穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置及其封孔方法
【专利摘要】穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，包括可回收注浆管、注浆管接头、前瓦斯抽采管、引流装置、双孔管、膨胀衬套、膨胀囊袋、压力控制阀和后瓦斯抽采管。可回收注浆管通过引流装置与双孔管的注浆通道连通，使用时通过引流装置将封孔装置套在前瓦斯抽采管上，通过可回收注浆管向封孔装置注浆，膨胀衬套、膨胀囊袋充浆后膨胀封堵钻孔。通过调整压力控制阀在封孔器上的位置，实现不同角度倾斜钻孔的注浆封孔。本发明能够实现对倾斜钻孔封孔段钻孔更有效注浆封孔、更好的防止封孔段钻孔周围漏气裂隙的产生和发展，该方法通过封孔器上的压力控制阀进行设定压力注浆，延长注浆段长度，进一步增强了倾斜钻孔的封孔效果。
【专利说明】
穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置及其封孔方法
技术领域
[0001]本发明属于煤矿瓦斯抽采钻孔技术领域，尤其涉及一种穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置及其封孔方法。
【背景技术】
[0002]煤矿井下本煤层瓦斯抽采钻孔深度一般在50米甚至数百米，仅对距离孔口一定距离的某一段钻孔进行封孔，除倾斜钻孔之外难以采用直接注浆的方法进行封孔，抽采钻孔的封孔分永久性封孔和临时性封孔。目前，公知的本煤层瓦斯抽采钻孔的永久性封孔是以发泡聚氨酯、发泡水泥和其它发泡材料作为封孔材料，早期的“水泥卷封孔装置”(ZL90227075.3)已不再采用，钻孔直接钻孔法仅适用于倾斜钻孔，国内目前普遍采用发泡聚氨酯材料封孔。目前，公知的采煤工作面瓦斯抽放钻孔的临时性封孔采用可复用的机械封孔装置封孔，如专利名称为“井下瓦斯抽放充气式囊袋封孔器” (ZL94209078.0)、胶套膨胀式“煤岩层钻孔封孔器”(ZL200420010782.9)等。目前，专利名称为“囊袋式注浆封孔装置及其封孔方法”(ZL200710054384.5)和“瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置及其封孔方法”(ZL201110120920.3)都取到了很好的封孔效果，但是随着煤体弹性潜能的释放和煤层中瓦斯压力的降低，使得钻孔周围空隙逐渐发育、扩张，无法使煤层钻孔封孔严密，有漏气现象产生，难以保持注浆压力，无法达到理想的封孔效果。此外，不同煤矿井下煤层地质条件的差异，经常出现塌孔等现象，导致直径较大的封孔器无法顺利插入煤层钻孔内，这些都给封孔造成了一定的影响。且之前的封孔器都是双囊袋的，加工较复杂，成本相对较高。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种能够实现对封孔段钻孔实施更有效注浆封孔、更好的防止封孔段钻孔周围漏气裂隙的产生和发展的穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置及其封孔方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，包括可回收注浆管、注浆管接头、前瓦斯抽采管、后瓦斯抽采管、引流装置、双孔管和膨胀衬套，双孔管前端与前瓦斯抽采管后端通过引流装置连接，双孔管后端与后瓦斯抽采管前端通过后卡箍连接;双孔管内的双孔分别为注浆通道和抽采通道，抽采通道前后两端分别与前瓦斯抽采管和后瓦斯抽采管连通，膨胀衬套呈圆筒形且内部中空，膨胀衬套外部套设有膨胀囊袋，膨胀囊袋和膨胀衬套的前端边缘通过前钢环压紧密封在双孔管外圆周上，膨胀囊袋和膨胀衬套的后端边缘通过后钢环压紧密封在后瓦斯抽采管外圆周上，引流装置同轴向设在前瓦斯抽采管外侧，引流装置前端通过注浆管接头与可回收注浆管后端连接，引流装置后端与双孔管的注浆通道前部连通，双孔管内的注浆通道在膨胀囊袋内部开设有出浆口；出浆口处安装有单向阀，双孔管上设有用于监控注浆通道内压力的压力控制阀，压力控制阀位于膨胀囊袋和后瓦斯抽采管之间。
