一种连续式多次封孔装置及封孔方法

本发明属于矿井瓦斯抽采领域，尤其涉及一种连续式多次封孔装置及封孔方法。

背景技术：

1、瓦斯既是煤矿瓦斯事故爆炸根源，又是一种清洁能源。如果能够对矿井瓦斯进行高效抽采利用，不仅可以有效地防治瓦斯灾害，也将会极大地缓解我国能源紧缺的局势。封孔质量是影响瓦斯抽采效率的关键。瓦斯抽采浓度过低会达不到瓦斯的利用条件。然而现有的技术往往只能做到一次封孔或者二次封孔，还不能做到多次封孔，从而影响了钻孔的使用寿命，进而影响瓦斯的抽采效率。

2、因此，为了解决当前煤矿瓦斯抽采钻孔寿命短的问题，急需一种多次封孔装置以满足煤矿瓦斯抽采需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对煤矿井下钻孔使用寿命短的问题，提供一种连续式多次封孔装置及封孔方法。

2、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

3、一种连续式多次封孔装置，其特征在于，包括骨状套管一、骨状套管二以及套设于骨状套管一和骨状套管二上的抽气管路和多区注浆管，多区注浆管的两端分别通过连接管路一、连接管路二与注浆器、压水器连通；所述骨状套管一和骨状套管二结构相同，均是由两个空心的大圆管与一个长细圆管连接而成，两个大圆管位于长细圆管的两端，它的两个端面中部设有一个大孔洞，大孔洞的两侧分别设有内接管路一和内接管路二，内接管路的中部还设有垂直短管与大圆管外壁贯通，所述抽气管路经大孔洞穿过骨状套管一和骨状套管二，且通过螺纹旋拧将骨状套管一和骨状套管二紧固在抽气管路上；所述多区注浆管由一根弧状管与两根长管连接而成，两根长管分别穿过内接管路一和内接管路二，其中一根长管上间隔相同距离设有出浆口一、出浆口三和出浆口二，且两根长管上对应于垂直短管位置处分别设置有出水口；两个大圆管外部分别被弹性布袋一和弹性布袋二裹套，所述弹性布袋为细密网织状结构，整体为环袋状，内部划分为多个网格区，且具有良好的透水性和一定的弹性，弹性布袋的网格区均放置有足量的膨胀胶囊。

4、进一步地，所述大孔洞与细长圆管的内径与抽气管路的外径相当，所述内接管路一和内接管路二的内径与多区注浆管的长管外径相当，两个大圆管的外径小于钻孔孔径。

5、进一步地，所述弧状管通过两个连接件分别与两根长管的端部连接，其中，所述弧状管和两根长管的接口处均设有外螺纹，两个连接件的两端设有反向内螺纹，通过螺纹匹配实现连接，所述弧状管和两根长管的直径略小于连接件的直径。

6、进一步地，所述弹性布袋的上方外壁设有一个无线压力传感器，用于监测弹性布袋上的压力值。

7、进一步地，所述出浆口一设置于骨状套管一的两个大圆管的中部，出浆口二设置于骨状套管二的两个大圆管的中部，出浆口三设置于骨状套管一与骨状套管二相邻的两个大圆管的中部。

8、进一步地，多区注浆管的内壁侧上对应出浆口处分别设有电控阀一、电控阀三和电控阀二，所述垂直短管中均设置有电控阀四，在控制器的调控下，电控阀能实现出浆口、出水口与多区注浆管的贯通或阻隔。

9、进一步地，所述膨胀胶囊是一种类胶囊颗粒状物质，其粒径大于弹性布袋的网格孔隙，且组成材料具有超吸水性，且在吸水后能够快速膨胀性能。

10、根据上述的连续式多次封孔装置的封孔方法，其特征在于，包括以下步骤：

11、a.将弹性布袋一和弹性布袋二套在骨状套管一和骨状套管二的大圆管上；

12、b.将抽气管路穿过大孔洞，使骨状套管一和骨状套管二旋拧紧固在抽气管路上，将多区注浆管的两根长管分别穿过骨状套管一和骨状套管二上的内接管路一和内接管路二，使得长管上的出水口与相应的垂直短管一一对接，同时使得出浆口一和出浆口二分别位于骨状套管一和骨状套管二的两个大圆管中间，通过连接件将长管与弧状管螺纹旋拧贯通；

