一种瓦斯采集孔洞封堵装置及其封堵方法

该发明涉及孔洞封堵装备技术领域，尤其涉及一种瓦斯采集孔洞封堵装置及其封堵方法。

背景技术：

目前，在煤矿领域，常需要向煤层和瓦斯聚集区域打钻进行煤矿瓦斯抽采，以预防瓦斯爆炸、瓦斯突出等安全事故的发生，抽采结束后需要对抽采孔进行封堵，以防瓦斯泄露，对井下作业环境造成破坏，威胁作业人员生命安全，传统的抽采孔封堵方式是采用聚氨酯或者水泥浆进行封堵，聚氨酯容易发泡，进行封堵时容易出现封堵不严密而出现泄漏的问题，通过水泥浆进行封堵时，向孔内灌注水泥浆过程中不停有瓦斯泄漏出来，在水泥浆干燥变硬之前，瓦斯气体将填补的水泥浆冲开一定的缝隙，造成瓦斯的泄漏，封堵效果不好。

技术实现要素：

针对上述技术的不足，本发明的目的在于提供一种瓦斯采集孔洞封堵装置及其封堵方法，用以解决现有技术中对瓦斯采集孔洞封堵时，由于瓦斯采集孔洞内部不断有气体冒出，对封堵浆液的凝固成型造成影响，导致对瓦斯采集孔洞的封堵效果不佳的问题。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种瓦斯采集孔洞封堵装置，包括封堵灌浆机构和同轴管提升机构，所述同轴管提升机构带动封堵灌浆机构在瓦斯采集孔洞内移动；

所述封堵灌浆机构包括外套管和内套管，所述内套管滑动连接于外套管的内部，且内套管的外壁与外套管的内壁紧密接触，所述外套管的底部设有环形水囊，所述环形水囊的中部设有弹性连接部，所述弹性连接部套接在外套管的外壁上，所述水囊上连接有加压注水装置，所述内套管的上端连接有加压注浆装置，所述加压注水装置和加压注浆装置均位于煤矿巷道的地面上；

所述同轴管提升机构包括环形安装座，所述环形安装座上镜像对称设有升降机构，所述升降机构包括上下设置的第一升降机构和第二升降机构，所述第一升降机构和第二升降机构上分别设有第一夹持机构和第二夹持机构，所述第一夹持机构和第二夹持机构分别对外套管和内套管的外壁进行夹持固定，对称设置的第一升降机构控制外套管竖直上下滑动，所述第二升降机构用以控制内套管竖直上下滑动。

本技术方案的工作原理为：

将封堵装置搬运至瓦斯采集孔洞的正上方，在第一升降机构和第二升降机构的带动下，使内套管和外套管向瓦斯采集孔的内部运动，然后通过加压注水装置向水囊内注水，瓦斯采集孔洞形成封堵，使下方的瓦斯气体不能向上溢出，然后向瓦斯孔洞内注入第一层封堵浆液，封堵浆液的高度低于环形水囊中部设置的弹性连接部，待到浆液凝固之后，向上提升内套管和外套管，使弹性连接部脱离外套管，此时水囊箱内收拢，将其中部的环形空间封闭，便于后续的注浆封堵，最后通过不断的向上提升内套管和外套管，并在加压注浆装置的作用下，通过内套管向瓦斯采集孔洞内不断的注浆，直至孔洞封堵完成。

进一步限定，所述内套管和外套管的底端周向均匀设有位置相对应的条形通孔，所述环形水囊位于条形通孔的上方，所述内套管的条形通孔上端设有转轴，所述转轴上转动连接有转动杆，所述转动杆能在内套管和外套管的条形通孔旋转，所述内套管的底端设有底板，所述底板上设有与转动杆数量对应的弹性件，所述弹性件的一端与底板固定连接，所述弹性件的另一端与转动杆的上端固定连接，所述弹性件处于拉伸状态，其有益之处在于，内套管向外套管的下端滑出时，在弹性件的作用下，转动杆将会向外侧旋转，使转动杆的端部卡紧在瓦斯采集孔洞的内壁上，从而对其上方的水囊起到支撑和限位作用，保证水囊在其形成的空间内能够充分的填充满瓦斯采集孔洞，保证水囊对采集孔洞的密封效果。

进一步限定，所述底板的下表面上设有密封板，所述密封板的直径大于外套管的直径，其有益之处在于，密封板可以对外套管的端部进行封堵，使注浆的压力不会过多的泄露，同时保证封堵浆液不会从外套管的底端流出。

