一种环形孔封堵补注多功能瓦斯抽釆封孔装置

1.本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种环形孔封堵补注多功能瓦斯抽釆封孔装置，用于在煤矿井下本煤层钻孔形成之后的注浆封孔、补浆堵漏、注水降尘等方面。


背景技术：

2.煤矿井下本煤层瓦斯抽采是解决煤矿瓦斯安全问题的主要手段，在本煤层瓦斯抽采钻孔封孔中，现在所用的封孔器存在抗压强度较低，封孔后后期由于巷道变形，应力集中区域向巷道深部转移引起钻孔变形，轻者引起抽采钻孔漏气，重者直接压扁抽采管造成只有浓度没有流量。有的矿井采取关闭抽采钻孔来处理钻孔漏气，有的直接在此沿着钻孔位置用钻机打碎原有的封孔装置和封孔段再次封孔，如此循环，不但直接影响了后期的瓦斯抽采效率和抽采浓度，而且增加了大量的劳动工作量和资金成本。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中的不足之处，本发明提供一种操作简便、发现漏气可马上进一步封孔、施工成本低、劳动量小的环形孔封堵补注多功能瓦斯抽釆封孔装置。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种环形孔封堵补注多功能瓦斯抽釆封孔装置，包括长度方向沿前后方向设置的抽采管，抽采管上间隔设有若干个均呈圆筒状的封孔胎囊，抽采管上在每个封孔胎囊两端均固定套设有一个环形孔注浆端头，封孔胎囊前后两端均通过柔性橡胶紧箍固定连接在对应的环形孔注浆端头外圆上；最前侧的一个封孔胎囊两端的环形孔注浆端头内穿设有若干根注浆管, 所有的注浆管且沿抽采管中心线圆周阵列布置,其中有一半的注浆管的后端出浆口分别伸入到相邻两个封孔胎囊之间的位置,另一半的注浆管的后端出浆口封闭且分别在封孔胎囊内均开设有注浆孔。
5.封孔胎囊设有四个，每个封孔胎囊前后两端均一体设有套管；环形孔注浆端头设有八个，八个环形孔注浆端头内圆套在抽采管外圆并通过胶液粘结固定，套管内圆套在环形孔注浆端头外圆并通过胶液粘结固定，柔性橡胶紧箍紧固在套管外圆上；设定封孔胎囊由前到后依次为第一封孔胎囊、第二封孔胎囊、第三封孔胎囊和第四封孔胎囊；设定环形孔注浆端头由前到后依次为第一环形孔注浆端头、第二环形孔注浆端头、第三环形孔注浆端头、第四环形孔注浆端头、第五环形孔注浆端头、第六环形孔注浆端头、第七环形孔注浆端头和第八环形孔注浆端头。
6.第一环形孔注浆端头和第二环形孔注浆端头上均开设有六个第一插孔，第三环形孔注浆端头上开设有五个第二插孔，第四环形孔注浆端头上开设有一个第一盲孔和四个第三插孔，第五环形孔注浆端头上开设有三个第四插孔，第六环形孔注浆端头上开设有一个第二盲孔和两个第五插孔，第七环形孔注浆端头上开设有一个第六插孔，第八环形孔注浆
端头上开设有一个第三盲孔；注浆管设有六根，六根注浆管均平行于抽采管，第一根注浆管由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头的一个第一插孔、第一封孔胎囊、第二环形孔注浆端头一个第一插孔、第三环形孔注浆端头一个第二插孔、第二封孔胎囊后伸入密封到第四环形孔注浆端头上的第一盲孔内；第二根注浆管由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头的一个第一插孔、第一封孔胎囊、第二环形孔注浆端头的一个第一插孔后伸入到第一封孔胎囊与第二封孔胎囊之间的位置；第三根注浆管由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头的一个第一插孔、第一封孔胎囊、第二环形孔注浆端头的一个第一插孔、第三环形孔注浆端头的一个第二插孔、第二封孔胎囊、第四环形孔注浆端头的一个第三插孔、第五环形孔注浆端头上的一个第四插孔、第三封孔胎囊后伸入密封到第六环形孔注浆端头上的第二盲孔内；第四根注浆管由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头的一个第一插孔、第一封孔胎囊、