本发明涉及煤矿井下煤层瓦斯抽采钻孔封孔的技术领域，尤其涉及一种煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置及方法。
背景技术：
我国是世界上煤层瓦斯资源最丰富的国家之一，由于我国煤炭资源赋存条件非常复杂，造成了煤层瓦斯赋存的复杂性，使我国成为世界上煤矿瓦斯灾害最为严重的国家之一。防治瓦斯事故的最主要手段就是对煤体进行钻孔抽采。通过对现有封孔技术调查与研究，当前国内外采用的封孔技术主要有聚氨酯等材料式封孔、封孔器封孔、“两堵一注”封孔及二次封孔等，现有技术从理论上分析均能满足钻孔瓦斯抽采要求。但通过实际调研和统计我国瓦斯抽采浓度平均不到20％，约有65％的回采工作面瓦斯抽采钻孔的预抽瓦斯浓度低于30％。目前我国许多矿井的瓦斯抽采率和瓦斯抽采浓度仍然达到国家标准要求，且抽采负压也普遍较低，当提高抽采负压时抽出的瓦斯浓度随之降低。这充分反映了抽放钻孔密封质量差的现状，间接反映上述封孔方式存在一定的局限性及效果的不理想。通过分析知现有封孔技术整体存在操作工艺复杂、劳动强度大、封孔不到位等问题，在施工过程中远不能达到理论的封孔工艺要求，尤其在进行封孔液注入时必须借助外动力设备，进一步增加了成本、劳动量及操作难度。另外现有的封孔装置主要采用“两堵一注”的封孔工艺，其整体封孔液与封孔装置仍为分离状态，操作要求高，外力设备提供注入压力增加了施工复杂性，现场很难达到理论封孔要求，造成瓦斯抽采效果差。因此，亟需在保证封孔效果的前提下，力求简便、快捷、稳定、经济、低劳动量的在井下完成瓦斯抽采钻孔的封孔装置。
为此，本发明的设计者根据上述封孔工艺及方法存在的问题，通过深入研究和设计，结合多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置及方法，以克服上述缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置及方法，其集封孔液、封堵头与抽采管于一体，结构简单，操作方便，效果更加，适用更为广泛。
为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置，包括瓦斯抽采管、封孔导流花管、旋转搅拌器、旋混控制拉绳、前囊袋和后囊袋，其特征在于：
所述封孔导流花管为中空管，所述瓦斯抽采管贯穿于封孔导流花管内，且两者之间形成圆环状的容置空间，所述容置空间中设有封孔液隔层，从而将圆环形的容置空间分隔成两个部分，以分别装入a类封孔液和b类封孔液，所述瓦斯抽采管的外缘上间隔设置有旋转搅拌器，各旋转搅拌器通过旋混控制拉绳整体连接，所述旋混控制拉绳从瓦斯抽采管与封孔导流管之间穿出。
其中：所述瓦斯抽采管的外周缘上设有环形螺旋轨道，所述旋转搅拌器套合于瓦斯抽采管，所述旋转搅拌器包含两端的定子和位于定子之间的转子，所述转子可转动的设置于两端的定子之间，且所述转子的内缘设有与环形螺旋轨道相适配圆形滚球，定子上设有拉绳固定孔以供旋混控制拉绳固定，所述转子的外周缘设有多条螺旋搅拌叶片。在旋混控制拉绳的抽拉作用下，两定子发生水平移动，转子通过内置的圆形滚球在设置有环形螺旋轨道的瓦斯抽采管上进行旋转移动。在旋转搅拌片旋转运动过程中，切破封孔液隔层，促使a、b类两种封孔液均匀混合发生反应，膨胀压力及释放的热量促使花管孔眼内置薄膜破裂，形成导流封孔料到煤层孔壁的通道，促使反应的封孔料通过通道达到孔壁，完成封孔。