进一步限定，所述转动杆的外侧包覆有弹性层，其有益之处在于，弹性层能进一步增强对水囊的支撑和限位效果。

进一步限定，所述环形水囊的上方设有滑套，所述滑套套接与外套管上，所述滑套的外侧设有注浆囊，所述注浆囊与滑套上均设有与外套管条形孔位置对应的进浆孔，所述注浆囊向下的底面上设有出浆孔，所述出浆孔的直径小于进浆孔的直径，所述滑套的高度大于外套管上条形孔的长度，其有益之处在于，通过滑套对外套管上的条形孔进行密封，然后通过将封堵浆液从注浆囊内向外注浆的方式，使浆液的注入分布更加均匀，同时注浆囊的膨胀对瓦斯采集孔洞做进一步密封，使注浆的空间内为正压，进一步保证下方的瓦斯气体不会向上溢出。

进一步限定，所述第一升降机构和第二升降机构均包括安装板，所述安装板上的内侧设有螺纹杆，所述螺纹杆上设有滑块，所述螺纹杆的两侧设有导向杆，所述导向杆与滑块滑动连接，所述安装板的上端设有驱动电机，所述驱动电机的输出端与螺纹杆的上端固定连接，所述第一夹持机构和第二夹持机构分别对称设置在第一升降机构和第二升降机构的滑块上。

进一步限定，所述第一夹持机构和第二夹持机构均包括直线电机，所述直线电机的端部固定连接有夹持部。

进一步限定，所述夹持部为夹板，所述夹板的形状为等腰三角形，其有益之处在于，等腰三角形的夹板可以对不同的套管直径进行夹紧，增加其实用性。

进一步限定，所述第一升降机构和第二升降机构对称设置的滑块上分别设有支撑板，所述支撑板的中部分别开设有与外套管和内套管直径相匹配的通孔，所述内套管和外套管分别位于与之对应的通孔内，所述第一夹持机构和第二夹持机构设置在支撑板上，其有益之处在于，支撑板可以对两侧的第一升降机构和第二升降机构进行支撑，避免其倾倒的同时，还能增腔中间夹持物体移动的垂直度。

进一步限定，所述夹板与内套管或者是外套管的接触面上设有防滑垫，其有益之处在于，防滑垫可以避免夹板与被夹持物体之间出现打滑的情况。

进一步限定，还包括一种瓦斯采集孔洞封堵装置的封堵方法，具体封堵步骤如下：

(1)将本装置搬运至瓦斯采集孔洞的正上方；

(2)在第一升降机构和第二升降机构的作用下，将外套管和内套管下降至瓦斯采集孔洞内；

(3)在第一升降机构的作用下，使内套管向下运动，直至转动杆在弹性件的作用下卡紧在瓦斯采集孔洞内；

(4)加压注水装置向水囊内注水，直至水囊膨胀至将瓦斯采集孔洞封堵；

(5)此时通过人工或者是机械向瓦斯采集孔洞内注入聚氨酯发泡剂或者是封堵浆液；

(6)待到聚氨酯发泡剂或者是封堵浆液凝固，在第一升降机构和第二升降机构的作用下向上提升内套管和外套管，使密封板位于聚氨酯发泡层或者是封堵浆液凝固成的上方，此时水囊的弹性连接部在阻力的作用下与外套管脱离，且水囊在压力作用下向内聚拢，将水囊中部的环形空间封堵；

(7)将滑套滑动至外套管的底端，滑套将条形通孔密封；

(8)加压注浆装置向内套管内注入封堵浆液，封堵浆液通过条形孔从注浆囊的进浆孔进入，出浆孔排出，由于进浆孔的直径大于出浆孔，注浆囊膨胀与聚氨酯泡沫或者是第一层封堵的浆液之间形成空腔；