第二环形孔注浆端头的一个第一插孔、第三环形孔注浆端头的一个第二插孔、第二封孔胎囊、第四环形孔注浆端头的一个第三插孔后伸入到第二封孔胎囊与第三封孔胎囊之间的位置；第五根注浆管由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头的一个第一插孔、第一封孔胎囊、第二环形孔注浆端头的一个第一插孔、第三环形孔注浆端头的一个第二插孔、第二封孔胎囊、第四环形孔注浆端头的一个第三插孔、第五环形孔注浆端头的一个第四插孔、第三封孔胎囊、第六环形孔注浆端头的一个第五插孔、第七环形孔注浆端头上的第六插孔、第四封孔胎囊后伸入密封到第八环形孔注浆端头上的第三盲孔内；第六根注浆管由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头的一个第一插孔、第一封孔胎囊、第二环形孔注浆端头的一个第一插孔、第三环形孔注浆端头的一个第二插孔、第二封孔胎囊、第四环形孔注浆端头的一个第三插孔、第五环形孔注浆端头的一个第四插孔、第三封孔胎囊、第六环形孔注浆端头的一个第五插孔后伸入到第三封孔胎囊与第四封孔胎囊之间的位置。
7.第一根注浆管上的注浆孔设置在第一封孔胎囊和第二封孔胎囊内部，第三根注浆管上的注浆孔设置在第三封孔胎囊内部，第五根注浆管上的注浆孔设置在第四封孔胎囊内部；第一根注浆管、第三根注浆管、第五根注浆管上的注浆孔和第二根注浆管、第四根注浆管、第六根注浆管的后端出浆口均设有单向阀。
8.注浆管外圆与对应接触的环形孔注浆端头的插孔均通过胶粘密封连接。
9.采用上述技术方案，在现场进行封孔作业时，本发明的具体工作过程为：（1）在四个封孔胎囊前后两端的套管内圆均安装环形孔注浆端头，并通过胶粘和柔性橡胶紧箍固定为一体，形成四个封孔组件；（2）将四个封孔组件，即四个安装有环形孔注浆端头的封孔胎囊逐个穿套固定到抽采管上，然后将六根注浆管插入到对应的插孔和/或盲孔内，组装成封孔装置；（3）将组装好的封孔装置沿煤层钻孔自前向后插入到预定的封孔深度；（4）搅拌好注浆液，向封孔装置内部进行注浆对钻孔进行初步封孔；
（5）通过抽采管后端与抽采系统管路连接，开始正常的瓦斯抽采，瓦斯由抽采孔内被抽出；（6）在抽采周期内，如发现钻孔变形、钻孔内瓦斯浓度显著降低现象，可能是巷道高应力区域向深部转移引起抽采钻孔漏气，进一步对封孔装置内部进行注浆封孔作业；（7）在瓦斯抽采作业结束，采煤机采煤之前，通过抽采管的抽采孔向煤体内高压注水，起到浸润煤体，这样煤体稳定性不但有所提高，还能在采煤过程中起到降尘作用。
10.步骤（2）具体为：先将抽采管由前到后逐个穿过环形孔注浆端头的中心孔，同时抽采管也依次穿过四个封孔胎囊；调节相邻两个封孔组件的距离符合封孔要求，再旋转四个封孔组件，使各个环形孔注浆端头上的插孔与插孔、插孔和盲孔一一对应，然后在对应的穿孔和盲孔内穿入六根注浆管，最后使用胶液将环形孔注浆端头内圆与抽采管外圆粘接为一体。
11.步骤（4）具体为：将注浆泵的出口连接第一根注浆管的前端口，开启注浆泵，浆液通过第一封孔胎囊内的一个单向阀和第二封孔胎囊内的一个单向阀排出浆液，第一封孔胎囊和第二封孔胎囊膨胀，膨胀后的第一封孔胎囊和第二封孔胎囊外圆与钻孔的孔壁压接，将钻孔封闭，待注浆泵上压力表的显示值达到预定压力时，关闭注浆泵停止向第一封孔胎囊和第二封孔胎囊内注浆；接着将注浆泵的出口连接第二根注浆管的前端口，开启注浆泵，浆液开始向位于第一封孔胎囊和第二封孔胎囊之间的空腔进行注浆，浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，凝固后可进一步提高封孔效果，直到浆液充满该空腔，同时浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，完成注浆，初步封孔作业完成。