[0005]穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，其特征在于:引流装置包括前卡箍和设在前卡箍外侧的引流管，引流管的前端设有与注浆管接头连接的注浆连接口，引流管后端及前卡箍侧部对应设有与注浆通道连通的进浆口，进浆口位于前钢环前方。
[0006]穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，其特征在于:引流管上沿左右方向设有销孔，注浆管接头后端插设在引流管内并通过插设在销孔内的剪切销与引流管密封固定连接;注浆管接头前端插设在可回收注浆管内，可回收注浆管后部通过压紧套与注浆管接头压紧密封连接。
[0007]穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，其特征在于:双孔管的注浆通道内的前后两端均设有堵漏水泥或者堵塞块。
[0008]穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，其特征在于:后瓦斯抽采管后端连接有筛网管。
[0009]穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置的封孔方法，其特征在于:包括以下步骤:
(1)、在后瓦斯抽采管的后端连接筛网管，将可回收注浆管连接的注浆管接头插入引流管的注浆连接口中，把剪切销插入销孔中固定注浆管接头；
(2)、将穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置连同可回收注浆管一起插入煤层穿层上行钻孔合适的封孔深度；
(3)、将可回收注浆管的前端与外置注浆栗连接，并检查注浆栗及注浆栗上的压力表是否正常，准备注浆浆液；
(4)、将注浆栗的进浆管插入到注浆浆液中，启动注浆栗开始进行注浆封孔，注浆压力逐步升高，注浆浆液经由注浆栗一可回收注浆管一注浆管接头一弓I流管一进浆口一注浆通道一出浆口一膨胀衬套，膨胀衬套进浆膨胀，膨胀衬套驱动膨胀囊袋向外膨胀，膨胀囊袋外壁与上行孔内壁之间紧密贴合，当注浆通道内的压力达到压力控制阀预定的注浆压力时，压力控制阀打开，对膨胀囊袋以外钻孔的注浆封孔作业；
(5)、注浆完毕后，通过注浆栗注入清水，清洗压力控制阀，如抽采后期发现封孔漏气时，可进行二次补浆；
(6)、用力拔可回收注浆管，注浆管接头将剪切销剪断，回收注浆头与可回收注浆管，注浆封孔作业完毕，对注浆管接头、可回收注浆管和注浆栗进行清洗，待下次封孔时使用。
[0010]采用上述技术方案，本发明具有如下技术效果:
1、本发明采用集抽采通道和注浆通道于一体的双孔管，大大简化了封孔装置的结构，克服了现有技术中需要另外设置注浆通道、体积大、结构复杂的缺点，可以适应不同煤矿井下煤层地质条件，方便操作，提高工作效率，能够实现对封孔段钻孔更有效的注浆封堵，更有效地避免封孔段钻孔周围煤壁裂隙的产生和发展，而且对极小的煤体裂隙也能进行充填，使得封孔效果达到最佳。
[0011 ] 2、本发明的出浆口处安装有单向阀，保证注浆通道中的注浆浆液只能从出浆口进入到膨胀衬套中，不能反向流动，注浆通道上设有压力控制阀，压力控制阀在注浆压力达到一定值时打开，防止压力过大造成膨胀囊袋胀破，同时从压力控制阀溢出的注浆浆液可以继续封堵钻孔。
[0012]3、本发明采用膨胀囊袋内部设置膨胀衬套，膨胀衬套可以支撑固定膨胀囊袋，膨胀衬套上设有排气渗浆孔，注浆浆液可以从排气渗浆孔中进入到膨胀囊袋，后瓦斯抽采管后端连接有筛网管，可以避免钻孔内的碎石煤块等杂质进入。本发明的结构材料和注浆材料强度均不影响采煤机割煤，且割煤作业时不会产生火花，能够高效、安全的开采。