(9)注浆注满步骤(8)中的空腔后，等待浆液凝固；

(10)凝固完成之后，在第一升降机构和第二升降机构的作用下，将注浆囊提升至瓦斯空洞的上端，在加压注浆装置的作用下，对瓦斯采集孔进行最后一次注浆封堵。

本发明的技术效果为：

(1)水囊的设置对瓦斯采集孔洞的内部进行封堵，使下部的瓦斯气体不会向上溢出，保证封堵浆液的成型效果，从而提升了对瓦斯采集孔洞封堵的效果。(2)内套管向外套管的下端移动时，转动杆在弹性件的作用下向外旋转伸出，并且卡紧在瓦斯采集孔洞上，对水囊起到支撑作用和限位作用，保证了水囊膨胀时对瓦斯采集孔洞的密封效果，同时还能对第一次注浆起到支撑作用。(3)采用注浆囊对瓦斯采集孔洞内进行注浆封堵，使浆液分布更加的均匀，同时降低浆液注入时的冲击力，减少注浆时气泡的产生，同时膨胀的逐渐囊对瓦斯采集孔洞封堵，使其内部长呈现正压的状态，从而进一步避免下方瓦斯气体向上溢出。(4)本封堵装置结构简单，且在孔洞封堵之后，内套管和外套管均可以从瓦斯采集孔洞内取出，节约了封堵成本。

附图说明

图1为本具体实施方式中封堵装置的立体示意图。

图2为本具体实施方式中封堵装置的剖视图示意图。

图3为本具体实施方式中封堵装置的俯视图示意图。

图4为本具体实施方式中封堵装注浆机构的立体示意图。

图5为本具体实施方式中封堵装注浆机构的正视图示意图。

图6为本具体实施方式中封堵装注浆机构的俯视图示意图。

图7为本具体实施方式中同轴管提升机构的立体示意图。

图8为本具体实施方式中同轴管提升机构的正视图示意图。

图9为本具体实施方式中同轴管提升机构的俯视图示意图。

图10为本具体实施方式中封堵时水囊注水示意图。

图11为本具体实施方式中第一次灌浆示意图。

图12为本具体实施方式中第二次灌浆示意图。

附图编号

环形安装座1、安装板11、螺纹杆12、导向杆13、滑块14、直线电机15、夹板16、驱动电机17、支撑板18、内套管2、外套管21、水囊22、滑套23、注浆囊24、转动杆25、弹性件26、底板27、弹性连接部28、密封板29、加压注水装置3、加压注浆装置4、封堵浆液5。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

如图1、图2、图3、图7、图8、和图9所示，一种瓦斯采集孔洞封堵装置，主要包括两个部分，分别为同轴管提升机构和封堵灌浆机构，在本实施例中同轴管提升机构主要包括包括环形安装座1，弧形安装座上设有地脚螺栓，在使用的时候将地脚螺栓固定在煤矿的地面上，环形安装座1上镜像对称设有升降机构，升降机构包括上下分布设置的第一升降机构和第二升降机构，第一升降机构和第二升降机构上分别设有第一夹持机构和第二夹持机构，第一夹持机构和第二夹持机构分别对外套管21和内套管2的外壁进行夹持固定，对称设置的第一升降机构控制外套管21竖直上下滑动，第二升降机构用以控制内套管2竖直上下滑动，具体的第一升降机构和第二升降机构均包括安装板11，安装板11上的内侧设有螺纹杆12，螺纹杆12上设有滑块14，螺纹杆12的两侧设有导向杆13，导向杆13与滑块14滑动连接，安装板11的上端设有驱动电机17，驱动电机17的输出端与螺纹杆12的上端固定连接，第一夹持机构和第二夹持机构分别对称设置在第一升降机构和第二升降机构的滑块14上，驱动电机17的旋转带动螺纹杆12旋转，从而使滑块14在螺纹杆12上座上下移动。

优选地，第一夹持机构和第二夹持机构均包括直线电机15，直线电机15的端部固定连接有夹持部，夹持部为夹板16，夹板16的形状为等腰三角形，其有益之处在于，等腰三角形的夹板16可以对不同的套管直径进行夹紧，增加其实用性。转动杆25的外侧包覆有弹性层，弹性层可以为弹性布料，其有益之处在于，弹性层能进一步增强对水囊22的支撑和限位效果。第一升降机构和第二升降机构对称设置的滑块14上分别设有支撑板18，支撑板18的中部分别开设有与外套管21和内套管2直径相匹配的通孔，内套管2和外套管21分别位于与之对应的通孔内，第一夹持机构和第二夹持机构设置在支撑板18上，支撑板18可以对两侧的第一升降机构和第二升降机构进行支撑，避免其倾倒的同时，还能增腔中间夹持物体移动的垂直度。夹板16与内套管2或者是外套管21的接触面上设有防滑垫，其有益之处在于，防滑垫可以避免夹板16与被夹持物体之间出现打滑的情况，在本实施例中，防滑垫可以为橡胶垫。