12.步骤（6）中进一步对封孔装置内部进行注浆封孔作业的具体过程为：将注浆泵的出口连接第三根注浆管的前端口，开启注浆泵，浆液通过第三封孔胎囊内的一个单向阀排出浆液，第三封孔胎囊膨胀，膨胀后的第三封孔胎囊外圆与钻孔的孔壁压接，待注浆泵上压力表的显示值达到预定压力时，关闭注浆泵停止向第三封孔胎囊内注浆；然后将注浆泵的出口连接第四根注浆管的前端口，开启注浆泵，浆液开始向位于第二封孔胎囊和第三封孔胎囊之间的空腔进行注浆，浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，凝固后可进一步提高封孔效果，直到浆液充满该空腔，同时浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，观察注浆泵上压力表的值变化情况，如压力能稳定在预定值，说明第三封孔胎囊周围还没有出现太大裂隙，此时注浆可以封堵钻孔；如出现不能保压的情况，说明第三封孔胎囊已经处于高应力区域钻孔周围煤体破碎，此时需要将注浆泵连接第五根注浆管，开启注浆泵，浆液通过第四封孔胎囊内的一个单向阀排出浆液，第四封孔胎囊膨胀，膨胀后的第四封孔胎囊外圆与钻孔的孔壁压接，待注浆泵上压力表的显示值达到预定压力时，关闭注浆泵停止向第四封孔胎囊内注浆；然后将注浆泵的出口连接第六根注浆管的前端口，开启注浆泵，浆液开始向位于第三封孔胎囊和第四封孔胎囊之间的空腔进行注浆，浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，凝固后可进一步提高封孔效果，直到浆液充满该空腔，同时浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，直至到达预定注浆压力可以停止注浆，完成最后的封孔作业。
13.由于单向阀的设置, 在卸下注浆泵时，注入到封孔胎囊和相邻封孔胎囊之间空腔内的浆液不会再通过注浆管向外倒流。
14.综上所述，本发明原理科学，结构简单，易于安装，操作方便，用于本煤层钻孔施工完成之后的前期封孔、中期为巷道应力集中引起钻孔变形钻孔漏气进行注浆堵漏、后期注
水为采煤浸润稳固煤体兼起降尘作用，实现一套装置多种用途。本发明特殊的结构设计可以抵御更大的煤层压力，防止煤体塌孔变形引起的抽采管受压破坏，保证整个抽采周期内的钻孔瓦斯正常抽采。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图；图2是图1中b处的放大图；图3是图1中第一环形孔注浆端头的侧视图；图4是图1中第二环形孔注浆端头的侧视图；图5是图1中第三环形孔注浆端头的侧视图；图6是图1中第四环形孔注浆端头的侧视图；图7是图1中第五环形孔注浆端头的侧视图；图8是图1中第六环形孔注浆端头的侧视图；图9是图1中第七环形孔注浆端头的侧视图；图10是图1中第八环形孔注浆端头的侧视图。
具体实施方式
16.如图1-图10所示，本发明的一种环形孔封堵补注多功能瓦斯抽釆封孔装置，包括长度方向沿前后方向设置的抽采管1，抽采管1上间隔设有若干个均呈圆筒状的封孔胎囊，抽采管1上在每个封孔胎囊两端均固定套设有一个环形孔注浆端头，封孔胎囊前后两端均通过柔性橡胶紧箍2固定连接在对应的环形孔注浆端头外圆上；最前侧的一个封孔胎囊两端的环形孔注浆端头内穿设有若干根注浆管3, 所有的注浆管3且沿抽采管1中心线圆周阵列布置,其中有一半的注浆管3的后端出浆口分别伸入到相邻两个封孔胎囊之间的位置,另一半的注浆管3的后端出浆口封闭且分别在封孔胎囊内均开设有注浆孔。
17.封孔胎囊设有四个，每个封孔胎囊前后两端均一体设有套管6；环形孔注浆端头设有八个，八个环形孔注浆端头内圆套在抽采管1外圆并通过胶液粘结固定，套管6内圆套在环形孔注浆端头外圆并通过胶液粘结固定，柔性橡胶紧箍2紧固在套管6外圆上；设定封孔胎囊由前到后依次为第一封孔胎囊7、第二封孔胎囊8、第三封孔胎囊9和第四封孔胎囊10；设定环形孔注浆端头由前到后依次为第一环形孔注浆端头11、第二环形孔注浆端头12、第三环形孔注浆端头13、第四环形孔注浆端头14、第五环形孔注浆端头15、第六环形孔注浆端头16、第七环形孔注浆端头17和第八环形孔注浆端头18。