[0013]4、本发明的注浆通道两端均采用堵漏水泥或者堵塞块进行封堵，避免注浆浆液漏出，确保注浆压力保持恒定，提升封孔效果，引流管内采用剪切销固定注浆管接头，当注浆封孔完毕后，用力拔出可回收注浆管及注浆管接头，清洗后可重复使用。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A处的放大图；
图3为本发明应用于穿层钻孔预抽区段煤层的示意图；
图4为图3中B处的放大图。
【具体实施方式】
[0015]如图1和2所示，本发明的穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，包括可回收注浆管
1、注浆管接头2、前瓦斯抽采管3、后瓦斯抽采管4、引流装置5、双孔管6和膨胀衬套7，双孔管6前端与前瓦斯抽采管3后端通过引流装置5连接，双孔管6后端与后瓦斯抽采管4前端通过后卡箍18连接;双孔管6内的双孔分别为注浆通道10和抽采通道11，抽采通道11前后两端分别与前瓦斯抽采管3和后瓦斯抽采管4连通，膨胀衬套7呈圆筒形且内部中空，膨胀衬套7外部套设有膨胀囊袋8，膨胀囊袋8和膨胀衬套7的前端边缘通过前钢环14压紧密封在双孔管6外圆周上，膨胀囊袋8和膨胀衬套7的后端边缘通过后钢环15压紧密封在后瓦斯抽采管4外圆周上，引流装置5同轴向设在前瓦斯抽采管3外侧，引流装置5前端通过注浆管接头2与可回收注浆管I后端连接，引流装置5后端与双孔管6的注浆通道10前部连通，双孔管6的注浆通道10在膨胀囊袋8内部开设有出浆口 17，出浆口 17处安装有单向阀16，双孔管6上设有用于监控注浆通道10内压力的压力控制阀19，压力控制阀19位于膨胀囊袋8和后瓦斯抽采管4之间。
[0016]引流装置5包括设在前卡箍9外侧的引流管5-1，引流管5-1的前端设有与注浆管接头2连接的注浆连接口5-2，引流管5-1后端及前卡箍9侧部对应设有与注浆通道10连通的进浆口 5-3，进浆口 5-3位于前钢环14前方。
[0017]引流管5-1上沿左右方向设有销孔，注浆管接头2后端插设在引流管5-1内并通过插设在销孔内的剪切销20与引流管5-1密封固定连接;注浆管接头2前端插设在可回收注浆管I内，可回收注浆管I后部通过压紧套与注浆管接头2压紧密封连接。
[0018]双孔管6的注浆通道10内的前后两端均设有堵漏水泥或者堵塞块13。
[0019]后瓦斯抽采管4后端连接有筛网管。
[0020]本发明的中部渗浆式注浆封孔方法，包括以下步骤:
(1)、在后瓦斯抽采管4的后端连接筛网管，将可回收注浆管I连接的注浆管接头2插入引流管5-1的注浆连接口 5-2中，把剪切销20插入销孔中固定注浆管接头2;
(2)、将穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置连同可回收注浆管I一起插入煤层穿层上行钻孔合适的封孔深度；
(3)、将可回收注浆管I的前端与外置注浆栗连接，并检查注浆栗及注浆栗上的压力表是否正常，准备注浆浆液； (4)、将注浆栗的进浆管插入到注浆浆液中，启动注浆栗开始进行注浆封孔，注浆压力逐步升高，注浆浆液经由注浆栗一可回收注浆管I 一注浆管接头2—引流装置5—进浆口 5-3—注浆通道10—出浆口 17—膨胀衬套7，膨胀衬套7进浆膨胀，膨胀衬套7驱动膨胀囊袋8向外膨胀，膨胀囊袋8外壁与上行孔内壁之间紧密贴合，当注浆通道10内的压力达到压力控制阀19预定的注浆压力时，压力控制阀19打开，实现膨胀囊袋8以外钻孔的注浆；
(5)、注浆完毕后，通过注浆栗注入清水，清洗压力控制阀19，如抽采后期发现封孔漏气时，可进行二次补浆；
(6)、用力拔可回收注浆管I，注浆管接头2将剪切销20剪断，回收注浆头与可回收注浆管1，注浆封孔作业完毕，对注浆管接头2、可回收注浆管I和注浆栗进行清洗，待下次封孔时使用。
[0021]如图3和图4所示，本发明的穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置进行仰孔封孔作业，抽采辅助巷道30、回采巷道31、突出煤层32和钻孔33。
