专利名称：用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种封堵钻孔的器具，具体涉及用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器。
背景技术：
近年来，随着煤矿生产在国家战略发展中占据越来越重的地位，煤矿采掘过程中的安全问题和效率问题成为了国家安全监管部门和煤矿管理单位的首要考虑的问题，并逐渐形成了 “先抽后采、以风定产、监测监控”的瓦斯治理方针。在煤矿采掘过程中产生的粉尘和瓦斯，对煤矿工人及煤矿采掘形成极大的危害。使用封孔器对煤矿井下掘进工作面注水或抽放瓦斯，能够有效增加煤体注水区域的水分，降低掘进过程中粉尘产生量，改善工人劳动条件，间接促使煤体松弛，提高采煤效率，同时有效排出瓦斯，保证煤矿安全生产。现阶段，按封孔器的封孔原理，可以分为水压式封孔器、气压式封孔器、推胀式封孔器、插入式封孔器、吸入式封孔器等；按封孔器的用途可分为注水用封孔器、注浆用封孔器、抽放瓦斯用封孔器、抽放瓦斯及注水用封孔器等。1)注水用封孔器此类型封孔器主要为水压式、气压式，由橡胶软管、顺序阀及快速接头等组成，根据膨胀体使用的是尼龙帘子布缠绕或钢丝增强层缠绕的橡胶管，可以选择静压或高压注水。其特点是膨胀后外径大，适用孔径范围大，存在加工长度大，抗静电性能低等缺陷。2)注浆用封孔器此类型封孔器主要为水压式，其特点是膨胀后外径大，适用孔径范围大，存在加工长度大，可承受爆破压力小，重复利用次数受限等缺陷。3)抽放瓦斯用封孔器此类型封孔器主要为水压式、推胀式或插入式，其适用孔径范围较小，可承受爆破压力小，抗静电性能要求相对较高。4)抽放瓦斯及注水用封孔器此类型封孔器主要为水压式、推胀式，其特点是可膨胀外径范围较小，存在承受爆破压力大，加工长度大，抗静电性能要求相对较高等缺陷。实际生产中，由于当前没有专门的标准作为封孔器设计、生产、检验参考，生产厂家各行其事，造成封孔器的质量参差不一，如应用较多的水力膨胀式自动封孔器存在注水停泵时会出现封孔器与钻孔壁之间漏水、注水完毕停泵后封孔器从钻孔中冲出，封孔效果不是很理想，而且市场价格偏高等缺陷。
发明内容本实用新型的发明目的是提供一种结构简单，安装使用方便，采用胀壳式的机械膨胀原理，一来使其更容易紧固，二来由于其构造具有“愈压愈紧”的特点，使封孔效果更好的用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器。为了克服现有技术的不足，本实用新型的技术方案是这样解决的一种用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器的特殊之处在于该封孔器的一带有内螺纹的搬手螺母一端与注液管一端连接，搬手螺母另一端通过垫片与带有外螺纹的空心杆体一端连接，所述的空心杆体另一端与穿入到锥形胀壳体的楔形体右端连接，所述的空心杆体外径上套入有套筒，锥形胀壳体上开有环形槽和胀槽，所述胀槽与胀槽之间连接膨胀片，所述的锥形胀壳体右端喇叭口上插入楔形体，所述的锥形胀壳体的外径上套入连接有弹性套，所述的注液管连接有阀门和压力表。
图1为本实用新型结构示意图；图2为图1的楔形体结构示意图；图3为图1的胀壳体结构示意图；图4为图1的位移量与施加压力的关系曲线图。
具体实施方式
附图为本实用新型的实施例。
以下结合附图对发明内容作进一步说明参照图1所示，用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器的该封孔器的一带有内螺纹的搬手螺母3 —端与注液管1 一端连接，搬手螺母3另一端通过垫片4与带有外螺纹的空心杆体6 —端连接，所述的空心杆体6另一端与穿入到锥形胀壳体8的楔形体13 右端连接，所述的空心杆体6外径上套入有套筒5，锥形胀壳体8上开有环形槽9和胀槽12， 所述胀槽与胀槽之间连接膨胀片10，所述的锥形胀壳体8右端喇叭口上插入楔形体13，所述的锥形胀壳体8的外径上套入连接有弹性套11，所述的注液管1连接有阀门2和压力表。所述的注液管1、空心杆体6、锥形胀壳体8、楔形体13内腔置有吸气管7。