13、c.将多区注浆管、骨状套管一、骨状套管二与抽气管路一同送入煤层钻孔中，把多区注浆管分别与连接管路一、连接管路二连接，然后连接管路一与注浆器连通，连接管路二与压水器连通；

14、d.通过控制器调控电控阀四，使得长管通过垂直短管与弹性布袋连通，启动压水器，以低压力将水注入多区注浆管，水流通过垂直短管流向弹性布袋，膨胀胶囊与透过弹性布袋的流水接触并发生膨胀，致使弹性布袋顶撑钻孔内壁，此时，膨胀起来的弹性布袋不仅将骨状套管一、骨状套管二与钻孔间的空隙密封，还分隔出三个独立的封闭空间(密封区一、密封区二和密封区三)；

15、e.待弹性布袋外侧设置的无线压力传感器监测到压力值变化速率明显降低时，说明弹性布袋吸水趋近于饱和，关闭电控阀四和压水器，启动注浆器，使用空压将多区注浆管内的剩余水压回压水器；

16、f.控制器调控电控阀一，仅打开出浆口一，阻断多区注浆管的连通；

17、g.制备密封浆料，然后启动注浆器，将密封浆料通过连接管路一、多区注浆管和出浆口一送入密封区一，由弹性布袋和骨状套管形成的封闭空间有助于实现密封浆料的高压注浆密封，提高钻孔的密封性；

18、h.控制器调控电控阀一、电控阀二和电控阀三，关闭出浆口一、出浆口二和出浆口三，贯通多区注浆管，启动压水箱，将多区注浆管内的残留密封浆料压回注浆器内，达到清空和重复使用多区注浆管的目的；

19、i.待密封浆料凝固后，完成密封区一的密封作业，随后进行瓦斯抽采作业；

20、j.待瓦斯抽采浓度下降至4％时，停止瓦斯抽采作业；

21、k.控制器调控电控阀二，仅贯通出浆口二和注浆器，启动注浆器，将密封浆料通过出浆口二送入密封区二，控制器调控三个电控阀，关闭三个出浆口，启动压水器，清空多区注浆管内的残留密封浆料，完成密封区二的密封作业；

22、l.进行瓦斯抽采作业；

23、m.待瓦斯抽采浓度下降至4％时，停止瓦斯抽采作业；

24、n.控制器调控电控阀三，仅贯通出浆口三与注浆器的连通，启动注浆器，将密封浆料通过出浆口三送入密封区三，完成密封区三的密封作业，此时，密封区一、二的密封作业为密封区三的封堵构成一个更加稳固的封堵空间，第三次密封浆料不仅能在更大压力下将密封区三密封，还能对密封区一、二的煤壁中新产生的孔裂隙进行密实封堵，形成一个囊括密封区一、二、三的大空间密实体，能显著提高钻孔密封性和延续钻孔的使用寿命。

25、o.随后进行瓦斯抽采作业，由此，完成多次封孔作业。

26、进一步地，所述低压力优选为1～2mpa压力，既能够控制水流入弹性布袋的流量，又能避免高水压带来的高流量，使得多余水流进入钻孔。

27、有益效果

28、本发明与现有技术相比，具有如下优势：

29、一、弹性布袋套裹在骨状套管的空心大圆管上，能较好地解决圆管直接接触凹凸不平的钻孔壁面而留出空隙的问题，为高压浆料密封钻孔提供了条件；

30、二、本装置采用了两个骨状套管旋拧绕固在抽气管路上，依次划分出密封区一、密封区三和密封区二三个密封区，通过依次进行充填密封区一及进行瓦斯抽采、充填密封区二及瓦斯抽采和充填密封区三作业，采用这样的作业方法，不仅实现了多次封孔作业和延续了钻孔的使用寿命，而且密封区三位于充填好的密封区一、二的中间，第三次密封浆料不仅能在更大压力下将密封区三密封，还能对密封区一、二的煤壁中新产生的孔裂隙进行密实封堵，使得封堵区形成一个囊括密封区一、二、三的大空间密实体，能显著提高钻孔密封性和延续钻孔的使用寿命；

31、三、本装置通过设置注浆器、多区注浆管、电控阀、出浆口和压水器，能在完成对上一个密封区封孔作业后，将残留在多区注浆管内的密封浆料逼流回注浆器中，达到清空和重复使用多区注浆管的效果；通过设置多个骨状套管及相应的电控阀和出浆口，就能按照要求实现多次封孔作业，这为长距离高瓦斯工作面的抽采作业提供了条件。