专利名称：下行孔测压装置及工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤矿井下瓦斯压カ封孔测定技术，属于煤炭技术领域。
背景技术：
煤层瓦斯压カ是煤层基本瓦斯參数之一，它对于研究分析煤与瓦斯突出危险性、 矿井瓦斯涌出治理、矿井瓦斯抽放等具有重要的实际意义。在瓦斯防治实践过程中，已经开发出多种瓦斯压カ測定装置与エ艺，但都存在測定时间长、可靠性差且对上行穿层钻孔效果较好，下行钻孔效果差特点，现有的测压封孔技术手段表明，仍存在许多问题，尤其在煤矿井下测压地点不满足上行孔的条件下，下行孔的瓦斯压カ測定具有一定难度。
发明内容
本发明的目的在于针对煤矿井下瓦斯压カ测定技术不足，提供ー种快速、准确的封孔装置及方法，应用于下行穿层钻孔瓦斯压カ准确測定。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案测压钻孔结构特点是在被测区域施工开ロ大直径，然后变径漏斗式钻孔，终孔位置要超过煤层底板，并留置钻屑沉淀室；封孔装置的结构特点是在测压钻孔中设置瓦斯导管，瓦斯导管前端设置第一圆形档板，档板之上设置绵砂缠绕的第一膨胀材料，其上设置砂石层；瓦斯导管外周与钻孔孔壁之间形成水泥砂浆的封闭结构，包括位于第一档板固结的聚氨酯封孔段，第一档板至孔ロ第二档板的水泥砂浆封固段，第二档板和第二膨胀材料固结的聚氨酯封孔段；第一档板下部的瓦斯导管为透气花管；设置平行于测压管的临时聚胺酯注浆管，所述聚氨酯一端位于第一档板绵砂处，另一端位于测压孔孔以外，注完聚氨酯拆除；测压管连接三通阀门一端，所述三通阀门一端连接排水泄压阀，另一端通过压カ阀门连接压カ表。由上述技术方案可知，本发明在测压管孔ロ端设置压カ阀门，钻孔施工成漏斗型变径钻孔，测压管前段圆形档板放置于钻孔变径台阶上，第一、第二档板配合聚氨酯膨胀材料形成高压密封注浆段，有效防止封孔材料漏液；钻孔设计了钻屑沉淀室，保证测压室不被堵塞，实现对测压钻孔有效封孔，保证由于水泥砂浆沉淀导致封孔长度不足缺陷，达到准确測定瓦斯压カ目的，在井下操作便利，方法简单有效。
图I为本发明中钻孔施工结构2为本发明中测压管结构示意3为本发明中下行孔测压装备图附图标记说明I-钻孔2-钻孔变径台阶 3-煤层4-沉淀室5-透气孔6-第一圆形档板 7-外螺纹8-测压花管
9-测压管10-膨胀材料13-另ー膨胀材料14-回浆管17-精密压カ表18-三通21-注浆室22-沉淀岩屑
11-砂石层12-第二圆形档板 15-排水减压阀16-压カ阀
19-球型阀20-注浆管 23-测压室
具体实施例方式以下通过具体实施例和附图对本发明的技术装置、エ艺进ー步详细描述。实施例參见图I为钻孔结构示意图，煤矿井下下行孔测压钻孔结构特征是，先施 エ直径0 108mm的钻孔，在距测定煤层I 2m位置停止钻进，改用0 75mm钻头继续钻进至煤层底板3 4m停钻，冲洗钻孔，排净钻孔中的水，完成测压钻孔施工。图2为下行孔测压管实施结构示意图，正如图所示测压管采用直径4英寸镀锌铁管(エ业标准DN15)，每根长2m (便于井下携帯和安装)，ニ端外螺纹长15mm，用外接管箍连接；测压共管第一圆形档板0 105mm，安装位置距透气孔端I. 5m，透气孔C 5mm，在透气孔端用钢窗砂网进行包裹。图 3封孔装置主要包括第一圆形档板6焊接在测压花管8上(具体位置可以根据实际情况进行调整)，测压管9通过螺纹与测压花管8相连，膨胀材料10、砂石层11、注浆管20、回浆管 14、孔ロ第二档板12、三通18、压カ阀门16，测压管依次贯穿孔ロ膨胀材料13、第二圆形档板12、膨胀材料10、砂石层11，孔ロ出露端连接三通18 —端，三通另外ニ个接ロ连接排水减阀门15和压カ阀16，压カ阀16接高精密压カ表17。其中第一圆形档板6上边放置棉纱， 膨胀材料使用聚氨酯密封，上边铺设砂石层11，圆形档板厚度为大于3_的钢板，在实际应用上圆形档板直径可以略小于钻孔直径，以安装方便为原则。