一种煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器及其使用方法，封孔器包括注浆管和囊袋，注浆管分为前后两段，前后两段注浆管之间设有双环形气压爆破阀，双环形气压爆破阀通过丝头和扣压式胶管接头连接两侧的注浆管；前段注浆管和后段注浆管上分别套有一个囊袋，前段注浆管上的囊袋的两端通过金属套管扣压固定在注浆管上，后段注浆管上的囊袋的前端通过金属套管扣压固定在注浆管上，后端通过堵头固定在注浆管上；注浆管被两个囊袋包围的部分均设有环形单向阀；该煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器采用带压注浆技术，实现密闭封孔，具备多层带压注浆、封孔密闭性强的优点，整体结构更加简洁，封孔操作更为简化可靠，密闭效果更加良好。
【专利说明】
一种煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及煤矿瓦斯抽采钻孔技术领域，具体是一种煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆 快速封孔器及其使用方法。
【背景技术】
[0002] 现有的煤矿瓦斯抽采钻孔技术:一、聚氨酯封孔技术：国内煤矿瓦斯抽采钻孔普遍 采用高分子聚氨酯化工材料封孔。
[0003] 二、机械弹性封孔技术。
[0004] 三、充气式封孔器:充气式封孔器主要有两种，一种是免充气气囊式，另一种是充 气气囊式。
[0005] 四、水力膨胀式封孔器。
[0006] 五、煤矿瓦斯带压快速注浆封孔器。
[0007] 以上现有技术的缺陷：一、聚氨酯封孔技术:这种封孔方法具有两个方面的缺点： 第一、抗压强度低;第二、可压缩量很大。高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井往往采深较大，相 应的地应力也较大，加之煤层强度普遍较低，井下煤层钻孔在地应力作用下将逐渐蠕变，钻 孔在蠕变的过程中，钻孔周围的煤体将会产生松动裂隙，使瓦斯抽采时出现漏气通道。
[0008] 二、机械弹性封孔技术:这种封孔方法对钻孔的密封性能差，漏气严重，根本不能 用于煤层长效抽采钻孔的封孔。
[0009] 三、充气式封孔器:只能作为临时封孔。
[0010] 四、水力膨胀式封孔器:这种封孔用于煤层长效抽采不可行，原因有二:第一、成本 较高;第二、封孔器的微泄露不能保证长效封孔的效果。
[0011] 五、煤矿瓦斯带压快速注浆封孔器：该封孔器实现了带压注浆封孔，封孔密闭性 强。其缺点是保留了传统的返浆管，结构不够简洁;压力表安设在返浆管中，当围岩较为破 碎注浆时间较长时，返浆管内的水泥浆液可能沉淀、凝固，造成压力表测压不准确，影响带 压注浆的监控。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于提供一种结构简洁、操作简单的煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快 速封孔器及其使用方法，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0013] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0014] -种煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器，包括注浆管和囊袋，注浆管分为前 后两段，前后两段注浆管之间设有双环形气压爆破阀，该双环形气压爆破阀通过丝头和扣 压式胶管接头连接两侧的注浆管;前段注浆管和后段注浆管上分别套有一个囊袋，前段注 浆管上的囊袋的两端通过金属套管扣压固定在注浆管上，后段注浆管上的囊袋的前端通过 金属套管扣压固定在注浆管上，后端通过堵头固定在注浆管上，该堵头封堵注浆管的后端； 注浆管被两个囊袋包围的部分均设有环形单向阀。
[0015] 作为本发明进一步的方案:所述注浆管为外径16mm铝塑管。
[0016] 作为本发明进一步的方案:所述注浆管的前端设有扣压式胶管接头。