如图4、图5和图6，封堵灌浆机构包括外套管21和内套管2，内套管2滑动连接于外套管21的内部，且内套管2的外壁与外套管21的内壁紧密接触，外套管21的底部设有环形水囊22，环形水囊22的中部设有弹性连接部28，在本实施例中，弹性连接部28的材质与橡皮筋的材质类似，弹性连接部28套接在外套管21的外壁上，水囊22上连接有加压注水装置3，内套管2的上端连接有加压注浆装置4，加压注水装置3和加压注浆装置4均位于煤矿巷道的地面上。优选地，在内套管2和外套管21的底端周向均匀设有位置相对应的条形通孔，环形水囊22位于条形通孔的上方，内套管2的条形通孔上端设有转轴，转轴上转动连接有转动杆25，转动杆25能在内套管2和外套管21的条形通孔旋转，内套管2的底端设有底板27，底板27上设有与转动杆25数量对应的弹性件26，弹性件26的一端与底板27固定连接，弹性件26的另一端与转动杆25的上端固定连接，弹性件26处于拉伸状态，工作原理为，内套管2向外套管21的下端滑出时，在弹性件26的作用下，转动杆25将会向外侧旋转，使转动杆25的端部卡紧在瓦斯采集孔洞的内壁上，从而对其上方的水囊22起到支撑和限位作用，保证水囊22在其形成的空间内能够充分的填充满瓦斯采集孔洞，保证水囊22对采集孔洞的密封效果。

优选地，底板27的下表面上设有密封板29，密封板29的直径大于外套管21的直径，其有益之处在于，密封板29可以对外套管21的端部进行封堵，使注浆的压力不会过多的泄露，同时保证封堵浆液5不会从外套管21的底端流出。转动杆25的外侧包覆有弹性层，其有益之处在于，弹性层能进一步增强对水囊22的支撑和限位效果。环形水囊22的上方设有滑套23，滑套23套接与外套管21上，滑套23的外侧设有注浆囊24，注浆囊24与滑套23上均设有与外套管21条形孔位置对应的进浆孔，注浆囊24向下的底面上设有出浆孔，出浆孔的直径小于进浆孔的直径，滑套23的高度大于外套管21上条形孔的长度，通过滑套23对外套管21上的条形孔进行密封，然后通过将封堵浆液5从注浆囊24内向外注浆的方式，使浆液的注入分布更加均匀，同时注浆囊24的膨胀对瓦斯采集孔洞做进一步密封，使注浆的空间内为正压，进一步保证下方的瓦斯气体不会向上溢出。

如图10、图11和图12所示，综上，在本实施例中还公开了一种瓦斯采集孔洞封堵装置的封堵方法，具体封堵步骤如下：

(1)将本装置搬运至瓦斯采集孔洞的正上方；

(2)在第一升降机构和第二升降机构的作用下，将外套管21和内套管2下降至瓦斯采集孔洞内；

(3)在第一升降机构的作用下，使内套管2向下运动，直至转动杆25在弹性件26的作用下卡紧在瓦斯采集孔洞内；

(4)加压注水装置3向水囊22内注水，直至水囊22膨胀至将瓦斯采集孔洞封堵；

(5)此时通过人工或者是机械向瓦斯采集孔洞内注入聚氨酯发泡剂或者是封堵浆液5；

(6)待到聚氨酯发泡剂或者是封堵浆液5凝固，在第一升降机构和第二升降机构的作用下向上提升内套管2和外套管21，使密封板29位于聚氨酯发泡层或者是封堵浆液5凝固成的上方，此时水囊22的弹性连接部28在阻力的作用下与外套管21脱离，且水囊22在压力作用下向内聚拢，将水囊22中部的环形空间封堵；

(7)将滑套23滑动至外套管21的底端，滑套23将条形通孔密封；

(8)加压注浆装置4向内套管2内注入封堵浆液5，封堵浆液5通过条形孔从注浆囊24的进浆孔进入，出浆孔排出，由于进浆孔的直径大于出浆孔，注浆囊24膨胀与聚氨酯泡沫或者是第一层封堵的浆液之间形成空腔；

(9)注浆注满步骤(8)中的空腔后，等待浆液凝固；

(10)凝固完成之后，在第一升降机构和第二升降机构的作用下，将注浆囊24提升至瓦斯空洞的上端，在加压注浆装置4的作用下，对瓦斯采集孔进行最后一次注浆封堵。

需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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在本发明中的具体含义。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。