便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统及其应用的制作方法

本发明属于勘探设备领域，具体是便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统及其应用。

背景技术：

1、矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的以甲烷为主的各种有害气体的总称，是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素。瓦斯灾害造成的人员伤亡和财产损失是巨大的，因此，预防瓦斯灾害对煤炭工业的健康持续发展具有重要意义。目前，瓦斯抽采是矿井作业中，治理瓦斯的重要手段，在瓦斯抽采过程中，需保证钻孔严实密封，并且具有较长的密封长度，以确保瓦斯的抽采效果。但是，现阶段我国煤矿主要是采空区瓦斯抽放、本煤层瓦斯抽放等，瓦斯抽采过程中的难题，即瓦斯抽放钻孔的封孔长度以及封孔问题一直没有得到很好的解决。

2、目前井下常用的瓦斯抽采钻孔封孔装置主要采用两堵一注方式进行封孔，即在瓦斯抽采管两端捆绑树脂膨胀材料，如聚氨酯，在两端的树脂膨胀材料之间注入水泥浆，现有的两堵一注封孔技术是在钻头进行钻孔后，取出钻杆，再将聚氨酯或封孔袋套在瓦斯抽采管两端插入钻孔，再注浆封孔。

3、由于水泥硬化后会收缩，常规的封孔技术在水泥浆硬化后，瓦斯抽采管与钻孔之间会留有缝隙，外界的空气通过缝隙进入瓦斯抽采管附近，降低了瓦斯浓度，影响抽采准确性和效率，因此，我们提出了便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统及其应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统及其应用，以解决常规的封孔技术在水泥浆硬化后，瓦斯抽采管与钻孔之间会留有缝隙，外界的空气通过缝隙进入瓦斯抽采管附近，降低了瓦斯浓度，影响抽采准确性和效率的问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统，包括钻头，钻头外侧壁设有外螺纹，钻头远离尖端的一侧沿轴线依次开有第一螺纹孔和第二螺纹孔，第一螺纹孔螺纹连接有瓦斯采样管，第二螺纹孔螺纹连接有钻杆，钻杆套在瓦斯采样管外，瓦斯采样管靠近钻头一侧的侧壁开有若干采样孔，瓦斯采样管的两端均套设有封孔袋，两封孔袋之间形成注浆区，远离钻头一侧的封孔袋穿插有注浆管和回浆管并伸入注浆区；

3、瓦斯采样管侧壁固定连接有若干支撑管，支撑管呈中空结构，支撑管内填充有吸水膨胀材料，支撑管远离瓦斯采样管一侧的内壁滑动连接有释压组件，支撑管侧壁开有若干释放孔，释放孔上设有断裂印，初始状态下，释压组件与吸水膨胀材料相抵。

4、本方案的原理及有益效果：

5、本方案采用双螺纹孔的钻头，将两端套设有封孔袋的瓦斯采样管和钻杆一同与钻头螺纹连接，钻孔时一起插入钻孔内，钻杆反向旋转即可退出钻孔，在钻杆退出钻孔的同时通过注浆管朝注浆区注入水泥浆，提高了封孔效率，并且，由于瓦斯采样管侧壁设有若干支撑管，当钻杆退出时，钻孔岩层对释压组件进行施压，吸水膨胀材料受到压力将断裂印挤压断开，吸水膨胀材料提高释放孔泵向水泥浆，一方面能够吸取水泥浆中的水分膨胀以填充水泥浆硬化收缩产生的空隙，避免外界空气的进入或瓦斯的渗漏，另一方面吸取水泥浆中的水分能够加快水泥的硬化，提高本系统的承载力，解决了常规的封孔技术在水泥浆硬化后，瓦斯抽采管与钻孔之间会留有缝隙，外界的空气通过缝隙进入瓦斯抽采管附近，降低了瓦斯浓度，影响抽采准确性和效率的问题。

6、进一步，释压组件包括与支撑管内壁滑动连接的第一压块和第二压块，第一压块和第二压块之间连接有弹簧。

7、有益效果：第一压块和第二压块之间设置弹簧，在岩层对释压组件进行施压时能够起到缓冲作用，避免岩层压力过大导致支撑管断裂，还能够使得吸水膨胀材料缓慢释放，使得吸水膨胀材料能够与水泥浆充分接触。

8、进一步，第一压块侧壁沿支撑管轴线方向设有若干第一梳齿，支撑管内壁沿其轴线方向设有若干第二梳齿，第一梳齿能够与第二梳齿啮合。

9、有益效果：第一梳齿和第二梳齿啮合能够提高支撑管的密闭性，避免吸水膨胀材料受压从第一压块侧壁渗漏造成吸水膨胀材料的浪费。

10、进一步，支撑管远离瓦斯采样管一端的外侧壁设有若干辅助支撑组件，辅助支撑组件包括设有支撑管侧壁的u型槽，u型槽内填充有液压油，u型槽的两端分别滑动连接有辅助支撑杆和限位杆，辅助支撑杆上设有卡口，限位杆靠近辅助支撑杆一侧呈尖锐状，辅助支撑杆远离支撑管的一端呈倾斜状态，倾斜角度为a，a的范围为30-60°。