其中：所述环形螺旋轨道的螺距为保证旋转搅拌器每运动1m旋转10圈及以上以有效提高旋转速度和搅拌效果。
其中：所述封孔导流花管的表面布满有阵列状孔隙的pe管，所述封孔导流花管的阵列状孔隙的内侧设有封孔薄膜从而在初始状态下所述封孔导流花管通过封孔薄膜对封孔料实现密封。
其中：所述封孔导流花管在前囊袋和后囊袋的对应位置两侧设有密封隔层，从而在封孔导流花管内形成前囊袋和后囊袋的单独空间，在所述单独空间内设有改性后的a类封孔液和b类封孔液，并通过分隔层实现初始状态下的分隔，在所述单独空间内也设有一旋转搅拌器，以在旋混控制拉绳的抽拉下，带动旋转搅拌器发生旋转搅拌，切破分隔层，导致a类和b类封孔液混合发生膨胀反应，促使前囊袋和后囊袋实现快速膨胀功能。
其中：所述改性后的a类封孔液和b类封孔液反应时间较快，在10～15s之间，膨胀倍数为20倍，40s左右完成凝固，实现封堵头的作用；封孔导流花管内的a类封孔液、b类封孔液反应时间较慢，在180～300s之间，膨胀倍数为15倍，强度要高于改性后的a类封孔液和b类封孔液。
其中：所述前囊袋和后囊袋包含两侧垂直延伸的连接板以及从两侧连接板的端部之间设置的伸缩囊，所述伸缩囊通过弹性材质制成从而保证了前囊袋和后囊袋的强度和封堵效果。
还公开了一种煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔方法，其具体的操作步骤是：
步骤一：通过数值模拟分析，结合施工钻孔的窥视镜的观察，确定钻孔卸压破坏区、塑性区、弹性区范围界线，确定封孔始封孔深度，并根据煤层内钻孔所需封孔深度确定所需长度，并根据所述长度拼接如上所述的煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置；
步骤二：拼接完成后下入钻孔，到达孔内指定位置后，抽拉旋混控制拉绳，带动旋转搅拌器发生旋转并切破分隔层，促使封孔导流花管和前后囊袋内的a类封孔液、b类封孔液均匀混合，并顺利发生膨胀反应；
步骤三：等待封孔液膨胀反应完全凝固后，完成封孔；
步骤四；等待封孔料固结10分钟后，将瓦斯抽采管10与抽放管路进行连接，完成封孔工作并进行抽采操作。
其中：在步骤三中，当前后囊袋内放置改性的a类封孔液、b类封孔液后，等待40s后，前后囊袋内封孔液完全凝固，实现两端封堵堵头作用，在180～300s后封孔导流花管6内的a类封孔液、b类封孔液均匀混合发生反应，并通过膨胀压力进入煤层的裂隙，完成整个封孔。
通过上述结构可知，本发明的煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置及方法具有如下效果：
1.本发明的煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置，不再使用封孔料的外部混合和注浆操作，省去了人力搅拌和封孔注浆设备，简化了封孔工艺操作，降低了劳动成本；
2.本发明的快速封孔装置，实现了小直径短节拼接，可以简单顺利的将装置送至封孔指定位置，并可根据封孔长度需要，计算短节数目，进行拼接，解决了现有a、b类封孔液封孔位置不到位，长度难控制的问题；
3.本发明封孔装置，通过自制的旋转搅拌器和抽采管环形轨道，实现了随着拉绳的水平抽动，定子发生水平运动带动动子自由旋转切破封孔料隔层的功能，促使装置封孔料完成均匀混合和自我膨胀完成封孔，简化了封孔工艺操作，降低了劳动强度，并保证封孔料搅拌的均匀性，确保了封孔效果；