[0022]以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，其特征在于:包括可回收注浆管、注浆管接头、前瓦斯抽采管、后瓦斯抽采管、引流装置、双孔管和膨胀衬套，双孔管前端与前瓦斯抽采管后端通过引流装置连接，双孔管后端与后瓦斯抽采管前端通过后卡箍连接;双孔管内的双孔分别为注浆通道和抽采通道，抽采通道前后两端分别与前瓦斯抽采管和后瓦斯抽采管连通，膨胀衬套呈圆筒形且内部中空，膨胀衬套外部套设有膨胀囊袋，膨胀囊袋和膨胀衬套的前端边缘通过前钢环压紧密封在双孔管外圆周上，膨胀囊袋和膨胀衬套的后端边缘通过后钢环压紧密封在后瓦斯抽采管外圆周上，引流装置同轴向设在前瓦斯抽采管外侧，引流装置前端通过注浆管接头与可回收注浆管后端连接，引流装置后端与双孔管的注浆通道前部连通，双孔管内的注浆通道在膨胀囊袋内部开设有出浆口；出浆口处安装有单向阀，双孔管上设有用于监控注浆通道内压力的压力控制阀，压力控制阀位于膨胀囊袋和后瓦斯抽采管之间。2.根据权利要求1所述的穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，其特征在于:引流装置包括前卡箍和设在前卡箍外侧的引流管，引流管的前端设有与注浆管接头连接的注浆连接口，引流管后端及前卡箍侧部对应设有与注浆通道连通的进浆口，进浆口位于前钢环前方。3.根据权利要求2所述的穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，其特征在于:引流管上沿左右方向设有销孔，注浆管接头后端插设在引流管内并通过插设在销孔内的剪切销与引流管密封固定连接;注浆管接头前端插设在可回收注浆管内，可回收注浆管后部通过压紧套与注浆管接头压紧密封连接。4.根据权利要求1或2所述的穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，其特征在于:双孔管的注浆通道内的前后两端均设有堵漏水泥或者堵塞块。5.根据权利要求3所述的穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置，其特征在于:后瓦斯抽采管后端连接有筛网管。6.根据权利要求5所述的穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置的封孔方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)、在后瓦斯抽采管的后端连接筛网管，将可回收注浆管连接的注浆管接头插入引流管的注浆连接口中，把剪切销插入销孔中固定注浆管接头； (2)、将穿层上行钻孔单囊袋注浆封孔装置连同可回收注浆管一起插入煤层穿层上行钻孔合适的封孔深度； (3)、将可回收注浆管的前端与外置注浆栗连接，并检查注浆栗及注浆栗上的压力表是否正常，准备注浆浆液； (4)、将注浆栗的进浆管插入到注浆浆液中，启动注浆栗开始进行注浆封孔，注浆压力逐步升高，注浆浆液经由注浆栗一可回收注浆管一注浆管接头一弓I流管一进浆口 一注浆通道一出浆口 一膨胀衬套，膨胀衬套进浆膨胀，膨胀衬套驱动膨胀囊袋向外膨胀，膨胀囊袋外壁与上行孔内壁之间紧密贴合，当注浆通道内的压力达到压力控制阀预定的注浆压力时，压力控制阀打开，对膨胀囊袋以外钻孔的注浆封孔作业； (5)、注浆完毕后，通过注浆栗注入清水，清洗压力控制阀，如抽采后期发现封孔漏气时，可进行二次补浆； (6)、用力拔可回收注浆管，注浆管接头将剪切销剪断，回收注浆头与可回收注浆管，注浆封孔作业完毕，对注浆管接头、可回收注浆管和注浆栗进行清洗，待下次封孔时使用。
【文档编号】E21F7/00GK105840134SQ201610215652
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】孙玉宁, 周福宝, 王永龙, 宋维宾, 王振锋, 刘俊岭, 刘春 , 夏同强
【申请人】河南理工大学