[0017] 作为本发明进一步的方案:所述注浆管的后端管头内设有钢筋头。
[0018] 作为本发明进一步的方案:所述囊袋由防静电阻燃面料缝制。
[0019] 作为本发明进一步的方案:所述双环形气压爆破阀由三通、螺帽、铝箱片、密封圈 组成。
[0020] 作为本发明再进一步的方案:该煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器与瓦斯抽 采封孔管，并且依次外接三控带压注浆装置和注浆栗。
[0021] 所述煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器的使用方法，具体步骤如下：
[0022] 1)将封孔管花管推入孔底，再依次推入封孔实管，根据封孔器长度与封孔实管绑 扎牢固，送入钻孔，将封孔器完全放进钻孔内；
[0023] 2)将封孔器的注浆管与三控带压注浆装置连接，再与注浆栗连接；
[0024] 3)启动注浆栗向孔内注浆，前期注浆压力控制在0.5-0.7MPa，2min后囊袋注满，浆 液压力逐渐上升至爆破阀爆破压力值IMpa，双环形气压爆破阀爆破，浆液向中间钻孔及周 边裂隙进行带压注浆，直至浆液压力达到终压值停止注浆，实现多层密闭；
[0025] 4)注浆完毕后关闭孔口的环形单向阀，封孔器自动在钻孔内保持膨胀状态；
[0026] 5)封孔后拆除三控带压注浆装置与注浆栗，将封孔管与瓦斯抽放管路进行连接， 通过抽采系统抽放瓦斯。
[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0028] 本发明着力于瓦斯抽采钻孔封孔的密闭性，即采用带压注浆技术，实现密闭封孔； 其次，解决其他品种封孔器封孔工序较繁琐，操作较复杂的不足，仅采用单一的水泥注浆， 完成全部封孔过程。除具备多层带压注浆、封孔密闭性强的优点外，整体结构更加简洁，封 孔操作更为简化可靠，密闭效果更加良好。该产品操作简单、使用方便，能够提高瓦斯抽采 效果，降低工人劳动强度、提高工作效率，适合各种地质情况的钻孔封孔，特别是钻孔倾角 大、封孔长度深的上向孔或下向钻孔。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的安装工艺示意图；
[0030] 图2为本发明的整体结构示意图；
[0031] 图3为本发明中扣压式胶管接头的结构示意图；
[0032] 图4为本发明中注浆管的结构示意图；
[0033] 图5为本发明中金属套管的结构示意图；
[0034] 图6为本发明中囊袋的结构示意图；
[0035] 图7为本发明中丝头的结构示意图；
[0036] 图8为本发明中双环形气压爆破阀的结构示意图；
[0037] 图9为本发明中堵头的结构示意图；
[0038]图10为本发明中环形单向阀的结构示意图。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0040] 请参阅图1-10,本发明实施例中，煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器，包括注 浆管2和囊袋4,所述注浆管2为外径16mm铝塑管，注浆管2分为前后两段，前后两段注浆管2 之间设有双环形气压爆破阀6,该双环形气压爆破阀6通过丝头5和扣压式胶管接头1连接两 侧的注浆管2;前段注浆管2和后段注浆管2上分别套有一个囊袋4,前段注浆管2上的囊袋4 的两端通过金属套管3扣压固定在注浆管2上，后段注浆管2上的囊袋4的前端通过金属套管 3扣压固定在注浆管2上，后端通过堵头7固定在注浆管2上，该堵头7封堵注浆管2的后端;注 浆管2被两个囊袋4包围的部分均设有环形单向阀8,使得注浆时浆液只能单向从管内流出， 不能由囊袋4流回管内。
[0041] 进一步，所述注浆管2的前端设有扣压式胶管接头1。
[0042] 进一步，所述注浆管2的后端管头内设有钢筋头。
[0043] 进一步，所述囊袋4由防静电阻燃面料缝制。
[0044] 进一步，所述双环形气压爆破阀6由三通、螺帽、铝箱片、密封圈组成，选用不同厚 度的铝箱片，可以调整得到所需要的爆破压力。