4.本发明中设置的封孔导流花管，即能够满足在进行旋混控制拉绳抽动前存封存孔料的功能，又能通过膨胀压力及释放的热量促使花管孔眼内置薄膜破裂完成实体模式与花管模式的切换，实现导流封孔液到煤壁，封孔液通过膨胀压力进入煤层裂隙，完成封孔的作用。
5.本发明根据功能需求对所使用的a、b类封孔液进行了改性，保证了堵头的实现，并提高了其封孔强度，严格控制了两种封孔料的膨胀反应时间间隔；该发明装置实现了封堵头、瓦斯抽采管及封孔液于一体的功能，降低了封孔劳动强度及工艺复杂性，并在15min之内完成封孔，提高了封孔效率及效果。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1为本发明的封孔装置组装后送入钻孔后工作的剖面示意图。
图2为本发明中图1的横向剖示图。
图3为本发明中封孔导流花管的整体结构示意图。
图4为本发明中封孔导流花管中薄膜密封示意图。
图5为本发明中旋转搅拌器与瓦斯抽采管连接的示意图。
图6为本发明中旋转搅拌器的结构示意图。
附图标记：
1.旋混控制拉绳，2.后囊袋，3.a类封孔液，4.b类封孔液，5.钻孔，6.封孔导流花管，7.旋转搅拌器，8.前囊袋，9.密封隔层，10.瓦斯抽采管，11.抽采室，12.煤层，13.封孔液隔层，14.拉绳固定孔，15.定子，16.转子，17.环形螺旋轨道，18.搅拌叶片。
具体实施方式
参见图1至图6，显示了本发明的煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置及方法。
所述煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置包括瓦斯抽采管10、封孔导流花管6、旋转搅拌器7、a类封孔液3、b类封孔液4、旋混控制拉绳1、前囊袋8和后囊袋2，其中，所述封孔导流花管为中空管，所述瓦斯抽采管10贯穿于封孔导流花管6内，且两者之间形成圆环状的容置空间，所述容置空间中设有封孔液隔层13，从而将圆环形的容置空间分隔成两个部分，以分别装入a类封孔液3和b类封孔液4，参见图2，所述a类封孔液3和b类封孔液4通过封孔液隔层13实现初始状态下的分隔，所述瓦斯抽采管10的外缘上每隔1.5m设置有一个旋转搅拌器7，各所述旋转搅拌器7通过旋混控制拉绳1整体连接，所述旋混控制拉绳1从瓦斯抽采管10与封孔导流管6之间穿出，由此，当本发明的装置按照封孔设计送至钻孔5的指定位置，并达到设计长度后，通过旋混控制拉绳1的抽拉对旋转搅拌器7发生水平位移和自由旋转操作，从而带动a、b类封孔液均匀混合，并发生膨胀反应。
所述瓦斯抽采管10的外周缘上设有环形螺旋轨道17，所述旋转搅拌器7套合于瓦斯抽采管10，参见图5和图6，所述旋转搅拌器7包含两端的定子15和位于定子之间的转子16，所述转子16可转动的设置于两端的定子15之间，且所述转子16的内缘设有与环形螺旋轨道17相适配的圆形滚球，从而旋转搅拌器7的转子16能通过环形螺旋轨道17在瓦斯抽采管10上进行螺旋的前后移动，进而带动旋转搅拌器7进行前后移动，所述定子15上设有拉绳固定孔14以供旋混控制拉绳1固定，所述转子16的外周缘设有多条螺旋设置的搅拌叶片18，由此，当旋混控制拉绳1进行抽拉时，定子15发生水平位移，而转子16发生旋转位移，转子16通过内置的圆形滚球在设置有环形螺旋轨道的瓦斯抽采管上进行旋转移动，在旋转搅拌片旋转运动过程中，切破封孔液隔13，促使a、b类两种封孔液3、4均匀混合发生反应，膨胀压力及释放的热量促使花管孔眼内置薄膜破裂，形成导流封孔料到煤层孔壁的通道，促使反应的封孔料通过通道达到孔壁，完成封孔，这种结构设置，即保证了整个装置搅拌的稳定性，还实现了搅拌的更加均匀和快速，且双定子可以保证每个封孔短节连接后，相邻旋转搅拌器同步旋转移动。
