无需采用传统pvc直管插接或丝扣连接方式，避免受钻孔偏移与变形造成的管与管之间插接或丝扣连接的脱节；进一步提高封孔管注浆承压能力，避免在注浆压力下造成封孔管压扁和浆液流入封孔管，保障封孔囊袋之间注浆气室的密闭性能，提高注浆压力以确保浆液能够有效渗入孔周煤体裂隙。
5.目前，已知一种瓦斯抽采钻孔检漏与堵漏一体化装置(cn110056389a)包括注料管、抽料管和抽采泵，抽采期间利用气体分析仪采集、分析瓦斯气体，判断是否发生泄漏与检漏效果；通过注料管将浆料均匀涂抹在采集孔内壁堵住缝隙。已知一种二次高压注浆式顺煤层钻孔瓦斯抽采测压一体封孔装置(cn205638348u)钻孔内设有膨胀布袋ⅰ和ⅱ，布袋完全鼓胀后直径大于钻孔直径；布袋ⅰ和ⅱ通过连通管连通；一次注浆管和膨胀布袋ⅱ直接连通，二次注浆管插入膨胀布袋ⅰ和ⅱ之间，瓦斯抽采管插入钻孔，端部设有筛管，排气管插入膨胀布袋ⅰ和ⅱ之间。已知一种瓦斯抽放钻孔的二次封孔装置(cn201193533)包括总进气管、控制阀门、减压阀和给料装置，总进气管与给料装置相连，控制阀门和减压阀依次设在给料装置入口管路上。气源采用压风管路中的高压气体，通过控制阀门、减压阀将进气压力降至适当压力，通过给料装置将二次封孔材料以一定压力吹入瓦斯抽采钻孔，在压力作用
下封孔材料充满钻孔并渗入到钻孔周围裂隙完成对瓦斯抽采钻孔二次封孔。已知一种矿用连续定量式二次封孔系统(cn103016045a)系统进气管路与机械定时器进口相连，机械定时器出口同时与ⅰ分支管路和ⅱ分支管路相连，ⅱ分支管路顺序串联有ⅱ调压阀、ⅱ单向阀和紧固装置，紧固装置通过高压气管与气动马达相连，气动马达与旋转供料器相连，旋转供料器上端与供料装置料仓下端相连，旋转供料器下端与加速气室上端相连，ⅰ分支管路顺序串联有ⅰ调压阀、ⅰ单向阀和加速气室。已知一种提高煤层瓦斯抽采浓度的二次封孔系统(cn102230394a)包括压缩空气管、控制阀、减压阀、二次封孔装置、压力表、进水管、通气管、气液混流管、雾化器、透明胶管和扩散器等部件，井下压风系统高压空气经减压阀降至适当压力后由二次封孔装置将微细膨胀粉料输送到沟通漏风裂隙的腔室中进而进入漏风裂隙。雾化器将井下供水系统清水雾化，为漏风裂隙中粉料提供充足水源，使粉料充分膨胀进而完全封堵漏风裂隙。
6.已知一种瓦斯抽采钻孔检漏与递进式二次封孔装置及使用方法(cn111852392a)包括封孔单元及封孔管，封孔单元为两个，两个封孔单元沿钻孔的延伸方向依次设置；封孔管设置在钻孔内的一端为进气端，封孔管为两趟，一趟封孔管的进气端设置在两个封孔单元之间，另一趟封孔管的进气端贯通两个封孔单元设置；方法包括检漏监控及二次封孔。能够在钻孔连续抽采期间递进式二次封孔，保持钻孔持续密封抽采，延续钻孔抽采效率和生命周期；在钻孔发生轨迹偏移时能够适应钻孔进行自适应变形，防止注浆压力下封孔管压扁及封孔浆液进入封孔管，保证抽采稳定可靠；满足了抽采衰减时效特性下不同抽采时期瓦斯抽采流量通道需求。
7.综上所述，目前瓦斯抽采钻孔针对两堵一注封孔、封孔检漏识别与二次封孔做了大量的研究，但针对大直径瓦斯抽采钻孔较为适用的大通径二次封孔装置鲜有报道。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种瓦斯抽采钻孔大通径二次封孔装置，能够在孔预抽期间增大瓦斯流动通道的截面面积、减小瓦斯流动阻力；在钻孔连续抽采期间二次封孔，保持钻孔持续密封抽采，延续钻孔抽采效率和生命周期。
9.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种瓦斯抽采钻孔大通径二次封孔装置，包括封孔单元及封孔管，所述封孔管设置在钻孔内的一端为进气端，所述封孔单元为两个，两个封孔单元设置在所述进气端与钻孔出口之间的钻孔内，两个封孔单元沿钻孔的延伸方向依次设置，所述封孔管的≥50mm。
10.可选地，所述封孔单元为两堵一注封孔器，所述封孔单元包括注浆管及设置在所述注浆管上的封孔囊袋，所述封孔囊袋内部设置有单向阀，所述注浆管通过所述单向阀向所述封孔囊袋内注浆；所述封孔囊袋为2个，2个所述封孔囊袋沿所述注浆管依次设置，所述注浆管上还设置有爆破阀，所述爆破阀设置在2个所述封孔囊袋之间。
11.可选地，所述封孔管为连续管。
12.可选地，所述封孔管的外径为63mm，所述封孔管的壁厚为7mm，所述封孔管的内径为49mm。
13.可选地，所述封孔管的外径为75mm，所述封孔管的壁厚为8.30mm，所述封孔管的内径为58.40mm。
14.可选地，所述注浆管的外径及内径分别为16mm、12mm。
15.可选地，所述封孔囊袋的长度为1000mm。