[0045] 进一步，该煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器与瓦斯抽采封孔管21(实管、花 管)经绑扎后同时进行敷设，并且依次外接三控带压注浆装置22和注浆栗23。
[0046] 如图1所示为本发明的一种代表性的具体实施示例，实施方法如下:煤矿瓦斯抽采 钻孔带压注浆快速封孔器主要由扣压式胶管接头1、注浆管2、金属套管3、囊袋4、4'丝头5、 双环形气压爆破阀6、堵头7、环形单向阀8等构成。扣压式胶管接头1通过扣管机与注浆管2 紧固连接，环形单向阀8通过钻孔（Φ 10mm)、套胶管、金属套管3扣压完成制作，注浆时浆液 只能单向从管内流出，不能由囊袋4流回管内；囊袋4通过金属套管3扣压固定在注浆管2上， 用于钻孔的两头封堵;采用堵头7封堵注浆管2时，先在管头内插入Φ12_钢筋头，然后进行 扣压;整套封孔器通过V丝头5进行连接组装。
[0047] 封孔器安装时依次外接三控带压注浆装置22、注浆栗23。封孔器与瓦斯抽采封孔 管21(实管、花管)经绑扎后同时进行敷设。
[0048]本发明的工作原理及其使用方法:煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器的注浆 管2与三控带压注浆装置、注浆栗依次连接。启动注浆栗，水泥浆液进入注浆管2,由于单向 阀的作用浆液首先进入囊袋4及囊袋V中，囊袋4迅速膨胀，将囊袋4的外径紧固在孔壁上， 实现封孔器两端的封闭；当浆液压力大于IMPa时，双环形气压爆破阀6爆破，浆液流入两个 囊袋4中间的钻孔及其周边裂隙地带和地质构造带，在带压条件下完成注浆充填，实现多层 密封。在达到注浆设计终压值(2Mpa或技术措施规定值)时，完成封孔作业。将封孔管与瓦斯 抽采管路连接，通过抽采系统进行瓦斯抽放。该封孔器结构简洁，技术先进，适合各种地质 情况的钻孔封孔，特别是钻孔倾角大、封孔长度深的上向孔或下向孔。
[0049] 使用操作：
[0050] 1)将封孔管花管推入孔底，依次推入封孔实管。根据封孔器长度与封孔实管绑扎 牢固，送入钻孔，将封孔器完全放进钻孔内；
[0051 ] 2)将封孔器的注浆管2与三控带压注浆装置22连接，再与注浆栗23连接；
[0052] 3)启动注浆栗23向孔内注浆，前期注浆压力控制在0.6MPa左右，约2分钟后囊袋4 注满，浆液压力逐渐上升至IMpa(爆破阀爆破压力值），双环形气压爆破阀6爆破，浆液向中 间钻孔及周边裂隙进行带压注浆，直至浆液压力达到终压值停止注浆，实现多层密闭； [0053] 4)注浆完毕后关闭孔口的环形单向阀8,钻孔内浆液不会发生倒流情况，封孔器自 动在钻孔内保持膨胀状态；
[0054] 5)封孔后拆除三控带压注浆装置22与注浆栗23,将封孔管21与瓦斯抽放管路进行 连接，通过抽采系统抽放瓦斯。
[0055]本发明的结构特点及其优点：一、环形单向阀8:使浆液在一个方向上通流，而在相 反方向截止，适用于囊袋4注浆，实现两头封堵。二、双环形气压爆破阀6:1、铝箱膜片爆破前 (注浆压力小于IMpa)，囊袋注浆已经饱满，起到两头封堵的作用;膜片爆破后，能够改变浆 液流向，对中间钻孔及周边裂隙进行注浆;2、结构紧凑、牢固，易安装，适宜煤矿井下瓦斯抽 采钻孔狭小环境;3、膜片爆破压力稳定，受外界干扰小，受环境温度影响小。可以选用不同 厚度的膜片，满足所需要的爆破压力。
[0056]三、三控带压注浆装置22:1、控制注浆栗注浆压力；2、控制囊袋内浆液压力；3、控 制围岩裂隙带内浆液压力;4、真正实现带压注浆封孔。
[0057]四、扣压式胶管接头1(内加密封圈）进行管路连接，具有密闭性好、连接牢固可靠 的优点。
[0058]本发明的技术性能及基本尺寸：
[0059]
[0060] 本发明的有益效果:一、封孔自动化:封孔器送入钻孔后，只需启动注浆栗即可实 现整个钻孔的自动封孔，较其他品种封孔器的封孔操作工序大大简化，同时减少了工人劳 动强度，提高了工作效率。
[0061] 二、带压注浆:注浆栗与封孔器之间装有三控带压注浆装置，可以有效监控浆液压 力，真正实现带压注浆，使浆液充分压入钻孔周边裂隙，填满注实，钻孔封堵做到密闭严实。