18.第一环形孔注浆端头11和第二环形孔注浆端头12上均开设有六个第一插孔19，第三环形孔注浆端头13上开设有五个第二插孔21，第四环形孔注浆端头14上开设有一个第一盲孔20和四个第三插孔22，第五环形孔注浆端头15上开设有三个第四插孔24，第六环形孔注浆端头16上开设有一个第二盲孔23和两个第五插孔25，第七环形孔注浆端头17上开设有一个第六插孔27，第八环形孔注浆端头18上开设有一个第三盲孔26；注浆管3设有六根，六根注浆管3均平行于抽采管1，第一根注浆管3由前向后依次
穿过第一环形孔注浆端头11的一个第一插孔19、第一封孔胎囊7、第二环形孔注浆端头12一个第一插孔19、第三环形孔注浆端头13一个第二插孔21、第二封孔胎囊8后伸入密封到第四环形孔注浆端头14上的第一盲孔20内；第二根注浆管3由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头11的一个第一插孔19、第一封孔胎囊7、第二环形孔注浆端头12的一个第一插孔19后伸入到第一封孔胎囊7与第二封孔胎囊8之间的位置；第三根注浆管3由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头11的一个第一插孔19、第一封孔胎囊7、第二环形孔注浆端头12的一个第一插孔19、第三环形孔注浆端头13的一个第二插孔21、第二封孔胎囊8、第四环形孔注浆端头14的一个第三插孔22、第五环形孔注浆端头15上的一个第四插孔24、第三封孔胎囊9后伸入密封到第六环形孔注浆端头16上的第二盲孔23内；第四根注浆管3由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头11的一个第一插孔19、第一封孔胎囊7、第二环形孔注浆端头12的一个第一插孔19、第三环形孔注浆端头13的一个第二插孔21、第二封孔胎囊8、第四环形孔注浆端头14的一个第三插孔22后伸入到第二封孔胎囊8与第三封孔胎囊9之间的位置；第五根注浆管3由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头11的一个第一插孔19、第一封孔胎囊7、第二环形孔注浆端头12的一个第一插孔19、第三环形孔注浆端头13的一个第二插孔21、第二封孔胎囊8、第四环形孔注浆端头14的一个第三插孔22、第五环形孔注浆端头15的一个第四插孔24、第三封孔胎囊9、第六环形孔注浆端头16的一个第五插孔25、第七环形孔注浆端头17上的第六插孔27、第四封孔胎囊10后伸入密封到第八环形孔注浆端头18上的第三盲孔26内；第六根注浆管3由前向后依次穿过第一环形孔注浆端头11的一个第一插孔19、第一封孔胎囊7、第二环形孔注浆端头12的一个第一插孔19、第三环形孔注浆端头13的一个第二插孔21、第二封孔胎囊8、第四环形孔注浆端头14的一个第三插孔22、第五环形孔注浆端头15的一个第四插孔24、第三封孔胎囊9、第六环形孔注浆端头16的一个第五插孔25后伸入到第三封孔胎囊9与第四封孔胎囊10之间的位置。
19.第一根注浆管3上的注浆孔设置在第一封孔胎囊7和第二封孔胎囊8内部，第三根注浆管3上的注浆孔设置在第三封孔胎囊9内部，第五根注浆管3上的注浆孔设置在第四封孔胎囊10内部；第一根注浆管3、第三根注浆管3、第五根注浆管3上的注浆孔和第二根注浆管3、第四根注浆管3、第六根注浆管3的后端出浆口均设有单向阀5。
20.注浆管3外圆与对应接触的环形孔注浆端头的插孔均通过胶粘密封连接。
21.在现场进行封孔作业时，本发明的具体工作过程为：（1）在四个封孔胎囊前后两端的套管6内圆均安装环形孔注浆端头，并通过胶粘和柔性橡胶紧箍2固定为一体，形成四个封孔组件；（2）将四个封孔组件，即四个安装有环形孔注浆端头的封孔胎囊逐个穿套固定到抽采管1上，然后将六根注浆管3插入到对应的插孔和/或盲孔内，组装成封孔装置；（3）将组装好的封孔装置沿煤层钻孔自前向后插入到预定的封孔深度；（4）搅拌好注浆液，向封孔装置内部进行注浆对钻孔进行初步封孔；