11、有益效果：辅助支撑杆呈倾斜状态，能够增加支撑范围，当辅助支撑杆受到岩层压力产生位移时，对u型槽中的液压油进行挤压，由于u型槽呈封闭空间，液压油对限位杆进行挤压，使得限位杆伸出，其尖端插入辅助支撑杆的卡口上，对辅助支撑杆进行限位，避免辅助支撑杆继续发生位移，进一步提高了系统的稳定性。

12、进一步，瓦斯采样管外壁套设有吸水性草网垫，吸水性草网垫与支撑管远离瓦斯采样管的一端固定连接。

13、有益效果：吸水性草网垫一方面能够起到隔绝岩层石块掉落，另一方面吸水性草网垫能够吸取钻孔周围的水分，以减小钻孔附近的空隙，避免外界空气流入影响瓦斯采样。

14、进一步，瓦斯采样管两端的外径为a，钻孔的内径为b，瓦斯采样管中部的外径为c，且a＜c≤0.5b。

15、有益效果：瓦斯采样管中部的外径大于瓦斯采样管两端的外径，能够减小水泥用量，瓦斯采样管中部的外径小于钻孔内径的一半，是便于注浆管和回浆管能够有足够的空间插入注浆区进行注浆。

16、进一步，远离钻头一侧的封孔袋穿插有加压管并伸入注浆区，加压管远离注浆区的一端连通有加压泵。

17、有益效果：加压管伸入注浆区是为了对封孔袋和水泥浆进行施压，一方面使得封孔袋能够与钻孔内壁贴近，另一方面使得水泥浆均匀的分散开。

18、进一步，便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统的应用，便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统用于抽采瓦斯时的钻孔封孔。

技术特征：

1.便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统，其特征在于：包括钻头，钻头外侧壁设有外螺纹，钻头远离尖端的一侧沿轴线依次开有第一螺纹孔和第二螺纹孔，第一螺纹孔螺纹连接有瓦斯采样管，第二螺纹孔螺纹连接有钻杆，钻杆套在瓦斯采样管外，瓦斯采样管靠近钻头一侧的侧壁开有若干采样孔，瓦斯采样管的两端均套设有封孔袋，两封孔袋之间形成注浆区，远离钻头一侧的封孔袋穿插有注浆管和回浆管并伸入注浆区；

2.根据权利要求1所述的便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统，其特征在于：释压组件包括与支撑管内壁滑动连接的第一压块和第二压块，第一压块和第二压块之间连接有弹簧。

3.根据权利要求2所述的便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统，其特征在于：第一压块侧壁沿支撑管轴线方向设有若干第一梳齿，支撑管内壁沿其轴线方向设有若干第二梳齿，第一梳齿能够与第二梳齿啮合。

4.根据权利要求3所述的便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统，其特征在于：支撑管远离瓦斯采样管一端的外侧壁设有若干辅助支撑组件，辅助支撑组件包括设有支撑管侧壁的u型槽，u型槽内填充有液压油，u型槽的两端分别滑动连接有辅助支撑杆和限位杆，辅助支撑杆上设有卡口，限位杆靠近辅助支撑杆一侧呈尖锐状，辅助支撑杆远离支撑管的一端呈倾斜状态，倾斜角度为a，a的范围为30-60°。

5.根据权利要求4所述的便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统，其特征在于：瓦斯采样管外壁套设有吸水性草网垫，吸水性草网垫与支撑管远离瓦斯采样管的一端固定连接。

6.根据权利要求5所述的便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统，其特征在于：瓦斯采样管两端的外径为a，钻孔的内径为b，瓦斯采样管中部的外径为c，且a＜c≤0.5b。

7.根据权利要求6所述的便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统，其特征在于：远离钻头一侧的封孔袋穿插有加压管并伸入注浆区，加压管远离注浆区的一端连通有加压泵。

8.便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统的应用，其特征在于：便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统用于抽采瓦斯时的钻孔封孔。

技术总结
本发明公开了勘探设备领域的便携式的两堵一注全程筛管成套封孔系统及其应用，系统包括钻头，钻头外侧壁设有外螺纹，钻头螺纹连接有瓦斯采样管和钻杆，钻杆套在瓦斯采样管外，瓦斯采样管侧壁开有若干采样孔，瓦斯采样管的两端均套设有封孔袋，两封孔袋之间形成注浆区，远离钻头一侧的封孔袋穿插有注浆管和回浆管并伸入注浆区；瓦斯采样管侧壁固定连接有若干支撑管，支撑管呈中空结构，支撑管内填充有吸水膨胀材料，支撑管内壁滑动连接有释压组件，支撑管侧壁开有若干释放孔，释放孔上设有断裂印，初始状态下，释压组件与吸水膨胀材料相抵。本方案吸取水泥浆中的水分膨胀以填充水泥浆硬化收缩产生的空隙，避免外界空气的进入或瓦斯的渗漏。

技术研发人员：陈滔,徐东方,赵鹏涛,覃佐亚,马宏宇,魏佳男,黄友金,柯建立,许小波,曹远林,郑小林,李清泉,王超
受保护的技术使用者：湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15