16.本实用新型的有益效果在于：(1)通过将传统的外径50mm封孔管转换成外径63mm或75mm的封孔管，增大封孔管瓦斯抽采流动通道的截面面积，增加相同条件下、单位时间内的瓦斯抽采流量。根据理论计算，当封孔管由50mm增大到63mm时，按照公称压力2mpa计算，钻孔内径由38.80mm增大到49mm，增加10.20mm、增大到1.27倍；截面面积由0.001182m2增大到0.001885m2，增加0.000703m2、增大到1.59倍。当封孔管由50mm增大到75mm时，按照公称压力2mpa计算，钻孔内径由38.80mm增大到58.40mm，增加19.60mm、增大到1.51倍；截面面积由0.001182m2增大到0.002677m2，增加0.001495m2、增大到2.27倍。
17.(2)根据管道摩擦阻力基本方程、管道内气体流速与混合流量、管道内径之间的关系，可以得到管道摩擦阻力计算方程：
[0018][0019][0020][0021]
h—管道摩擦阻力损失，pa；
[0022]
λ—管道摩擦阻力系数，无因次；
[0023]
l—管道长度，m；
[0024]
v—管道内气体流速，m/s；
[0025]
d—管道内径，m；
[0026]
ρ—管道气体密度，kg/m3。
[0027]
q—管道内气体混合流量，m3/s。
[0028]
根据方程可知，管道摩擦阻力与管道内径的5次方成反比例关系，当封孔管管道内径增大时，管道摩擦阻力将大幅度降低。结合工程实际，矿井瓦斯抽采钻孔数量往往以千数为基础，钻孔封孔管道摩擦阻力的降低将大大降低瓦斯抽采系统与管网的阻力损失，保持系统更加高效稳定运行，减少泵组与管网的无用功。
[0029]
(3)随着抽采时间推移，孔周煤体在钻进卸压、抽采负压持续作用下发生应力应变、基质收缩，或因封堵不严密导致外界空气通过裂隙通道漏入钻孔时，本实用新型能够在距离孔口较近的两堵一注封孔器完成一次封孔后，根据抽采浓度、抽采流量实现检漏识别；通过对一次封孔的封孔管、注浆管、封孔囊袋的调控，对距离孔口较远的两堵一注封孔器进行二次封孔。
[0030]
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0031]
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
[0032]
图1为瓦斯抽采钻孔大通径二次封孔装置的结构示意图；
[0033]
图2为瓦斯抽采钻孔大通径二次封孔装置的截面示意图；
[0034]
图3为一次封堵的结构示意图；
[0035]
图4为图3中a
‑
a处的截面示意图；
[0036]
图5为二次封堵的结构示意图；
[0037]
图6为图5中b
‑
b处的截面示意图。
[0038]
附图标记：钻孔1、封孔管2、注浆管3、封孔囊袋4、单向阀5、爆破阀6、进气端7。
具体实施方式
[0039]
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0041]
本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0042]
实施例1
[0043]
请参阅图1～图2，为一种瓦斯抽采钻孔大通径二次封孔装置，包括用于封堵钻孔1的封孔单元及封孔管2。封孔管2为连续管，封孔管2设置在钻孔1内的一端为进气端7。封孔单元为两个，两个封孔单元设置在进气端7与钻孔1出口之间的钻孔1内，两个封孔单元沿钻孔1的延伸方向依次设置，封孔管2的外径≥50mm。本实施例中，封孔管2的外径为75mm，封孔管2的壁厚为8.30mm，封孔管2的内径为58.40mm。封孔单元为两堵一注封孔器。封孔单元包括注浆管3及设置在注浆管3上的封孔囊袋4，封孔囊袋4内部设置有单向阀5，注浆管3通过单向阀5向封孔囊袋4内注浆。封孔囊袋4的长度为1000mm，封孔囊袋4为2个，2个封孔囊袋4沿注浆管3依次设置。注浆管3上还设置有爆破阀6，爆破阀6设置在2个封孔囊袋4之间。
[0044]
本实施例中，封孔管2为阻燃抗静电的pvc管，公称压力2mpa。封孔囊袋4采用注浆浆液中自由水高效过滤的阻燃抗静电过虑袋。注浆管3为一次热塑盘曲成形的阻燃抗静电
pe管，外径为16mm，内径为12mm，壁厚为2mm。
[0045]
如图3所示，对钻孔1进行一次封堵时，对靠近钻孔1出口的封孔单元进行注浆。浆液通过单向阀5进入封孔囊袋4中，封孔囊袋4膨胀，对钻孔1进行封堵。继续注浆，当浆液的压力到达爆破阀6的限值时，爆破阀6打开，浆液从爆破阀6进入两个封孔囊袋4之间的钻孔1中。如图4所示，封孔囊袋4内及两个封孔囊袋4之间的浆液固化后，完成对钻孔1的一次封堵。
[0046]
如图5所示，对钻孔1进行二次封堵时，对靠近封孔管2进气端7的封孔单元进行注浆。浆液通过单向阀5进入封孔囊袋4中，封孔囊袋4膨胀，对钻孔1进行封堵。继续注浆，当浆液的压力到达爆破阀6的限值时，爆破阀6打开，浆液从爆破阀6进入两个封孔囊袋4之间的钻孔1中。如图6所示，封孔囊袋4内及两个封孔囊袋4之间的浆液固化后，完成对钻孔1的二次封堵。
[0047]
实施例2
[0048]
本实施例中，封孔管2的外径为63mm，封孔管2的壁厚为7mm，封孔管2的内径为49mm。
[0049]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。