（5）通过抽采管1后端与抽采系统管路连接，开始正常的瓦斯抽采，瓦斯由抽采孔内被抽出；（6）在抽采周期内，如发现钻孔变形、钻孔内瓦斯浓度显著降低现象，可能是巷道高应力区域向深部转移引起抽采钻孔漏气，进一步对封孔装置内部进行注浆封孔作业；（7）在瓦斯抽采作业结束，采煤机采煤之前，通过抽采管1的抽采孔向煤体内高压注水，起到浸润煤体，这样煤体稳定性不但有所提高，还能在采煤过程中起到降尘作用。
22.步骤（2）具体为：先将抽采管由前到后逐个穿过环形孔注浆端头的中心孔，同时抽采管也依次穿过四个封孔胎囊；调节相邻两个封孔组件的距离符合封孔要求，再旋转四个封孔组件，使各个环形孔注浆端头上的插孔与插孔、插孔和盲孔一一对应，然后在对应的穿孔和盲孔内穿入六根注浆管3，最后使用胶液将环形孔注浆端头内圆与抽采管外圆粘接为一体。
23.步骤（4）具体为：将注浆泵的出口连接第一根注浆管3的前端口，开启注浆泵，浆液通过第一封孔胎囊7内的一个单向阀5和第二封孔胎囊8内的一个单向阀5排出浆液，第一封孔胎囊7和第二封孔胎囊8膨胀，膨胀后的第一封孔胎囊7和第二封孔胎囊8外圆与钻孔的孔壁压接，将钻孔封闭，待注浆泵上压力表的显示值达到预定压力时，关闭注浆泵停止向第一封孔胎囊7和第二封孔胎囊8内注浆；接着将注浆泵的出口连接第二根注浆管3的前端口，开启注浆泵，浆液开始向位于第一封孔胎囊7和第二封孔胎囊8之间的空腔进行注浆，浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，凝固后可进一步提高封孔效果，直到浆液充满该空腔，同时浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，完成注浆，初步封孔作业完成。
24.步骤（6）中进一步对封孔装置内部进行注浆封孔作业的具体过程为：将注浆泵的出口连接第三根注浆管3的前端口，开启注浆泵，浆液通过第三封孔胎囊9内的一个单向阀5排出浆液，第三封孔胎囊9膨胀，膨胀后的第三封孔胎囊9外圆与钻孔的孔壁压接，待注浆泵上压力表的显示值达到预定压力时，关闭注浆泵停止向第三封孔胎囊9内注浆；然后将注浆泵的出口连接第四根注浆管3的前端口，开启注浆泵，浆液开始向位于第二封孔胎囊8和第三封孔胎囊9之间的空腔进行注浆，浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，凝固后可进一步提高封孔效果，直到浆液充满该空腔，同时浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，观察注浆泵上压力表的值变化情况，如压力能稳定在预定值，说明第三封孔胎囊9周围还没有出现太大裂隙，此时注浆可以封堵钻孔；如出现不能保压的情况，说明第三封孔胎囊9已经处于高应力区域钻孔周围煤体破碎，此时需要将注浆泵连接第五根注浆管3，开启注浆泵，浆液通过第四封孔胎囊10内的一个单向阀5排出浆液，第四封孔胎囊10膨胀，膨胀后的第四封孔胎囊10外圆与钻孔的孔壁压接，待注浆泵上压力表的显示值达到预定压力时，关闭注浆泵停止向第四封孔胎囊10内注浆；然后将注浆泵的出口连接第六根注浆管3的前端口，开启注浆泵，浆液开始向位于第三封孔胎囊9和第四封孔胎囊10之间的空腔进行注浆，浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，凝固后可进一步提高封孔效果，直到浆液充满该空腔，同时浆液渗入到钻孔的孔壁裂隙内，直至到达预定注浆压力可以停止注浆，完成最后的封孔作业。
25.由于单向阀5的设置, 在卸下注浆泵时，注入到封孔胎囊和相邻封孔胎囊之间空腔内的浆液不会再通过注浆管3向外倒流。
26.以上实施例说明了本发明的基本原理和特点，但上述仅仅说明了本发明的较优实施例，并不受所述实施例的限制。本领域的普通技术人员在本专利的启发下，在不脱离本发
明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式变形和改进，比如封孔胎囊和注浆管3还可以设置更多，这些均属于本发明的保护范围之内。因此，本发明专利和保护范围应以所附权利要求书为准。