[0062] 三、主动支护:注浆后囊袋及围岩注浆可以形成有效支护，使封孔段钻孔周围形成 高应力区，避免后续产生裂隙，形成瓦斯抽采的漏气通道。
[0063]四、工艺先进:该封孔器结构简洁，技术先进，封孔操作便于掌握，封孔密闭性好， 能够提高瓦斯抽采浓度。
[0064]上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方 式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下 作出各种变化。
【主权项】
1. 一种煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器，其特征在于，包括注浆管（2)和囊袋 (4)，注浆管(2)分为前后两段，前后两段注浆管(2)之间设有双环形气压爆破阀（6)，该双环 形气压爆破阀（6)通过丝头（5)和扣压式胶管接头（1)连接两侧的注浆管（2);前段注浆管 (2)和后段注浆管(2)上分别套有一个囊袋(4)，前段注浆管(2)上的囊袋(4)的两端通过金 属套管(3)扣压固定在注浆管(2)上，后段注浆管（2)上的囊袋(4)的前端通过金属套管(3) 扣压固定在注浆管(2)上，后端通过堵头(7)固定在注浆管(2)上，该堵头(7)封堵注浆管(2) 的后端;注浆管(2)被两个囊袋(4)包围的部分均设有环形单向阀(8)。2. 根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器，其特征在于，所述注 浆管(2)为外径16mm铝塑管。3. 根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器，其特征在于，所述注 浆管(2)的前端设有扣压式胶管接头(1)。4. 根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器，其特征在于，所述注 浆管(2)的后端管头内设有钢筋头。5. 根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器，其特征在于，所述囊 袋(4)由防静电阻燃面料缝制。6. 根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器，其特征在于，所述双 环形气压爆破阀（6)由三通、螺帽、铝箱片、密封圈组成。7. 根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器，其特征在于，该煤矿 瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器与瓦斯抽采封孔管(21)，并且依次外接三控带压注浆装 置(22)和注浆栗(23)。8. -种如权利要求1-7任一所述的煤矿瓦斯抽采钻孔带压注浆快速封孔器的使用方 法，其特征在于，具体步骤如下： 1) 将封孔管花管推入孔底，再依次推入封孔实管，根据封孔器长度与封孔实管绑扎牢 固，送入钻孔，将封孔器完全放进钻孔内； 2) 将封孔器的注浆管(2)与三控带压注浆装置(22)连接，再与注浆栗(23)连接； 3) 启动注浆栗（23)向孔内注浆，前期注浆压力控制在0.5-0.7MPa，2min后囊袋(4)注 满，浆液压力逐渐上升至爆破阀爆破压力值IMpa，双环形气压爆破阀（6)爆破，浆液向中间 钻孔及周边裂隙进行带压注浆，直至浆液压力达到终压值停止注浆，实现多层密闭； 4) 注浆完毕后关闭孔口的环形单向阀(8)，封孔器自动在钻孔内保持膨胀状态； 5) 封孔后拆除三控带压注浆装置(22)与注浆栗(23)，将封孔管(21)与瓦斯抽放管路进 行连接，通过抽采系统抽放瓦斯。
【文档编号】E21F7/00GK105863556SQ201610381702
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】孙怀亮, 王秀琴
【申请人】淮南大屯注浆工程有限公司