所述环形螺旋轨道17的螺距可保证旋转搅拌器7每运动1m旋转10圈及以上，以有效提高旋转速度和搅拌效果。
其中，所述封孔导流花管6的表面布满有阵列状孔隙的pe管(参见图3)，其为两个半圆式花管经过热熔处理而获得，所述封孔导流花管6的阵列状孔隙的内侧设有封孔薄膜，从而在初始状态下，所述封孔导流花管6通过封孔薄膜对封孔料实现密封(参见图4)，而在旋混控制拉绳1的拉动下，带动旋转搅拌器7旋转移动后，利用搅拌叶片18的搅拌的作用，促使a类封孔液3和b类封孔液4均匀混合发生反应，由于膨胀压力及释放的热量促使封孔导流花管6内置的封孔薄膜破裂，形成导流封孔料的通道，从而封孔导流花管6处于打开状态，混合后的封孔料能快速的从封孔导流花管6向外溢出并进行封孔操作，这种结构控制更加简单实用，既节约成本，又能实现精确控制，保证封孔料的均匀反应，确保封孔效果。
其中，本发明的旋混控制拉绳1能实现了简单手动抽拉，促使旋转搅拌器7旋转隔断封孔料隔层，并带动a类封孔液3、b类封孔液4均匀混合和顺利发生反应，本领域技术人员可以理解的是，也可通过电动、液动驱动装置实现旋混控制拉绳1的抽拉。
装置为短节可拼接型，在具体实施时，可预先根据钻孔的封孔深度确定具体的短节数目，进行分短节送入孔内指定位置，其单节连接主要靠封孔导流花管6上的螺纹结构进行相互短节之间的拧紧来实现。封孔导流花管6在旋混控制拉绳1的抽拉前，处于实体密封状态，a类封孔液3及b类封孔液4在分隔层13封隔作用下稳定的处于封孔导流花管6与瓦斯抽采管10组成的容置空间内；通过旋混控制拉绳1的抽拉，带动旋转搅拌器7发生旋转，切破分隔层13后实现准确快速的混合。
其中，还设有前囊袋8和后囊袋2的两个封孔囊袋，两个囊袋主要实现封孔两端堵头的作用，所述前囊袋8和后囊袋2为弹性材料制成，且所述前囊袋8和后囊袋2设置于封孔导流花管6外缘的前后端，从而在a类封孔液3及b类封孔液4混合反应后进入前囊袋8和后囊袋2，促使前囊袋8和后囊袋2实现快速膨胀功能，形成封孔装置两端封堵头。
优选的是，所述封孔导流花管6在前囊袋8和后囊袋2的对应位置两侧设有密封隔层9，从而在封孔导流花管6内形成前囊袋8和后囊袋2的单独空间，在所述单独空间内也设有改性后的a类封孔液和b类封孔液，并可同样通过分隔层实现初始状态下的分隔，在所述单独空间内也可设有一旋转搅拌器7，以在旋混控制拉绳1的抽拉下，带动旋转搅拌器7发生旋转搅拌，切破分隔层，促使前囊袋8和后囊袋2实现快速膨胀功能，40s内促使封孔囊袋形成封孔装置两端封堵头。
其中，所述前囊袋8和后囊袋2的结构可包含两侧垂直延伸的连接板以及从两侧连接板的端部之间设置的伸缩囊，所述伸缩囊通过弹性材质制成，从而保证了前囊袋8和后囊袋2的强度和封堵效果。
优选的是，所述改性后的a类封孔液和b类封孔液反应时间较快，在10～15s之间，膨胀倍数为20倍，40s左右完成凝固，实现封堵头的作用；封孔导流花管内的a类封孔液3、b类封孔液4反应时间较慢，在180～300s之间，膨胀倍数为15倍，强度要高于改性后的a类封孔液和b类封孔液；这样保证了在旋混控制拉绳1的抽拉后，封孔导流花管6切换成花管模式前，顺利形成封孔两端堵头，以免发生封孔液向孔内外流的现象，导致径向压力降低，影响封孔效果。