所述的弹性套为橡胶筒。所述的楔形体轴向长度为L=60mm 85mm，内管径为d为18mm 25mm，楔角为 α =5° 8°。所述的胀壳体的轴向长度为L=13mm 17mm、d=2mm 5mm。图2、图3所示为楔形体，胀壳体结构示意图。(1)楔形体现有封孔器中楔形体的尺寸为轴向长度为L= 75mm,内管径为d=20mm，楔角为 α =5°，如图2所示。(2)胀壳体胀壳体的轴向长度为L=15mm、d=2mm，胀壳体结构示意图如图3。(3)套筒及注液吸气管套筒及注液吸气管的轴向长度L随工程实际需要而定，注液吸气管的外径 d=20mm，套筒的内径应比注液吸气管的外径稍大，但应比胀壳体锥形端的外径小。(4)橡皮套单级连接时，橡皮套的原始(未发生变形)长度为120mm，厚度为3mm，内径为观讓， 弹性套可以增加摩擦力，封堵更密实，接触更牢靠。图4所示为位移量与施加压力的关系曲线图，垂直座标为压力值，水平座标为位移量，当压力不断增大到Pm=15. 7Mpa时，锥形体相对胀壳体向施加压力的方向运动25mm。
4[0032]带内螺纹的楔形体插入连接在胀壳体一端的喇叭口上，胀壳体锥形端与另一胀壳的喇叭口活动连接，在胀壳体的筒体上开有胀槽和环形槽，两端带外螺纹空心杆体穿过至少两节胀壳体内腔，外套一钢管套筒，套筒直径小于胀壳体锥形端直径和螺母直径，一端旋转连接到带内螺纹的楔形体上，另一端与螺母连接，钢管套筒长度为胀壳锥形端到空心杆体另一端螺纹处，空心杆体，套筒与胀壳体、螺母刚性连接。在胀壳体与楔形体外套一段拉紧的橡胶筒。封孔器安装完毕后，拧动螺母，拉动锚杆杆体，使楔形体与胀壳体产生相对位移， 使胀壳体膨胀开来，胀壳体上的橡胶筒与孔壁紧密接触，孔内壁产生极大的压力，在巨大的压力橡胶筒与孔壁之间产生的摩擦力足以抵抗孔内压力。巨大的压力使橡胶筒与钻孔紧密连接，起到很好的防漏作用。同时孔内压力推动楔形头往外运动，使其与胀壳体之间相对位移越来越大，对钻孔壁压力不断增大，孔壁与橡胶筒间的摩擦力更大，孔壁内孔隙收缩，防止其渗漏，同时橡胶筒与孔壁连接更紧密，达到更好的封孔效果。实施例1注液吸气管抗拉安装封孔器时，要拧动螺丝，拉紧注液吸气管，使胀壳体膨胀，因此要对其进行抗拉实验。经实验室测定，为达到抽放瓦斯的密封要求时，拉紧力大小小于钢管及注液吸气管的抗拉强度。因此，注液吸气管在实际应用中满足初始预紧力要求。封水效果实验室模拟坚硬煤体，进行封水效果测试，封孔器端头安装压力表测量注水压力.封孔器安装完毕后，开启注水阀门，调节注水压力，监测封孔器的封孔，当注水压力达到15.7Mpa时，持续10分钟未出现漏水情况，封孔效果良好。水力膨胀式自动封孔器在注水压力达到15Mpa时，持续20分钟未出现漏水或滑动情况，说明该封孔器能够满足煤层中高压注水要求。承压性能在实验室，以一钢管(L=30mm D=5mm)模拟煤壁钻孔，将封孔器从钢管一端插入25mm使锥形体相对胀壳体向外运动，使胀壳体膨胀与孔壁紧密接触，达到封孔效果。从另一端对锥形体施加压力模拟水压。当压力不断增大时，锥形体相对胀壳体向施加压力的方向运动，胀壳体膨胀量继续增大，锥形体的位移量与施加压力的关系如图4所示，当施加压力增大到Pm=15. 7Mpa时，该封孔器可以满足要求。本实用新型与现有技相比，具有以下特点(1)、构造简单，该封孔器核心部件由胀壳体和楔形头组成，结构简单，零件少，组装方便。(2)、封孔质量可靠，采用了两级或多级胀壳体串联的形式，前部胀壳体相当于后部胀壳体的楔形头，后部胀壳体同时向前部胀壳体提供推力，更有效的保证了结构的稳定。(3)、成本低廉，该封孔器由价格低廉的材料制造而成，与现有封孔器相比，成本大大降低。套筒和注液吸气管用完后可回收，多次利用。这也是该封孔器的最大优点。(4)、多用途，不仅可以用于注水封孔，还可用于注浆及瓦斯抽放封孔，现有注水封孔器难以完成黏度较大的浆体注射及瓦斯抽放，该封孔器注液吸气管与楔形体孔径相同， 孔内结构简单，注浆时不会发生堵塞现象，清理也方便。此外，在拉应力较小时，此封孔器可用作简易锚杆锚头，若拉应力较大，可将空心管换为实心管，锚固能力会大大增强。