注浆管19和回浆管14和测压管材料、直径相同，其长度应根据实际钻孔深度决定，但是注浆管19要长于回浆管14，共同焊接在第二圆形档板12上，在注浆过程中，若有浆从回浆管14溢出，则判断注浆基本己满。在具体实施中，可以包括第一膨胀材料10，先在绵砂上浇注聚氨酯液体A，测压管 9连同测压花管8携带绵砂放入钻孔，圆形档板6放置于钻孔台阶2上，从孔ロ用临时塑料管吹入聚氨酯液体B至绵砂位置,ニ种液体混合发泡膨胀，IOmin后放入砂石大概100mm。封孔过程中，首先形成固化的聚氨酯密封段10和砂石层过滤段11，然后采用注浆泵通过高压注浆管19注入水泥砂浆(其配比水泥细砂为I : I. 25，加入12%的石膏或适量膨胀剂为防止水泥收缩形成裂隙而漏气)形成注浆密封段21，在注浆过程中，回浆管有返浆时即关闭回浆管阀门，再进行带压注浆，保证注浆压カ达到3 4MPa，使水泥砂浆液可以渗入钻孔的煤岩壁，可以有效提闻封孔效果。注浆完成后，煤层中的瓦斯通过测压室23中的测压花管透气孔5，以测压管8为通道来測定钻孔内的瓦斯压力，瓦斯压カ的上升需要ー个缓慢过程，才能达到原始平衡瓦斯压力，在压カ恢复过程中，如果煤层中有水或导通含水层，则测压室中会充满水，压カ表17 所表现出的压カ就是水和瓦斯气体的共同压力，为了保证煤层瓦斯压カ测试准确性，要拧开排水减压阀15进行放水后再进行瓦斯压カ測定。在本实施例上述方案中，本发明首次对钻孔结构设计为变径漏斗式孔体，钻孔底部设置了钻屑沉淀室，在下行孔封孔中采用圆形档板+膨胀材料+砂石层+水泥砂浆+孔ロ 圆形档板+膨胀材料方式进行封孔，可以有效減少注浆过程中水泥砂浆向测压室漏失量，采用双密封档板封闭的注浆窒可以提高注浆压力，对孔壁裂隙起到渗入密封。在测压室预留岩屑沉淀室，能够有效保证测压室不被堵塞，实现了煤层瓦斯压カ的准确測定，该装置具备结构简单，成本低，井下操作方便，易安装的特点。
权利要求
1.ー种下行孔封孔测压装置及エ艺，其特征是测压钻孔设计成变径漏斗式孔体，孔底端留置3-4m钻屑沉淀室；在被测区域的测压钻孔中设置测压花管8，第一圆形档板上部设置第一膨胀材料，膨胀材料之上设置砂石层11，第二圆形档板12之上设置第二膨胀材料13 ；测压管9连接测压花管8依次贯穿第一档板6、第一膨胀材料10、砂石层11、第二圆形形档板12、第二膨胀材料13 ;测压花管8设置透气孔5，测压管孔ロ端接三通18，所述三通一端接压カ阀接精密压カ表17，另一端接排水减压阀15，第一圆形档板放置于钻孔台阶2 上。
2.根据权利I要求所述的下行孔封孔测压装置，其特征是高压注浆管20和回浆管14 的外端分别设置球形阀门19，一端出露第二膨胀材料之外，另一端位于第二圆形档板之下， 其中注浆管2倍于回浆管长度。
3.根据权利I或2要求的下行孔封孔测压装置，其特征是第一、第二圆形档板，至少 3mm以上的钢板,直径小于开孔直径5 10mm。
4.根据权利I或2要求的下行孔封孔测压装置，其特征还在于第一、第二膨胀材料封孔段高度不小于200mm，材料均为棉砂加上发泡聚氨脂。
5.根据权利I或2要求的下行孔封孔测压装置，其特征在于所述的测压注浆管和回浆管、测压管，均为4英分镀锌铁管或4英分钢管。
全文摘要
一种煤矿井下下行钻孔封孔装置及工艺。包括变径漏斗式钻孔和钻屑沉淀室；测压花管，在测压花管上设置前档板和透气孔；测压管，依次贯穿前档板、膨胀材料、绵砂、砂石、孔口膨胀材料；测压管超出孔口部分安装高精度压力表；注浆管与回浆管，依次贯穿孔口膨胀材料，本装置在下行孔封孔中采用圆形档板+膨胀材料+砂石+水泥砂浆+膨胀材料+孔口密封档板方式进行封孔，可以有效减少注浆过程中水泥砂浆向测压室漏失量，采用双密封档板封闭的注浆室可以提高注浆压力，对孔壁裂隙起到渗入密封。在测压室预留岩屑沉淀室，能够有效保证测压室不被堵塞，实现了煤层瓦斯压力的准确测定，该装置具备结构简单，成本低，井下操作方便，易安装的特点。
文档编号E21B47/06GK102606143SQ20111002476
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者倪小明, 刘高峰, 吕闰生, 张子戌, 袁军伟 申请人:河南理工大学