当旋混控制拉绳1的抽拉后，封孔料反应的膨胀压力及释放的热量促使封孔导流花管6的孔眼内置薄膜破裂切换为打开的花管模式，导流发生反应的封孔液至煤壁，并通过膨胀压力进入煤层裂隙中，完成封孔；最后需要将瓦斯抽采管10与煤矿井下瓦斯抽放管路连接，进行瓦斯抽采。
根据上述结构，本发明还提供了一种煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔方法，其具体的操作步骤是：
步骤一：通过数值模拟分析，结合施工钻孔的窥视镜的观察，确定钻孔卸压破坏区、塑性区、弹性区范围界线，确定封孔始封孔深度，并根据煤层12内钻孔5所需封孔深度确定所需长度，并根据所述长度进行拼接(短节每节长1.5m)；
步骤二：拼接完成后下入钻孔，到达孔内指定位置后，抽拉旋混控制拉绳1，带动旋转搅拌器7发生旋转并切破分隔层，促使封孔导流花管6和/或前后囊袋内的a类封孔液、b类封孔液均匀混合，并顺利发生膨胀反应；
步骤三：等待封孔液膨胀反应完全凝固后，完成封孔；
优选的是，在采用前后囊袋内放置改性的a类封孔液、b类封孔液后，可等待待40s后，前后囊袋内封孔液完全凝固，实现两端封堵堵头作用，在180～300s后封孔导流花管6内的a类封孔液、b类封孔液均匀混合发生反应，膨胀压力及释放的热量促使封孔导流花管6孔眼内置薄膜破裂切换为打开的花管通道模式，导流混合后的a、b类封孔料膨胀至煤壁，并通过膨胀压力进入煤层12的裂隙，完成整个封孔；
步骤四；等待封孔料固结10分钟后，将瓦斯抽采管10与抽放管路进行连接，完成封孔工作并进行抽采操作。
通过上述结构可知，本发明的煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置及使用方法具有如下效果：
1.本发明的煤矿井下旋混自胀式瓦斯抽采钻孔快速封孔装置，不再使用封孔料的外部混合和注浆操作，省去了人力搅拌和封孔注浆设备，简化了封孔工艺操作，降低了劳动成本；
2.本发明的快速封孔装置，实现了小直径短节拼接，可以简单顺利的将装置送至封孔指定位置，并可根据封孔长度需要，计算短节数目，进行拼接，解决了现有a、b类封孔液封孔位置不到位，长度难控制的问题；
3.本发明封孔装置，通过自制的旋转搅拌器和抽采管环形轨道，实现了随着拉绳的水平抽动，定子发生水平运动带动动子自由旋转切破封孔料隔层的功能，促使装置封孔料完成均匀混合和自我膨胀完成封孔，简化了封孔工艺操作，降低了劳动强度，并保证封孔料搅拌的均匀性，确保了封孔效果；
4.本发明中设置的花管，即能够满足在进行旋混控制拉绳抽动前存储封孔料的功能，又能通过膨胀压力及释放的热量促使花管孔眼内置薄膜破裂完成实体模式与花管模式的切换，实现导流封孔液到煤壁，封孔液通过膨胀压力进入煤层裂隙，完成封孔的作用。
5.本发明根据功能需求对所使用的a、b类封孔液进行了改性，保证了堵头的实现，并提高了其封孔强度，严格控制了两种封孔料的膨胀反应时间间隔；该发明装置实现了封堵头、瓦斯抽采管及封孔液于一体的功能，降低了封孔劳动强度及工艺复杂性，并在15min之内完成封孔，提高了封孔效率及效果。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。