(5)封孔器的位置可以在钻孔孔深的任何位置进行安装施工，不受其它件限制， 安装速度快，在10-20秒之间。而其它封孔器只能在孔口，不能在钻孔孔深的某一位置。(6)封孔器还可以在一个钻孔孔内的不同位置安装两个或两个以上封孔器，以达到不同的科研要求目的。目前其它形式的封孔器都达不到一个钻孔孔内的不同位置安装两个或两个以上封孔器的要求。(7)封孔是针对外径是38mm 49mm钻孔进行封孔的，如果钻孔的孔径变大，还可以生产设计不同的封孔器来达到其要求的。工业性试验封孔器承载性工业实验分别在大水头煤矿、大屯煤电公司姚桥煤矿进行过涨壳锚头实验。锚固力达到5 8吨。达到现场支护要求。综上所述，改进后的机械摩擦式封孔器最大的性能优点在于其采用胀壳式的机械膨胀原理，一来使其更容易紧固，二来由于其构造本身能使其具有“愈压愈紧”的特点，使封孔效果更佳。更重要的是其简单的结构和低廉的造价也是其他封孔器所不能比拟的，所以， 使用时可不必回收其胀壳与楔形头部分，避免了水力膨胀式封孔器回收、清洗、保养所带来的麻烦。这些都有利于提高矿井生产中的工作效率，降低了劳动强度，节约了成本。另外， 根据同样的原理，该封孔器的核心部件胀壳和楔形头可用作可回收锚杆的锚头，而且这一技术已在现场试验中得到了验证。
权利要求1.一种用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器，其特征在于该封孔器的一带有内螺纹的搬手螺母(3)—端与注液管(1) 一端连接，搬手螺母(3)另一端通过垫片(4)与带有外螺纹的空心杆体(6)—端连接，所述的空心杆体(6)另一端与穿入到锥形胀壳体(8)的楔形体(13)右端连接，所述的空心杆体(6)外径上套入有套筒(5)，锥形胀壳体(8)上开有环形槽(9)和胀槽(12)，所述胀槽与胀槽之间连接膨胀片(10)，所述的锥形胀壳体(8)右端喇叭口上插入楔形体(13)，所述的锥形胀壳体(8)的外径上套入连接有弹性套(11)，所述的注液管(1)连接有阀门(2)和压力表。
2.根据权利要求1所述的一种用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器，其特征在于所述的注液管(1)、空心杆体(6)、锥形胀壳体(8)、楔形体(13)内腔置有吸气管(7)。
3.根据权利要求1所述的一种用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器，其特征在于所述的弹性套为橡胶筒。
4.根据权利要求1所述的一种用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器，其特征在于所述的楔形体轴向长度为L=60mm 85mm，内管径为d为18mm 25mm，楔角为α =5° 8°。
5.根据权利要求1所述的一种用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器，其特征在于所述的胀壳体的轴向长度为L=13mm 17mm、d=2mm 5mm。
专利摘要本实用新型公开了用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器。封孔器的一带有内螺纹螺母一端与注液管一端连接，另一端通过垫片与带有外螺纹的空心杆体一端连接，空心杆体另一端与锥形胀壳体连接，空心杆体外圆套入套筒，空心杆体与外圆套入套筒之间置有注液吸气管，锥形胀壳体上开有环形槽和胀槽，胀槽与胀槽之间连接膨胀片，锥形胀壳体右端喇叭口上插入楔形体，锥形胀壳体外径上套有弹性套，注液管连接有阀门和压力表。构造简单，该封孔器核心部件由胀壳体和楔形头组成，结构简单，组装方便，成本低廉，多用途，用于注水封孔、注浆及瓦斯抽放封孔，注浆时不会发生堵塞现象，不同位置可安装两个以上封孔器，广泛用于煤矿，地下工程等行业。
文档编号E21B33/127GK202023529SQ20112008611
公开日2011年11月2日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者李毅, 来兴平, 高喜才 申请人:西安科技大学